CN110649285B - 一种基于ht-pem的甲醇水燃料电池重整室进液泵控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于HT‑PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵控制方法,属于燃料电池技术领域。该进液泵控制方法是在燃料电池重整制氢阶段,监测重整室入口温度和重整室出口温度,通过调整进液泵的转速将燃烧室温度控制在稳定范围内;监测重整室入口温度,当重整室入口温度高于正常范围时,先调整电堆输出功率,当通过调整电堆输出功率仍无法将重整室入口温度降低至正常范围内,则调整进液泵转速,降低甲醇水混合液的进液量,将重整室入口温度控制在正常范围内。本发明的进液泵控制方法通过获取燃料电池内部温度数据,获取重整制氢状态,从而调整甲醇水进液量,控制重整制氢进程,降低CO生成,提高重整室催化剂寿命,保护电堆性能。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域,具体涉及一种基于HT-PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵控制方法。
背景技术
在现有甲醇水燃料电池重整置氢技术中,重整室甲醇水进液泵直接控制甲醇水制氢速率。在重整室制氢反应过程中,由于此过程可逆,导致重整室在制氢气同时会产生CO,产生的CO会影响重整室催化剂和电堆性能。现有技术中是根据电堆输出功率来实现基于HT-PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵的控制,该控制方法会使燃料电池系统出现以下3个问题:1)燃烧室内部温度波动大,导致催化剂失效。2)重整室温度过低或者过高,CO生成量高,导致重整室催化剂失效;3)电堆活性降低,燃料电池输出不稳定。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题,提供一种基于HT-PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵控制方法。
本发明提供了一种基于HT-PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵控制方法,包括以下步骤:
S1、根据燃烧室的温度变化确定进液泵转速变化;
燃料电池重整制氢阶段,监测重整室入口温度和重整室出口温度,当重整室的温度达到催化剂的活性温度范围,进液泵开启,然后通过调整进液泵的转速将燃烧室温度控制在稳定范围内;
S2、监测重整室入口温度,并将重整室入口温度控制在正常范围内,当重整室入口温度高于正常范围时,先调整电堆输出功率,当通过调整电堆输出功率仍无法将重整室入口温度降低至正常范围内,则调整进液泵转速,降低甲醇水混合液的进液量,将重整室入口温度控制在正常范围内。
较佳地,步骤S1中燃烧室温度控制在530℃-550℃,当燃烧室温度>550℃,控制进液泵转速减小,减小值为进液泵额定转速的1%~3%,当燃烧室温度<530℃,控制进液泵转速增大,增大值为进液泵额定转速的1%~3%。
较佳地,步骤S1中进液泵的正常转速控制为进液泵额定转速的5~40%。
较佳地,S2中重整室入口温度的正常范围为280-300℃。
较佳地,步骤S2中,当重整室入口温度大于上限值时,将电堆输出功率增大40-60W并持续25-30秒,此过程重复5-7次,将重整室入口温度控制在正常范围内;若通过调整电堆输出功率仍无法将重整室入口温度降低至正常范围内,则调整进液泵的转速,降低甲醇水混合液的进液量,将重整室入口温度控制在正常范围内。
较佳地,步骤S2中重整室入口温度控制在287-293℃。
较佳地,调整进液泵的转速满足调整后的甲醇水混合液的进液量与调整前相比进液量减少1%。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明通过获取燃料电池内部温度数据,获取重整制氢状态,从而调整甲醇水进液量,控制重整制氢进程,降低CO生成,提高重整室催化剂寿命,保护电堆性能。
本发明将燃烧室温度控制加入控制参量内,减少燃烧室内部温度波动,从而解决催化剂失效问题。
本发明通过控制重整室甲醇进液泵,使制氢过程稳定,降低CO生成量。提高系统使用寿命。
本发明提高氢气生成速率的稳定性,减小进入电堆内部氢气量的波动,提高燃料电池输出稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种基于HT-PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵控制方法,包括以下步骤:
S1、根据燃烧室的温度变化确定进液泵转速变化;
燃料电池重整制氢阶段,监测重整室入口温度和重整室出口温度,当重整室的温度达到催化剂的活性温度范围,进液泵开启,然后通过调整进液泵的转速将燃烧室温度控制在稳定范围内;
S2、监测重整室入口温度,并将重整室入口温度控制在正常范围内,当重整室入口温度高于正常范围时,先调整电堆输出功率,当通过调整电堆输出功率仍无法将重整室入口温度降低至正常范围内,则调整进液泵转速,降低甲醇水混合液的进液量,将重整室入口温度控制在正常范围内。
其中,步骤S1中燃烧室温度控制在530℃-550℃,当燃烧室温度>550℃,控制进液泵转速减小,减小值为进液泵额定转速的1%~3%,当燃烧室温度<530℃,控制进液泵转速增大,增大值为进液泵额定转速的1%~3%。
其中,步骤S1中进液泵的正常转速控制为进液泵额定转速的5~40%。
其中,步骤S2中重整室入口温度的正常范围为280-300℃。
其中,步骤S2中,当重整室入口温度大于上限值时,将电堆输出功率增大40-60W并持续25-30秒,此过程重复5-7次,将重整室入口温度控制在正常范围内;若通过调整电堆输出功率仍无法将重整室入口温度降低至正常范围内,则调整进液泵的转速,降低甲醇水混合液的进液量,将重整室入口温度控制在正常范围内。
其中,步骤S2中重整室入口温度控制在287-293℃。
其中,调整进液泵的转速满足调整后的甲醇水混合液的进液量与调整前相比进液量减少1%。
如图1所示,HT-PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵控制方法,通过控制重整室进液泵转速Sro,调整重整室甲醇水的含量。重整室将甲醇水溶液进行重整产生氢气,氢气被分为两部分,一部分进入燃烧室燃烧,为重整室提供热能;另一部分进入电堆,电堆将氢气转换为电能。在本发明中电堆输出功率Po直接影响进入电堆的氢气量,当电堆Po增大,进入电堆氢气量增加,同时进入燃烧室氢气量将会减小。燃烧室进入的氢气量越多,燃烧室产生的热能越多温度Tb也就越高,同时重整室进口温度Tri和出口温度Tre也将随之升高,反之降低,本实施例中的催化剂可以是铜系催化剂。
当燃料电池进入重整制氢阶段,重整室进口温度Tri>280℃和出口温度Tre>180℃,重整室进液泵将开启,进液泵转速Sro维持在额定转速5~40%,甲醇水进入重整室产生氢气,氢气进入燃烧室燃烧,燃烧室Tb升高,当Tb>550℃,控制Sro在额定转速的1%~3%范围内减小,当Tb<530℃,控制Sro在额定转速的1%~3%范围内增大。将燃烧室温度维持在530℃<Tb<550℃范围。通过此方法解决了燃烧室温度波动大导致燃烧室催化剂失效的问题。
在燃料电池系统中,重整室温度入口Tri>300℃会导致生成氢气内CO含量增加。在重整制氢发电阶段,将重整室进液泵转速Sro作为重整室温度控制系统外环,电堆输出功率Po作为重整室温度控制系统内环。当Tri>293℃,说明此时电堆输出功率Po过低,导致燃烧室氢气含量增高,将Po增大50W持续30秒并且此过程可累计进行6次,每次操作间隔10s,当Tri降低至293℃范围内,则不启用Sro控制。当Tri通过调整Po,仍无法降低温度到正常范围内(287℃~293℃)时。Sro减小当前进液量的1%,直接影响氢气量的生成,将重整室入口温度Tri维持在287℃~293℃范围内。通过Sro和Po协同控制,维持重整室温度的稳定。当重整温度平稳后系统制氢效率也随之稳定。从而解决了燃料电池因为重整温度过高或过低,使系统氢气中CO含量增加,降低系统使用寿命问题,同时也解决了燃料电池输出波动的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种基于HT-PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵的控制方法,其特征在于,所述重整室用于将甲醇水混合液进行重整产生氢气,氢气被分为两部分,一部分进入燃烧室燃烧,为重整室提供热能;另一部分进入电堆,电堆将氢气转换为电能;所述控制方法包括以下步骤:
S1、根据燃烧室的温度变化确定进液泵转速变化:当燃料电池进入重整制氢阶段,当重整室的温度达到催化剂的活性温度范围,重整室入口温度Tri>280℃和出口温度Tre>180℃,重整室进液泵将开启,进液泵转速Sro维持在额定转速5~40%,甲醇水混合液进入重整室产生氢气,氢气进入燃烧室燃烧,燃烧室温度Tb升高,当Tb>550℃,控制Sro在额定转速的1%~3%范围内减小,当Tb<530℃,控制Sro在额定转速的1%~3%范围内增大,将燃烧室温度维持在530℃<Tb<550℃范围;
S2、监测重整室入口温度,并将重整室入口温度控制在正常范围内,当重整室入口温度高于正常范围时,先调整电堆输出功率,当通过调整电堆输出功率仍无法将重整室入口温度降低至正常范围内,则调整进液泵转速,降低甲醇水混合液的进液量,将重整室入口温度控制在正常范围,步骤S2中重整室入口温度的正常范围为280-300℃。
2.如权利要求1所述的基于HT-PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵控制方法,其特征在于,步骤S2中,当重整室入口温度大于上限值时,将电堆输出功率增大40-60W并持续25-30秒,此过程重复5-7次,将重整室入口温度控制在正常范围内;若通过调整电堆输出功率仍无法将重整室入口温度降低至正常范围内,则调整进液泵的转速,降低甲醇水混合液的进液量,将重整室入口温度控制在正常范围内。
3.如权利要求1所述的基于HT-PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵控制方法,其特征在于,步骤S2中重整室入口温度控制在287-293℃。
4.如权利要求2所述的基于HT-PEM的甲醇水燃料电池重整室进液泵控制方法,其特征在于,调整进液泵的转速满足调整后的甲醇水混合液的进液量与调整前相比进液量减少1%。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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