CN113381044A - 一种控制燃料电池组的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种控制燃料电池组的控制方法，其包括氢气供应管路、空气供应管路、燃料电池堆、压力传感器以及比例阀；压力传感器至少有两个，且分设于氢气供应管路的出口和空气供应管路的出口；比例阀至少有两个且分设于氢气供应管路的出口以及空气供应管路的出口，并分别与其对应的压力传感器连接，比例阀根据压力传感器的信号自动调节开闭程度，使即将进入燃料电池堆的氢气和空气压力恒定。本申请具有使即将进入燃料电池堆的空气和氢气压力稳定的效果。

Description

一种控制燃料电池组的控制方法
技术领域
本申请涉及燃料电池的领域，尤其是涉及一种控制燃料电池组的控制方法。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(MembraneElectrodeAssembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在采用氢气、空气(氧气)地质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
针对上述中的相关技术，发明人认为：对于目前这种较高压力运行的燃料电池堆，燃料电池堆与流体之间一般是通过调节减压阀来使空气/氢气压力符合工作压力的需要。而目前普遍采用的减压阀有以下缺点：由于燃料电池的工作状态变化较大，例如较大功率输出或很小功率输出，减压阀往往较难实现自动调压，很难达到供气压力始终稳定的目的。
发明内容
为了能够保持供气压力的稳定，本申请提供一种控制燃料电池组的控制方法。
本申请提供的一种控制燃料电池组的控制方法，采用如下的技术方案：
一种控制燃料电池组的控制方法，包括氢气供应管路、空气供应管路、燃料电池堆、压力传感器以及比例阀；
压力传感器至少有两个，且分设于氢气供应管路的出口和空气供应管路的出口；
比例阀至少有两个且分设于氢气供应管路的出口以及空气供应管路的出口，并分别与其对应的压力传感器连接，比例阀根据压力传感器的信号自动调节开闭程度，使即将进入燃料电池堆的氢气和空气压力恒定；
还包括以下步骤：
1）根据燃料电池功率需求，确定燃料电池堆所需输出电流；
2）根据所述所需输出电流，确定燃料电池堆入口处所需空气压力以及所需空气流量，根据所述所需空气压力和所需空气流量对空气供应管路进行调节；
3）根据输出电流确定燃料电池堆入口处的所需氢气-空气预设压差范围，确定燃料电池堆入口处所需氢气压力，并对氢气供应管路进行调节，使燃料电池堆入口处的氢气-空气压差落在所述氢气-空气预设压差范围内；
4）燃料电池堆启动。
通过采用上述技术方案，比例阀调节进入燃料电池堆的氢气和空气压力，比例阀是通过脉冲控制阀门高频率开关，根据进入燃料电池堆的氢气和空气压力调节电磁比例阀的开关次数，使进入燃料电池堆的氢气和空气压力精确在预设值上，通过压力传感器给出的信号实时反馈并作出执行动作，能够实现实时自动调压，使即将进入燃料电池堆的空气于氢气压力保持稳定。
可选的，所述确定燃料电池堆功率需求具体包括：计算用电系统整体实时功率，根据用电系统整体实时功率计算燃料电池堆功率需求。
通过采用上述技术方案，能够准确获取燃料电池功率需求，用以获得准确的所需空气压力以及氢气-空气预设压差，便于对将进入燃料电池堆内的空气与氢气压力进行调节，使燃料电池能够稳定运行。
可选的，所述氢气-空气压差的获取方法具体包括：实时采集燃料电池堆入口处的空气压力作为实时空气压力，根据氢气-空气预设压差获得燃料电池堆入口处的氢气待调压力，通过控制比例阀的启闭实现燃料电池堆入口处的氢气实时压力与氢气待调压力相等。
通过采用上述技术方案，通过实时空气压力获得燃料电池堆入口处的实时空气压力，能够更加准确的获得燃料电池堆入口处的氢气待调压力，能够使得比例阀根据压力传感器的实时反馈作出及时调整，使得燃料电池堆入口处的空气-氢气压差稳定的保持在空气-氢气预设压差范围内，使得燃料电池堆能够稳定运行。
可选的，所述比例阀是以脉波控制信号予以控制的。
通过采用上述技术方案，脉波控制信号反馈准确、实时、迅速，能够准确快速地使比例阀的开闭程度作出调整，实现空气或者氢气压力的实时、准确、快速改变，使得燃料电池堆入口处的空气-氢气压力稳定保持在空气-氢气预设压差范围内，使得燃料电池堆能够稳定运行。
可选的，空气供应管路的输出风量是以脉宽调变的方式予以控制的。
通过采用上述技术方案，脉宽调变的方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，能够达到灵活和动态响应的效果，使得燃料电池堆入口处的空气-氢气压力稳定保持在空气-氢气预设压差范围内，使得燃料电池堆能够稳定运行。
可选的，燃料电池堆启动前，氢气供应管路预开启一段时间至燃料电池堆中密闭管路系统中的杂气被排放。
通过采用上述技术方案，能够使得燃料电池堆内部气路空间充满氢气，使燃料电池堆启动后短时间内的实际工作效率更加接近理论工作效率，由于空气-氢气预设压差是通过理论数据获得的，所以燃料电池堆的实际工作状态越接近理想工作状态，空气-氢气预设压差就越接近设计工作效率的要求，在压力传感器和比例阀的共同调节下，空气-氢气压差越能够接近理论上的理想数值，使得燃料电池堆的运转能够更加接近设计时的理想状态，提高了燃料电池堆的效率，并保护了燃料电池堆不受杂气带来的其它反应带来的影响。
可选的，燃料电池堆的输出电压低于安全低限电压值时，关闭整个燃料电池系统的运作。
通过采用上述技术方案，能够保护燃料电池堆处，同时是燃料电池堆处于设计时预定的安全运行范围内，减小事故发生的可能。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.比例阀调节进入燃料电池堆的氢气和空气压力，比例阀是通过脉冲控制阀门高频率开关，根据进入燃料电池堆的氢气和空气压力调节电磁比例阀的开关次数，使进入燃料电池堆的氢气和空气压力精确在预设值上，通过压力传感器给出的信号实时反馈并作出执行动作，能够实现实时的自动调压，使即将进入燃料电池堆的空气于氢气压力保持稳定;
2.能够使得燃料电池堆内部气路空间充满氢气，使燃料电池堆启动后短时间内的实际工作效率更加接近理论工作效率，由于空气-氢气预设压差是通过理论数据获得的，所以燃料电池堆的实际工作状态越接近理想工作状态，空气-氢气预设压差就越接近设计工作效率的要求，在压力传感器和比例阀的共同调节下，空气-氢气压差越能够接近理论上的理想数值，使得燃料电池堆的运转能够更加接近设计时的理想状态，提高了燃料电池堆的效率，并保护了燃料电池堆不受杂气带来的其它反应的影响。
附图说明
图1是实施例的示意图。
附图标记说明：1、空气输送装置；11、空气供应管路；2、氢气输送装置；21、氢气供应管路；22、比例阀；23、压力传感器；3、燃料电池堆。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种控制燃料电池组的控制方法，参见图1，包括氢气供应管路21、空气供应管路11、燃料电池堆3、压力传感器23以及比例阀22。其中比例阀22是以脉波控制信号予以控制实现高频开关的。其中比例阀22有两个，分别安装在空气供应管路11和氢气供应管路21上，且两个比例阀22均位于燃料电池堆3的入口处；压力传感器23也有两个，且分别安装在空气供应管路11和氢气供应管路21上，用于监测两个管路的实时压力，并将压力信号反馈给当前管路的比例阀22，比例阀22根据压力信号自动调节，使得进入燃料电池堆3内的空气压力和氢气压力维持的预设范围内。本实施例中的本实施例中的比例阀22是以脉波控制信号予以控制的；本实施例中的空气供应管路11的输出风量是以脉宽调变的方式予以控制的。
本实施例公开的燃料电池组的控制方法包括以下步骤：1）计算用电系统整体实时功率，根据用电系统整体实时功率计算燃料电池堆功率需求，根据燃料电池功率需求，确定燃料电池堆所需输出电流；
2）根据所述所需输出电流，确定燃料电池堆入口处所需空气压力以及所需空气流量，根据所述所需空气压力和所需空气流量对空气供应管路进行调节。
3）根据输出电流确定燃料电池堆入口处的所需氢气-空气预设压差范围，实时采集燃料电池堆入口处的空气压力作为实时空气压力，根据氢气-空气预设压差获得燃料电池堆入口处的氢气待调压力，通过控制比例阀的启闭对氢气供应管路进行调节，实现燃料电池堆入口处的氢气实时压力与氢气待调压力相等，使燃料电池堆入口处的氢气-空气压差落在所述氢气-空气预设压差范围内。
4）燃料电池堆启动，燃料电池堆启动前，氢气供应管路预开启一段时间至燃料电池堆中密闭管路系统中的杂气被排放；燃料电池堆启动后，对燃料电池的输出电流进行判断：若所述输出电流高于所需输出电流，提高空气供应管路上的比例阀的开启程度至输出电流等于所需输出电流；燃料电池堆的输出电压低于安全低限电压值时，关闭整个燃料电池系统的运作。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种控制燃料电池组的控制方法，其特征在于：包括氢气供应管路(21)、空气供应管路(11)、燃料电池堆(3)、压力传感器(23)以及比例阀(22)；
压力传感器(23)至少有两个，且分设于氢气供应管路(21)的出口和空气供应管路(11)的出口；
比例阀(22)至少有两个且分设于氢气供应管路(21)的出口以及空气供应管路(11)的出口，并分别与其对应的压力传感器(23)连接，比例阀(22)根据压力传感器(23)的信号自动调节开闭程度，使即将进入燃料电池堆(3)的氢气和空气压力恒定；
还包括以下步骤：
1）根据燃料电池功率需求，确定燃料电池堆所需输出电流；
2）根据所述所需输出电流，确定燃料电池堆入口处所需空气压力以及所需空气流量，根据所述所需空气压力和所需空气流量对空气供应管路进行调节；
3）根据输出电流确定燃料电池堆入口处的所需氢气-空气预设压差范围，确定燃料电池堆入口处所需氢气压力，并对氢气供应管路进行调节，使燃料电池堆入口处的氢气-空气压差落在所述氢气-空气预设压差范围内；
4）燃料电池堆启动。
2.根据权利要求1所述的控制燃料电池组的控制方法，其特征在于：所述确定燃料电池堆功率需求具体包括：计算用电系统整体实时功率，根据用电系统整体实时功率计算燃料电池堆功率需求。
3.根据权利要求1所述的控制燃料电池组的控制方法，其特征在于：所述氢气-空气压差的获取方法具体包括：实时采集燃料电池堆入口处的空气压力作为实时空气压力，根据氢气-空气预设压差获得燃料电池堆入口处的氢气待调压力，通过控制比例阀的启闭实现燃料电池堆入口处的氢气实时压力与氢气待调压力相等。
4.根据权利要求1所述的控制燃料电池组的控制方法，其特征在于：所述比例阀是以脉波控制信号予以控制的。
5.根据权利要求1所述的控制燃料电池组的控制方法，其特征在于：空气供应管路的输出风量是以脉宽调变的方式予以控制的。
6.根据权利要求1所述的控制燃料电池组的控制方法，其特征在于：燃料电池堆启动前，氢气供应管路预开启一段时间至燃料电池堆中密闭管路系统中的杂气被排放。
7.根据权利要求1所述的控制燃料电池组的控制方法，其特征在于：燃料电池堆启动后，对燃料电池的输出电流进行判断：若所述输出电流高于所需输出电流，提高空气供应管路上的比例阀的开启程度至输出电流等于所需输出电流。
8.根据权利要求1所述的控制燃料电池组的控制方法，其特征在于：燃料电池堆的输出电压低于安全低限电压值时，关闭整个燃料电池系统的运作。
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