CN113964351A - 基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法及装置，其中，方法包括以下步骤：采集燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值；根据阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降；判断实际氢气压力降和/或实际空气压力降是否满足防水淹调控条件；在满足防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。该方法可以有效防止阴极和阳极发生水淹，有效提高水淹防护的可靠性，且可以避免水淹防护过程中出现热管理失衡的问题，提高电堆的输出功率及寿命。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法及装置。
背景技术
目前已有的燃料电池防水淹方法，通过流场参数计算或实验测试得知待控制燃料电池正常运行条件下氢气压力降的理论计算值,通过水淹实验或流道参数得到防止待控制燃料电池发生水淹的氢气压力降控制上限,并划定待控制燃料电池的“微湿未淹”区间；通过氢气压力降的检测,对待控制燃料电池的水状态进行预估。将燃料电池水淹发生分为四个状态：
(1)燃料电池运行状态良好。
(2)水滴在阳极流道内形成并增大，处于湿润期。
(3)液滴在阳极流道内呈水流薄膜状态，处于水淹过渡期。
(4)液态水阻塞流道。
相关技术中，实际压力降超出理论压力降幅度过小，燃料电池缺水，容易导致膜干乃至降解，则关闭冷却水加热开关，打开散热器风扇开关；反之，开启冷却水开关，关闭散热器风扇开关。
然而，燃料电池电堆的性能各异，利用计算的固定理论值很容易在实际使用中产生偏差，且对于燃料电池而言，温度对其性能影响非常大，相关技术中的防水淹方法容易导致热管理失衡，电堆内部温度分配不均，从而影响电堆的功率输出乃至寿命。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法，该方法可以有效防止阴极和阳极发生水淹，有效提高水淹防护的可靠性，且可以避免水淹防护过程中出现热管理失衡的问题，提高电堆的输出功率及寿命。
本发明的另一个目的在于提出一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法，包括以下步骤：采集燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值；根据所述阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降；判断所述实际氢气压力降和/或所述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件；在满足所述防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。
本发明实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法，根据燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值计算水淹调控值，可以精准地获取每个阶段的氢气压力降，并利用比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧和阴极侧的反应气体入堆压力进行调控，利用反渗透力防止水淹的发生，从而可以有效防止阴极和阳极发生水淹，有效提高水淹防护的可靠性，且可以避免水淹防护过程中出现热管理失衡的问题，提高电堆的输出功率及寿命。
另外，根据本发明上述实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气气体入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹，包括：采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论氢气压力降；计算所述实际氢气压力降与所述理论氢气压力降之间的氢气压力差；根据所述氢气压力差与所述氢气入堆压力的乘积得到第一调控值，以根据所述第一调控值控制比例阀提升阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第一调控值控制空压机和/或背压阀降低阴极侧空气入堆压力，以预防阳极水淹。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气气体入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹，包括：采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论空气压力降；计算所述实际空气压力降与所述理论空气压力降之间的空气压力差；根据所述空气压力差与所述空气入堆压力之间的乘积得到第二调控值，以根据所述第二调控值控制比例阀降低阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第二调控值控制空压机提升阴极侧空气入堆压力，以预防阴极极水淹。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述判断所述实际氢气压力降和/或所述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件，包括：
如果所述实际氢气压力降Δpx满足第一判断公式，则确定所述实际氢气压力降满足防水淹调控条件，其中，所述第一判断公式为：
(1+x1％)Δpa<Δpx<(1+x2％)Δpa，
其中，5<x1<10，15<x2<25，Δpa为理论氢气压力降，x1为阳极进口处的实际压力值，x2为阳极出口处的实际压力值；
如果所述实际空气压力降Δpy满足第二判断公式，则确定所述实际空气压力降满足防水淹调控条件，其中，所述第二判断公式为：
(1+x3％)Δpc<Δpy<(1+x4％)Δpc，
其中，5<x3<10，15<x4<25，Δpc为理论空气压力降，x3为阴极进口处的实际压力值，x4为阴极出口处的实际压力值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：判断所述燃料电池是否满足严重水淹条件；如果满足所述严重水淹条件，则控制所述燃料电池停机并进行水淹报警，其中，当(1+x2％)Δpa<Δpx或(1+x4％)Δpc<Δpy时，确定所述燃料电池满足严重水淹条件。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置，包括：信号采集模块，用于采集燃料电池的当前电流、阳极和阴极进出口处的实际压力值；计算模块，用于根据所述阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降；判断模块，用于判断所述实际氢气压力降和/或所述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件；压力调控模块，用于在满足所述防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。
本发明实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置，根据燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值计算水淹调控值，可以精准地获取每个阶段的氢气压力降，并利用比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧和阴极侧的反应气体入堆压力进行调控，利用反渗透力防止水淹的发生，从而可以有效防止阴极和阳极发生水淹，有效提高水淹防护的可靠性，且可以避免水淹防护过程中出现热管理失衡的问题，提高电堆的输出功率及寿命。
另外，根据本发明上述实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述压力调控模块进一步用于采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论氢气压力降，并计算所述实际氢气压力降与所述理论氢气压力降之间的氢气压力差，根据所述氢气压力差与所述氢气入堆压力的乘积得到第一调控值，以根据所述第一调控值控制比例阀提升阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第一调控值控制空压机和/或背压阀降低阴极侧空气入堆压力，以预防阳极水淹。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述压力调控模块进一步用于采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论空气压力降，并计算所述实际空气压力降与理论空气压力降之间的第二调控值，以根据所述第二调控值控制比例阀降低阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第二调控值控制空压机和/或背压阀提升阴极侧空气入堆压力，以预防阴极极水淹。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述判断模块进一步用于在所述实际氢气压力降Δpx满足第一判断公式时，确定所述实际氢气压力降满足防水淹调控条件；在所述实际空气压力降Δpy满足第二判断公式时，确定所述实际空气压力降满足防水淹调控条件，
其中，所述第一判断公式为：
(1+x1％)Δpa<Δpx<(1+x2％)Δpa，
其中，5<x1<10，15<x2<25，Δpa为理论氢气压力降，x1为阳极进口处的实际压力值，x2为阳极出口处的实际压力值；
其中，所述第二判断公式为：
(1+x3％)Δpc<Δpy<(1+x4％)Δpc，
其中，5<x3<10，15<x4<25，Δpc为理论空气压力降，x3为阴极进口处的实际压力值，x4为阴极出口处的实际压力值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：所述判断模块还用于判断所述燃料电池是否满足严重水淹条件；停机报警模块，用于在所述燃料电池满足所述严重水淹条件时，控制所述燃料电池停机并进行水淹报警，其中，当(1+x2％)Δpa<Δpx或(1+x4％)Δpc<Δpy时，确定所述燃料电池满足严重水淹条件。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的电堆防水淹系统的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法的流程图；
图3为根据本发明一个实施例的预防阳极水淹方法的流程图；
图4为根据本发明一个实施例的预防阴极水淹方法的流程图；；
图5为根据本发明一个实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：
在燃料电池实际运行过程中，相较而言，阴极更易发生水淹，现有方法未对阴极水淹做出相应的解决方案，且相关技术中很难精准地获取每个阶段的氢气压力降，同时也没有对发生水淹时的情况进行处理。
为此，本发明实施例提出了基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法及装置。且在介绍本发明实施例的电堆防水淹方法之前，先对用于执行本发明实施例的电堆防水淹方法的电堆防水淹系统进行阐述，如图1所示，电堆防水淹系统包括：1.储氢瓶、2.减压阀、3.比例阀组、4.第一压力表、5.燃料电池堆、6.第三压力表、7.加湿器、8.中冷器、9.控制计算单元1、10.空压机、11.空气输入、12.背压阀、13.第四压力表、14.混合室、15.第二压力表、16.分水器、17.氢循环泵、18.尾排阀、19.控制计算单元2。其中，第一压力表4、第二压力表15、第三压力表6、第四压力表13分别检测得到阳极进口处的实际压力值、阳极出口处的实际压力值、阴极进口处的实际压力值和阴极出口处的实际压力值。
下面将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法即装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法。
图2是本发明一个实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法的流程图。
如图2所示，该基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法包括以下步骤：
在步骤S101中，采集燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值。
本发明实施例可以通过如图1所示的第一至第四压力表分别采集得到阳极进口处的实际压力值、阳极出口处的实际压力值、阴极进口处的实际压力值和阴极出口处的实际压力值。
在步骤S102中，根据阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降。
其中，氢气压力降为阳极进口处的实际压力值和阳极出口处的实际压力值之间的差值，实际空气压力降为阴极进口处的实际压力值和阴极出口处的实际压力值之间的差值。
在步骤S103中，判断实际氢气压力降和/或实际空气压力降是否满足防水淹调控条件。
可以理解的是，本发明实施例可以在燃料电池正常运行时，标定在一定电流强度时氢气压力降和空气压力降的理论值，通过氢气及空气进出口的四个压力表获取实际压力降值，按实际压力降的超出幅度分为水淹预警和严重水淹两种状态。
进一步地，在本发明的一个实施例中，判断实际氢气压力降和/或实际空气压力降是否满足防水淹调控条件，包括：如果实际氢气压力降Δpx满足第一判断公式，则确定实际氢气压力降满足防水淹调控条件，其中，第一判断公式为：
(1+x1％)Δpa<Δpx<(1+x2％)Δpa，
其中，5<x1<10，15<x2<25，Δpa为理论氢气压力降，x1为阳极进口处的实际压力值，x2为阳极出口处的实际压力值；
如果实际空气压力降Δpy满足第二判断公式，则确定实际空气压力降满足防水淹调控条件，其中，第二判断公式为：
(1+x3％)Δpc<Δpy<(1+x4％)Δpc，
其中，5<x3<10，15<x4<25，Δpc为理论空气压力降，x3为阴极进口处的实际压力值，x4为阴极出口处的实际压力值。
在步骤S104中，在满足防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。
可以理解的是，本发明实施例可以在水淹预警时，利用比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧和阴极侧的反应气体入堆压力进行调控，利用反渗透力防止水淹的发生。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气气体入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹，包括：采集燃料电池的当前电流，以根据当前电流确定理论氢气压力降；计算实际氢气压力降与理论氢气压力降之间的氢气压力差；根据氢气压力差与氢气入堆压力的乘积得到第一调控值，以根据第一调控值控制比例阀提升阳极侧氢气入堆压力，或根据第一调控值控制空压机和/或背压阀降低阴极侧空气入堆压力，以预防阳极水淹。
可以理解的是，对于预防阳极水淹，本发明实施例可以在满足防水淹调控条件时，调节比例阀或空压机和/或背压阀，提升氢气入堆压力或者降低空气入堆压力，氢气压力提升值或空气压力下降值为P＝xn×θ(1<xn<5)，持续时间t∈[3,10]。其中，xn为氢气入堆压力，θ为氢气压力差。需要说明的是，可以在每次进行压力调节后，标定等待时间t，以保证调节结果稳定。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气气体入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹，包括：采集燃料电池的当前电流，以根据当前电流确定理论空气压力降；计算实际空气压力降与理论空气压力降之间的空气压力差；根据空气压力差与空气入堆压力之间的乘积得到第二调控值，以根据第二调控值控制比例阀降低阳极侧氢气入堆压力，或根据第二调控值控制空压机和/或背压阀提升阴极侧空气入堆压力，以预防阴极极水淹。
可以理解的是，对于预防阴极水淹，本发明实施例可以在满足防水淹调控条件时，调节空压机或背压阀和比例阀，提升空气入堆压力或者降低氢气入堆压力，空气压力提升值或氢气压力下降值为
持续时间t∈[3,10]。其中，yn为空气入堆压力，
为空气压力差。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：判断燃料电池是否满足严重水淹条件；如果满足严重水淹条件，则控制燃料电池停机并进行水淹报警，其中，当(1+x2％)Δpa<Δpx或(1+x4％)Δpc<Δpy时，确定燃料电池满足严重水淹条件。
可以理解的是，本发明实施例可以在电堆处严重水淹状态时，立即停机进行吹扫，后继续诊断，以防止电池的进一步损坏。
下面将通过具体实施例对基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法进行阐述，具体如下：
如图3所示，预防阳极水淹包括以下步骤：
(1)燃料电池运行良好时，电流为In，标定此时氢气压力降为Δpa；
(2)通过第一和第二压力表测得氢气进出口的压力，计算其实际压力降Δpx，并计算实际压力降与理论压力降的偏差值θ＝Δpx-Δpa，其中，一般情况而言，实际压降大于理论压降；
(3)比较实际氢气压力降与理论值是否超出幅度，即判断是否满足公式：(1+x1％)Δpa<Δpx<(1+x2％)Δpa(5<x1<10，15<x2<25)；
(4)若(1+x1％)Δpa<Δpx<(1+x2％)Δpa(5<x1<10，15<x2<25)，则调节比例阀或空压机和/或背压阀，提升氢气入堆压力或者降低空气入堆压力，氢气压力提升值或空气压力下降值为P＝xn×θ(1<xn<5)，持续时间t∈[3，10]；
(5)否则判断是否(1+x2％)Δpa<Δpx是否成立，如果(1+x2％)Δpa<Δpx，则确定燃料电池的电堆发生严重水淹，立即停机进行吹扫，并继续诊断；否则确定电堆运行状态良好。
如图4所示，预防阴极水淹包括以下步骤：
(1)燃料电池运行良好时，电流为In，标定此时空气压力降为Δpc；
(2)通过第三和第四压力表测得空气进出口的压力，计算其实际压力降Δpy，并计算实际压力降与理论压力将降的偏差值
其中，一般情况而言，实际压降大于理论压降；
(3)比较实际空气压力降与理论值是否超出幅度，及判断是否满足公式：(1+x3％)Δpc<Δpy<(1+x4％)Δpc(5<x3<10，15<x4<25)；
(4)若(1+x3％)Δpc<Δpy<(1+x4％)Δpc(5<x3<10,15<x4<25)，则调节空压机和/或背压阀或比例阀，提升空气入堆压力或者降低氢气入堆压力，空气压力提升值或氢气压力下降值为
持续时间t∈[3，10]
(5)否则判断(1+x4％)Δpc<Δpy是否成立，如果(1+x4％)Δpc<Δpy，则确定燃料电池的电堆发生严重水淹，立即停机进行吹扫，并继续诊断；否则确定电堆运行状态良好。
根据本发明实施例提出的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法，根据燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值计算水淹调控值，可以精准地获取每个阶段的氢气压力降，并利用比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧和阴极侧的反应气体入堆压力进行调控，利用反渗透力防止水淹的发生，从而可以有效防止阴极和阳极发生水淹，有效提高水淹防护的可靠性，且可以避免水淹防护过程中出现热管理失衡的问题，提高电堆的输出功率及寿命。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置。
图5是本发明一个实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置的方框示意图。
如图5所示，该基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置100包括：信号采集模块110、计算模块120、判断模块130和压力调控模块140。
其中，信号采集模块110用于采集燃料电池的当前电流、阳极和阴极进出口处的实际压力值；计算模块120用于根据阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降；判断模块130用于判断实际氢气压力降和/或实际空气压力降是否满足防水淹调控条件；压力调控模块140用于在满足防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。
进一步地，在本发明的一个实施例中，压力调控模块140进一步用于采集燃料电池的当前电流，以根据当前电流确定理论氢气压力降，并计算实际氢气压力降与理论氢气压力降之间的氢气压力差，根据氢气压力差与氢气入堆压力的乘积得到第一调控值，以根据第一调控值控制比例阀提升阳极侧氢气入堆压力，或根据第一调控值控制空压机和/或背压阀降低阴极侧空气入堆压力，以预防阳极水淹。
进一步地，在本发明的一个实施例中，压力调控模块140进一步用于采集燃料电池的当前电流，以根据当前电流确定理论空气压力降，并计算实际空气压力降与理论空气压力降之间的第二调控值，以根据第二调控值控制比例阀降低阳极侧氢气入堆压力，或根据第二调控值控制空压机和/或背压阀提升阴极侧空气入堆压力，以预防阴极极水淹。
进一步地，在本发明的一个实施例中，判断模块130进一步用于在实际氢气压力降Δpx满足第一判断公式时，确定实际氢气压力降满足防水淹调控条件；在实际空气压力降Δpy满足第二判断公式时，确定实际空气压力降满足防水淹调控条件，
其中，第一判断公式为：
(1+x1％)Δpa<Δpx<(1+x2％)Δpa，
其中，5<x1<10，15<x2<25，Δpa为理论氢气压力降，x1为阳极进口处的实际压力值，x2为阳极出口处的实际压力值；
其中，第二判断公式为：
(1+x3％)Δpc<Δpy<(1+x4％)Δpc，
其中，5<x3<10，15<x4<25，Δpc为理论空气压力降，x3为阴极进口处的实际压力值，x4为阴极出口处的实际压力值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置100还包括：停机报警模块。其中，判断模块还用于判断燃料电池是否满足严重水淹条件；停机报警模块，用于在燃料电池满足严重水淹条件时，控制燃料电池停机并进行水淹报警，其中，当(1+x2％)Δpa<Δpx或(1+x4％)Δpc<Δpy时，确定燃料电池满足严重水淹条件。
需要说明的是，前述对基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹实施例的解释说明也适用于该实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置，根据燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值计算水淹调控值，可以精准地获取每个阶段的氢气压力降，并利用比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧和阴极侧的反应气体入堆压力进行调控，利用反渗透力防止水淹的发生，从而可以有效防止阴极和阳极发生水淹，有效提高水淹防护的可靠性，且可以避免水淹防护过程中出现热管理失衡的问题，提高电堆的输出功率及寿命。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值；
根据所述阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降；
判断所述实际氢气压力降和/或所述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件；以及
在满足所述防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气气体入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹，包括：
采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论氢气压力降；
计算所述实际氢气压力降与所述理论氢气压力降之间的氢气压力差；
根据所述氢气压力差与所述氢气入堆压力的乘积得到第一调控值，以根据所述第一调控值控制比例阀提升阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第一调控值控制空压机和/或背压阀降低阴极侧空气入堆压力，以预防阳极水淹。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气气体入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹，包括：
采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论空气压力降；
计算所述实际空气压力降与所述理论空气压力降之间的空气压力差；
根据所述空气压力差与所述空气入堆压力之间的乘积得到第二调控值，以根据所述第二调控值控制比例阀降低阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第二调控值控制空压机和/或背压阀提升阴极侧空气入堆压力，以预防阴极极水淹。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述实际氢气压力降和/或所述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件，包括：
如果所述实际氢气压力降Δpx满足第一判断公式，则确定所述实际氢气压力降满足防水淹调控条件，其中，所述第一判断公式为：
(1+x1％)Δpa<Δpx<(1+x2％)Δpa，
其中，5<x1<10，15<x2<25，Δpa为理论氢气压力降，x1为阳极进口处的实际压力值，x2为阳极出口处的实际压力值；
如果所述实际空气压力降Δpy满足第二判断公式，则确定所述实际空气压力降满足防水淹调控条件，其中，所述第二判断公式为：
(1+x3％)Δpc<Δpy<(1+x4％)Δpc，
其中，5<x3<10，15<x4<25，Δpc为理论空气压力降，x3为阴极进口处的实际压力值，x4为阴极出口处的实际压力值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
判断所述燃料电池是否满足严重水淹条件；
如果满足所述严重水淹条件，则控制所述燃料电池停机并进行水淹报警，其中，当(1+x2％)Δpa<Δpx或(1+x4％)Δpc<Δpy时，确定所述燃料电池满足严重水淹条件。
6.一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于采集燃料电池的当前电流、阳极和阴极进出口处的实际压力值；
计算模块，用于根据所述阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降；
判断模块，用于判断所述实际氢气压力降和/或所述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件；以及
压力调控模块，用于在满足所述防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述压力调控模块进一步用于采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论氢气压力降，并计算所述实际氢气压力降与所述理论氢气压力降之间的氢气压力差，根据所述氢气压力差与所述氢气入堆压力的乘积得到第一调控值，以根据所述第一调控值控制比例阀提升阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第一调控值控制空压机和/或背压阀降低阴极侧空气入堆压力，以预防阳极水淹。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述压力调控模块进一步用于采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论空气压力降，并计算所述实际空气压力降与理论空气压力降之间的空气压力差，根据所述空气压力差与所述空气入堆压力之间的乘积得到第二调控值，以根据所述第二调控值控制比例阀降低阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第二调控值控制空压机和/或背压阀提升阴极侧空气入堆压力，以预防阴极极水淹。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述判断模块进一步用于在所述实际氢气压力降Δpx满足第一判断公式时，确定所述实际氢气压力降满足防水淹调控条件；在所述实际空气压力降Δpy满足第二判断公式时，确定所述实际空气压力降满足防水淹调控条件，
其中，所述第一判断公式为：
(1+x1％)Δpa<Δpx<(1+x2％)Δpa，
其中，5<x1<10，15<x2<25，Δpa为理论氢气压力降，x1为阳极进口处的实际压力值，x2为阳极出口处的实际压力值；
其中，所述第二判断公式为：
(1+x3％)Δpc<Δpy<(1+x4％)Δpc，
其中，5<x3<10，15<x4<25，Δpc为理论空气压力降，x3为阴极进口处的实际压力值，x4为阴极出口处的实际压力值。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：
所述判断模块还用于判断所述燃料电池是否满足严重水淹条件；
停机报警模块，用于在所述燃料电池满足所述严重水淹条件时，控制所述燃料电池停机并进行水淹报警，其中，当(1+x2％)Δpa<Δpx或(1+x4％)Δpc<Δpy时，确定所述燃料电池满足严重水淹条件。
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|---|---|---|---|---|
| CN117954656A (zh) * | 2024-02-01 | 2024-04-30 | 佛山市清极能源科技有限公司 | 一种燃料电池系统尾排氢浓度控制方法及系统 |
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- 2021-10-08 CN CN202111170535.XA patent/CN113964351B/zh active Active
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