CN113991145B - 发电电池电堆反应进气动态水的管理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统及其控制方法，该管理系统通过发电电池组件进行电堆反应的膜水合状态采用控制元件控制第一调整组件和第二调整组件的运行，以使发电电池组件处于最佳工作进行电堆反应，增强发电电池组件中反应气体的传质，并能调节发电电池组件中电堆内的水含量，避免发电电池组件中电池内部发生过干或者水淹影响电池的工作，提高发电电池组件的工作效率与寿命。也通过控制方法控制管理系统的运行，实现发电电池进行电堆反应工作时膜水合状态检测，判断和控制同步进行，对发电电池的电堆反应工作状态不断的进行调整以实现发电电池的动态最优化水管理。

Description

发电电池电堆反应进气动态水的管理系统及其控制方法

技术领域

本申请涉及氢氧燃料电池技术领域，尤其涉及一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统及其控制方法。

背景技术

氢氧燃料电池是一种可直接将燃料的化学能转化为电能的发电电池，氢氧燃料电池具有只发生电化学反应，氢气和氧气没有燃烧过程，具有无污染，效率高，寿命高和高可靠性等优点。又因氢氧燃料电池直接将化学能转化为电能，在整个过程中除了水和热量外，没有其他物质产生，所以其效率远高于内燃机，又是绿色环保能源，可作为汽车内燃机的代替品，也可用于小型集中供电或分散式供电系统中，极具发展潜力和应用前景。

氢氧燃料电池的质子交换膜需要有水湿润的状态下才能够传导质子，含水量过低，其电导率将下降，导致电池的欧姆电压损失增大，膜失水后催化层界面的活性也会下降。电池内部过多的液态水，会导致电极水淹，会阻碍氧气的传递，降低催化剂的利用率，阻碍电化学反应的正常进行，使电池性能下降，功率密度越大，这种潜在的影响也就越大。因此，为了提高氢氧燃料电池性能和寿命，始终确保质子交换膜中稳定的含水量至关重要。

发明内容

本申请实施例提供了一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统及其控制方法，用于解决现有对氢氧燃料电池能量转换过程中无法保证质子交换膜中稳定的含水量，致使能量转换效率低的技术问题。

为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统，应用于电堆上，包括氢气存储元件、第一调整组件、第二调整组件、发电电池组件、收集组件、控制元件和空气泵，所述氢气存储元件与所述第一调整组件连接，所述第一调整组件、所述第二调整组件和所述收集组件分别与所述发电电池组件连接，所述收集组件还分别与所述第一调整组件和所述第二调整组件连接，所述第一调整组件和所述第二调整组件均与所述控制元件连接，所述第二调整组件还与所述空气泵连接；

所述氢气存储元件用于直接或通过所述第一调整组件给所述发电电池组件提供氢气；

所述空气泵用于直接或通过所述第二调整组件给所述发电电池组件提供空气；

所述第一调整组件用于定量给所述发电电池组件提供反应的氢气；

所述第二调整组件用于定量给所述发电电池组件提供反应的空气；

所述收集组件用于收集所述发电电池组件进行电堆反应产生的水分并将收集的水分传送至所述第一调整组件和所述第二调整组件中；

所述控制元件用于根据所述发电电池组件进行电堆反应的膜水合状态控制所述第一调整组件和所述第二调整组件的运行，以使所述发电电池组件处于最佳工作进行电堆反应。

优选地，所述发电电池组件包括发电电池以及与所述发电电池连接的压力检测元件、湿度检测元件和阻抗检测元件，所述阻抗检测元件用于检测所述发电电池进行电堆反应的阻抗，所述压力检测元件用于检测所述发电电池的压力，所述湿度检测元件用于检测所述发电电池的湿度。

优选地，所述发电电池为氢氧燃料电池。

优选地，所述第一调整组件包括依次连接的第一电磁阀、第一电控减压阀、第一压力传感器、第一温度传感器、第一电控加湿元件、第一电控调温元件、第一湿度传感器和第一电控开关阀，所述第一电控开关阀还与所述发电电池组件连接。

优选地，所述第二调整组件包括依次连接的第二电磁阀、第二电控减压阀、第二压力传感器、第二温度传感器、第二电控加湿元件、第二电控调温元件、第二湿度传感器和第二电控开关阀，所述第二电控开关阀还与所述发电电池组件连接。

优选地，所述氢气存储元件和所述空气泵的输出端均设置有两路管道，一路所述管道与所述发电电池组件连接，另一路所述氢气存储元件的所述管道与所述第一调整组件连接，另一路所述空气泵的所述管道与所述第二调整组件连接。

优先地，所述收集组件包括与所述发电电池组件连接的第三电控开关阀和与所述第三电控开关阀连接的冷凝元件，所述冷凝元件还分别与所述第一调整组件的第一电控加湿元件和所述第二调整组件的第二电控加湿元件连接。

本申请还提供一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法，应用于上述所述的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统上，该控制方法包括以下步骤：

获取发电电池组件需要发电的需求功率，根据所述需求功率计算所述发电电池组件进行电堆反应需要的运行参数；

通过所述运行参数控制第一调整组件的第一电控减压阀、第一电控调温元件、第一电控加湿元件、第一电控开关阀和控制第二调整组件的第二电控减压阀、第二电控调温元件、第二电控加湿元件、第二电控开关阀的开合，以控制所述发电电池组件进行电堆反应的气体流量、压力、温度和湿度，使所述发电电池组件进行电堆反应工作状态处于最佳工作状态；

其中，所述运行参数包括氢气流量、空气流量、压力和温湿度。

优选地，该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法包括：在所述发电电池组件进行电堆反应过程中，控制第一调整组件的第一电磁阀、第二调整组件的第二电磁阀和收集组件的第三电控开关阀进行间隔开启、关闭，以使收集组件的冷凝元件收集所述发电电池组件进行电堆反应产生的水分。

优选地，在所述发电电池组件进行电堆反应过程中，该控制方法包括：

通过压力检测元件、湿度检测元件和阻抗检测元件实时获取所述发电电池组件进行电堆反应的阻抗变化值、压力变化值和湿度，得到所述发电电池组件进行电堆反应的膜水合状态；

若所述膜水合状态为膜水淹状态，通过控制第一调整组件的第一电控减压阀、第一电控调温元件、第一电控加湿元件、第一电控开关阀和控制第二调整组件的第二电控减压阀、第二电控调温元件、第二电控加湿元件、第二电控开关阀，调整运行参数，并降低给所述发电电池组件提供气体的湿度，使所述发电电池组件进行电堆反应工作状态处于最佳工作状态；

若所述膜水合状态为膜干状态，通过控制第一调整组件的第一电控减压阀、第一电控调温元件、第一电控加湿元件、第一电控开关阀和控制第二调整组件的第二电控减压阀、第二电控调温元件、第二电控加湿元件、第二电控开关阀，调整运行参数，并增加给所述发电电池组件提供气体的湿度，使所述发电电池组件进行电堆反应工作状态处于最佳工作状态。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：提供一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统及其控制方法，该管理系统包括：氢气存储元件、第一调整组件、第二调整组件、发电电池组件、收集组件、控制元件和空气泵，氢气存储元件与第一调整组件连接，第一调整组件、第二调整组件和收集组件分别与发电电池组件连接，收集组件还分别与第一调整组件和第二调整组件连接，第一调整组件和第二调整组件均与控制元件连接，第二调整组件还与空气泵连接。该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统通过发电电池组件进行电堆反应的膜水合状态采用控制元件控制第一调整组件和第二调整组件的运行，以使发电电池组件处于最佳工作进行电堆反应，增强发电电池组件中反应气体的传质，并能调节发电电池组件中电堆内的水含量，避免发电电池组件中电池内部发生过干或者水淹影响电池的工作，提高发电电池组件的工作效率与寿命，解决了现有对氢氧燃料电池能量转换过程中无法保证质子交换膜中稳定的含水量，致使能量转换效率低的技术问题。

提供一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统及其控制方法通过该控制方法控制该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的运行，实现发电电池进行电堆反应工作时膜水合状态检测，判断和控制同步进行，对发电电池的电堆反应工作状态不断的进行调整以实现发电电池的动态最优化水管理。

该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法对发电电池进行电堆反应的具体工作状态进行动态的水管理，通过不断调整给发电电池提供反应气体的温度、湿度、压力、气体量使发电电池的电堆反应保持持续的最佳工作状态，避免法定电池内部发生过干或者水淹影响发电电池的工作，以提高发电电池发电的工作效率与寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请一实施例的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的框架图；

图2为本申请另一实施例的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的结构示意图；

图3为本申请一实施例的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，本发明所述的术语“安装”、“相连”、“连接”以及所显示或讨论的“相互之间的耦合”或“直接耦合”或“通信连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，也可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本申请实施例提供了一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统及其控制方法，应用于电堆上，用于解决了现有对氢氧燃料电池能量转换过程中无法保证质子交换膜中稳定的含水量，致使能量转换效率低的技术问题。

图1为本申请一实施例的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的框架图。

如图1所示，本申请实施例提供了一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统，应用于电堆上，包括氢气存储元件10、第一调整组件20、第二调整组件30、发电电池组件40、收集组件50、控制元件60和空气泵70，氢气存储元件10与第一调整组件20连接，第一调整组件20、第二调整组件30和收集组件50分别与发电电池组件40连接，收集组件50还分别与第一调整组件20和第二调整组件30连接，第一调整组件20和第二调整组件30均与控制元件60连接，第二调整组件30还与空气泵70连接；

氢气存储元件10用于直接或通过第一调整组件20给发电电池组件40提供氢气；

空气泵70用于直接或通过第二调整组件30给发电电池组件40提供空气；

第一调整组件20用于定量给发电电池组件40提供反应的氢气；

第二调整组件30用于定量给发电电池组件40提供反应的空气；

收集组件50用于收集发电电池组件40进行电堆反应产生的水分并将收集的水分传送至第一调整组件20和第二调整组件30中；

控制元件60用于根据发电电池组件40进行电堆反应的膜水合状态控制第一调整组件20和第二调整组件30的运行，以使发电电池组件40处于最佳工作进行电堆反应。

在本申请实施例中，氢气存储元件10和空气泵70的输出端均设置有两路管道，一路管道101与发电电池组件40连接，另一路氢气存储元件10的管道102与第一调整组件20连接，另一路空气泵70的管道103与第二调整组件30连接。

需要说明的是，发电电池组件40内的氢气和空气均包含有没有经过处理气体和经过处理的气体。经过处理气体指的是通过第一调整组件20或第二调整组件30处理后的气体；没有经过处理气体指的是氢气存储元件10或空气泵70直接给发电电池组件40提供的气体。

在本申请实施例中，该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统根据发电电池组件40的电堆反应膜水合状态，通过控制元件60控制氢气与空气各自两条管道中调整组件的各个元器件和阀门，实现给发电电池组件40提供氢气和空气。

需要说明的是，控制元件60根据最佳运行参数的干燥气脉冲进气、湿润气脉冲进气、干湿气交替脉冲进气三种不同方式的进气控制以增强发电电池反应物的传质及优化其水管理。其中，脉冲进气方式指的是在电堆反应过程中，若发电电池的膜湿度过高时，采用干燥气体脉冲进气降低电堆反应内水量，增加排水；若发电电池的膜湿度过低时，采用湿润空气脉冲进气增加电堆反应的膜水量，在电堆反应的膜水合状态适中时采用干湿气混合脉冲进气的方式产生压力波动以增强反应气传质，提升电堆反应性能。

本申请提供的一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统，包括：氢气存储元件、第一调整组件、第二调整组件、发电电池组件、收集组件、控制元件和空气泵，氢气存储元件与第一调整组件连接，第一调整组件、第二调整组件和收集组件分别与发电电池组件连接，收集组件还分别与第一调整组件和第二调整组件连接，第一调整组件和第二调整组件均与控制元件连接，第二调整组件还与空气泵连接。该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统通过发电电池组件进行电堆反应的膜水合状态采用控制元件控制第一调整组件和第二调整组件的运行，以使发电电池组件处于最佳工作进行电堆反应，增强发电电池组件中反应气体的传质，并能调节发电电池组件中电堆内的水含量，避免发电电池组件中电池内部发生过干或者水淹影响电池的工作，提高发电电池组件的工作效率与寿命，解决了现有对氢氧燃料电池能量转换过程中无法保证质子交换膜中稳定的含水量，致使能量转换效率低的技术问题。

在本申请的一个实施例中，发电电池组件40包括发电电池以及与发电电池连接的压力检测元件、湿度检测元件和阻抗检测元件，阻抗检测元件用于检测发电电池进行电堆反应的阻抗，压力检测元件用于检测发电电池的压力，所述湿度检测元件用于检测发电电池的湿度。

需要说明的是，发电电池可以为燃料电池，也可以是电堆，主要为发电装置。压力检测元件可以为压力传感器，压力传感器主要是检测发电电池内部的压力值。湿度检测元件为湿度传感器，湿度传感器主要是检测发电电池内部的湿度值，阻抗检测元件可以为阻抗测试仪，阻抗则是以主要是测试发电电池(即整个电堆)内部电流通路的阻抗。在本实施例中，在发电电池组件40中设置压力检测元件、湿度检测元件和阻抗检测元件主要是实时获取发电电池进行电堆反应工作过程中的状态，为知晓发电电池进行电堆反应工作过程中的膜水合状态提供判断数据。其中，发电电池优先选为氢氧燃料电池。

图2为本申请另一实施例的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的结构示意图。

如图2所示，在本申请的一个实施例中，第一调整组件20包括依次连接的第一电磁阀21、第一电控减压阀22、第一压力传感器23、第一温度传感器24、第一电控加湿元件25、第一电控调温元件26、第一湿度传感器27和第一电控开关阀28，第一电控开关阀28还与发电电池组件40连接；

第二调整组件30包括依次连接的第二电磁阀31、第二电控减压阀32、第二压力传感器33、第二温度传感器34、第二电控加湿元件35、第二电控调温元件36、第二湿度传感器37和第二电控开关阀38，第二电控开关阀38还与发电电池组件40连接。

需要说明的是，发电电池的阳极进气口与第一电控开关阀28连接，发电电池的阴极进气口与第二电控开关阀38连接。电磁阀、减压阀、传感器、电控加湿、电控调温、开关阀等电子器件均是本领域的公知常识，此处不作详述。

如图2所示，在本申请的一个实施例中，收集组件50包括与发电电池组件40连接的第三电控开关阀51和与第三电控开关阀51连接的冷凝元件52，冷凝元件52还分别与第一调整组件20的第一电控加湿元件25和第二调整组件30的第二电控加湿元件35连接。

需要说明的是，若发电电池组件40处于电堆反应工作时，该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统通过控制元件60控制第三电控开关阀51进行间隔开启、关闭，利用第三电控开关阀51关闭时积蓄的压力将发电电池组件40内的水分吹扫带出，同时控制发电电池组件40的电堆阴极出口端的第三电控开关阀51进行间隔开闭，辅助第三电控开关阀51将水分带出，并且通过冷凝元件52不断将第三电控开关阀51排出的水分冷凝造成的水蒸气浓度差持续带出发电电池组件40电堆中的多余水分，防止发电电池组件40的电堆被水淹。其中，进行间隔开启、关闭指的是控制开关阀间隔一段时间开启与关闭轮流切换。在本实施例中，发电电池组件40电堆内部水淹的时候，控制第三电控开关阀51间隔开启、关闭的时间缩小，反之控制第三电控开关阀51间隔开启、关闭的时间延长。冷凝元件52可以为冷凝器。

在本申请实施例中，冷凝元件52将收集的水分输送到第一电控加湿元件25与第二电控加湿元件35中用于给反应气体的加湿，使得发电电池电堆反应进气动态水的管理系统循环利用反应生成水，实现水循环利用。

实施例二：

图3为本申请一实施例的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法的步骤流程图。

如图3所示，本申请还提供一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法，应用于上述的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统上，该控制方法包括以下步骤：

S1.获取发电电池组件需要发电的需求功率，根据需求功率计算发电电池组件进行电堆反应需要的运行参数；

S2.通过运行参数控制第一调整组件的第一电控减压阀、第一电控调温元件、第一电控加湿元件、第一电控开关阀和控制第二调整组件的第二电控减压阀、第二电控调温元件、第二电控加湿元件、第二电控开关阀的开合，以控制发电电池组件进行电堆反应的气体流量、压力、温度和湿度，使发电电池组件进行电堆反应工作状态处于最佳工作状态；

其中，运行参数包括氢气流量、空气流量、压力和温湿度。

需要说明的是，实施例二方法中发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的内容已在实施例一详细阐述了，在此实施例中不再对实施例二方法中的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统进行详细阐述。

在本申请实施例的步骤S1中，压力和湿度是根据发电电池组件的电池堆的特性决定，流量可以通过电化学公式计算，如氢气流量Vh2＝22.42*60*I/(2F)，空气流量Vo2＝22.42*60*I/(4F)，I为与需求功率对应的电流，F为需求功率，再乘以化学计量比得到。

在本申请实施例的步骤S1和步骤S2中，根据不同发电电池的固有特性，通过需求功率参数表设置发电电池在需求功率下所需的氢气与空气的流量、压力和温度，以及减压阀、加湿元件、调温元件这些元器件目前都是通过对减压阀开度、洒水量(或鼓泡器温度)、加热棒功率进行PID动态平衡控制。

需要说明的是，控制元件60根据输入的需求功率，计算输入发电电池进行电堆反应所需的氢气量、空气量、压力、湿度、温度等运行参数，并将相应的控制参数转换控制信号传输到第一电控减压阀22、第二电控减压阀32、第一电控调温元件26、第二电控调温元件36、第一电控加湿元件25和第二电控加湿元件35中，并控制第一电控开关阀28和第二电控开关阀38的开合以定量控制发电电池进行电堆反应的反应气体的压力、温度和湿度，使发电电池进行电堆反应工作达到稳定输出该需求功率的工作状态，能够增强电堆反应的传质。

在本申请实施例的步骤S1和步骤S2中，该控制方法应用的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统采用动态闭环控制策略实现优化，控制元件通过调整电堆反应的反应气体参数使电堆稳定输出所需功率，同时对电堆反应内部膜水合状态进行实时检测与判断，持续调整电堆反应内容反应气体的温度、湿度、压力将膜的水合状态控制在最佳区间，以形成动态的最优化闭环控制。

在本申请实施例中，该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法包括：在发电电池组件进行电堆反应过程中，控制第一调整组件的第一电磁阀、第二调整组件的第二电磁阀和收集组件的第三电控开关阀进行间隔开启、关闭，以使收集组件的冷凝元件收集发电电池组件进行电堆反应产生的水分。

需要说明的是，若发电电池组件40处于电堆反应工作时，该控制方法通过控制元件60控制第一电磁阀21、第二电磁阀31、第三电控开关阀51进行间隔开启、关闭，利用第三电控开关阀51关闭时积蓄的压力将发电电池组件40内的水分吹扫带出，同时控制发电电池组件40的电堆阴极出口端的第三电控开关阀51进行间隔开闭，辅助第三电控开关阀51将水分带出，并且通过冷凝元件52不断将第三电控开关阀51排出的水分冷凝造成的水蒸气浓度差持续带出发电电池组件40电堆中的多余水分，防止发电电池组件40的电堆被水淹。其中，进行间隔开启、关闭指的是控制开关阀间隔一段时间开启与关闭轮流切换。在本实施例中，发电电池组件40电堆内部水淹的时候，控制第三电控开关阀51间隔开启、关闭的时间缩小，反之控制第三电控开关阀51间隔开启、关闭的时间延长。

在本申请实施例中，在发电电池组件进行电堆反应过程中，该控制方法包括：

通过压力检测元件、湿度检测元件和阻抗检测元件实时获取发电电池组件进行电堆反应的阻抗变化值、压力变化值和湿度，得到发电电池组件进行电堆反应的膜水合状态；

若膜水合状态为膜水淹状态，通过控制第一调整组件的第一电控减压阀、第一电控调温元件、第一电控加湿元件、第一电控开关阀和控制第二调整组件的第二电控减压阀、第二电控调温元件、第二电控加湿元件、第二电控开关阀，调整运行参数，并降低给发电电池组件提供气体的湿度，使发电电池组件进行电堆反应工作状态处于最佳工作状态；

若膜水合状态为膜干状态，通过控制第一调整组件的第一电控减压阀、第一电控调温元件、第一电控加湿元件、第一电控开关阀和控制第二调整组件的第二电控减压阀、第二电控调温元件、第二电控加湿元件、第二电控开关阀，调整运行参数，并增加给发电电池组件提供气体的湿度，使发电电池组件进行电堆反应工作状态处于最佳工作状态。

需要说明的是，通过发电电池组件40内的压力检测元件、湿度检测元件和阻抗检测元件实时获取发电电池进行电堆反应的阻抗变化值、压力变化值和湿度，并将获取的数据(阻抗变化值、压力变化值和湿度)传送至控制元件60中，控制元件60采用现有《质子交换膜燃料电池水淹和膜干故障诊断研究综述_张雪霞》中的技术对获取的数据进行处理，得到发电电池进行电堆反应的膜水合状态。控制元件60根据膜水合状态不断调整/修正该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的运行参数，并根据调整/修正后的运行参数控制控制第一调整组件的第一电控减压阀、第一电控调温元件、第一电控加湿元件、第一电控开关阀和控制第二调整组件的第二电控减压阀、第二电控调温元件、第二电控加湿元件、第二电控开关阀的运行，调整进入发电电池进行电堆反应的反应气体量、湿度、温度、压力等参数，实现动态调整发电电池电堆内的膜水合状态以使其处于最佳工作范围。

在本申请实施例中，通过该控制方法控制该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的运行，实现发电电池进行电堆反应工作时膜水合状态检测，判断和控制同步进行，对发电电池的电堆反应工作状态不断的进行调整以实现发电电池的动态最优化水管理。

本申请提供的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法对发电电池进行电堆反应的具体工作状态进行动态的水管理，通过不断调整给发电电池提供反应气体的温度、湿度、压力、气体量使发电电池的电堆反应保持持续的最佳工作状态，避免法定电池内部发生过干或者水淹影响发电电池的工作，以提高发电电池发电的工作效率与寿命。

需要说明的是，该发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法采用动态调整策略，利用测量发电电池的阳极压力变化值、阻抗以及湿度综合判断发电电池机械泥泞电堆反应内的水状态，并对发电电池进行电堆反应的反应气体进行动态的参数调整，能够对发电电池进行电堆反应工作的水状态进行动态的最优化调节，对电堆反应工作的状态的检测与判断具有较强的实时性以及准确性。

对于本领域的技术人员而言，显然发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由附属权利要求，而不是上述说明限定，因此旨在将权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，比如燃料电池的类型，传感器、开关阀、控制阀等电子元器件的具体选择都应在本发明的保护范围内。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统，应用于电堆上，其特征在于，包括氢气存储元件、第一调整组件、第二调整组件、发电电池组件、收集组件、控制元件和空气泵，所述氢气存储元件与所述第一调整组件连接，所述第一调整组件、所述第二调整组件和所述收集组件分别与所述发电电池组件连接，所述收集组件还分别与所述第一调整组件和所述第二调整组件连接，所述第一调整组件和所述第二调整组件均与所述控制元件连接，所述第二调整组件还与所述空气泵连接；

所述氢气存储元件用于直接或通过所述第一调整组件给所述发电电池组件提供氢气；

所述空气泵用于直接或通过所述第二调整组件给所述发电电池组件提供空气；

所述第一调整组件用于定量给所述发电电池组件提供反应的氢气；

所述第二调整组件用于定量给所述发电电池组件提供反应的空气；

所述收集组件用于收集所述发电电池组件进行电堆反应产生的水分并将收集的水分传送至所述第一调整组件和所述第二调整组件中；

所述控制元件用于根据所述发电电池组件进行电堆反应的膜水合状态控制所述第一调整组件和所述第二调整组件的运行，以使所述发电电池组件处于最佳工作进行电堆反应；

所述氢气存储元件和所述空气泵的输出端均设置有两路管道，一路所述管道与所述发电电池组件连接，另一路所述氢气存储元件的所述管道与所述第一调整组件连接，另一路所述空气泵的所述管道与所述第二调整组件连接。

2.根据权利要求1所述的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统，其特征在于，所述发电电池组件包括发电电池以及与所述发电电池连接的压力检测元件、湿度检测元件和阻抗检测元件，所述阻抗检测元件用于检测所述发电电池进行电堆反应的阻抗，所述压力检测元件用于检测所述发电电池的压力，所述湿度检测元件用于检测所述发电电池的湿度。

3.根据权利要求2所述的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统，其特征在于，所述发电电池为氢氧燃料电池。

4.根据权利要求1所述的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统，其特征在于，所述第一调整组件包括依次连接的第一电磁阀、第一电控减压阀、第一压力传感器、第一温度传感器、第一电控加湿元件、第一电控调温元件、第一湿度传感器和第一电控开关阀，所述第一电控开关阀还与所述发电电池组件连接。

5.根据权利要求1所述的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统，其特征在于，所述第二调整组件包括依次连接的第二电磁阀、第二电控减压阀、第二压力传感器、第二温度传感器、第二电控加湿元件、第二电控调温元件、第二湿度传感器和第二电控开关阀，所述第二电控开关阀还与所述发电电池组件连接。

6.根据权利要求1所述的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统，其特征在于，所述收集组件包括与所述发电电池组件连接的第三电控开关阀和与所述第三电控开关阀连接的冷凝元件，所述冷凝元件还分别与所述第一调整组件的第一电控加湿元件和所述第二调整组件的第二电控加湿元件连接。

7.一种发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法，应用于如权利要求1-6任意一项所述的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统上，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

获取发电电池组件需要发电的需求功率，根据所述需求功率计算所述发电电池组件进行电堆反应需要的运行参数；

通过所述运行参数控制第一调整组件的第一电控减压阀、第一电控调温元件、第一电控加湿元件、第一电控开关阀和控制第二调整组件的第二电控减压阀、第二电控调温元件、第二电控加湿元件、第二电控开关阀的开合，以控制所述发电电池组件进行电堆反应的气体流量、压力、温度和湿度，使所述发电电池组件进行电堆反应工作状态处于最佳工作状态；

其中，所述运行参数包括氢气流量、空气流量、压力和温湿度。

8.根据权利要求7所述的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法，其特征在于，包括：在所述发电电池组件进行电堆反应过程中，控制第一调整组件的第一电磁阀、第二调整组件的第二电磁阀和收集组件的第三电控开关阀进行间隔开启、关闭，以使收集组件的冷凝元件收集所述发电电池组件进行电堆反应产生的水分。

9.根据权利要求7所述的发电电池电堆反应进气动态水的管理系统的控制方法，其特征在于，在所述发电电池组件进行电堆反应过程中，该控制方法包括：

通过压力检测元件、湿度检测元件和阻抗检测元件实时获取所述发电电池组件进行电堆反应的阻抗变化值、压力变化值和湿度，得到所述发电电池组件进行电堆反应的膜水合状态；

若所述膜水合状态为膜水淹状态，通过控制第一调整组件的第一电控减压阀、第一电控调温元件、第一电控加湿元件、第一电控开关阀和控制第二调整组件的第二电控减压阀、第二电控调温元件、第二电控加湿元件、第二电控开关阀，调整运行参数，并降低给所述发电电池组件提供气体的湿度，使所述发电电池组件进行电堆反应工作状态处于最佳工作状态；

若所述膜水合状态为膜干状态，通过控制第一调整组件的第一电控减压阀、第一电控调温元件、第一电控加湿元件、第一电控开关阀和控制第二调整组件的第二电控减压阀、第二电控调温元件、第二电控加湿元件、第二电控开关阀，调整运行参数，并增加给所述发电电池组件提供气体的湿度，使所述发电电池组件进行电堆反应工作状态处于最佳工作状态。

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