CN116344868B - 一种电堆水含量的调控方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电堆水含量的调控方法及其应用，所述调控方法包括：测量气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到瞬态输出电流相对于稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值；测量气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到瞬态输出电压相对于稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值；将第一绝对值或第二绝对值与设定比较值进行对比；若所述第一绝对值或所述第二绝对值大于所述设定比较值，则需进行电堆的补水或排水，反之，无需进行电堆的补水或排水。本发明提供的电堆水含量的调控方法无需额外引入复杂的设备、调控成本较低、调控难度较低且调控准确度较高。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池电堆技术领域，涉及一种电堆水含量的调控方法，尤其涉及一种电堆水含量的调控方法及其应用。
背景技术
燃料电池是一种电化学发电设备，其原理是：燃料和氧化剂通过膜电极进行电化学反应，产生电动势。质子交换膜燃料电池通常采用能够传递质子的固体高分子膜作为电解质，反应过程中，质子通过膜从阳极传递到阴极，电子通过外接负载从阳极传递到阴极。
质子交换膜燃料电池中的质子交换膜在工作时必须保证必要的湿度，这是由于质子交换膜燃料电池工作过程中，内部水含量对于性能和耐久性均有较大的影响。若燃料电池的电堆长时间内部水含量过低，则会使质子交换膜的质子传导率下降，由质子传输导致的电压降增大，系统的输出电压下降，效率变低，而且水含量过低的区域会不断扩大，直至影响到整个区域，甚至使交换膜发生干化破裂，对燃料电池造成不可挽回的损害。若燃料电池的电堆长时间内部水含量过高，将阻碍氢气的流动和扩散，就会导致局部氢气缺气，在这些区域就会发生其它副电化学反应，造成阴极侧催化层内的碳被腐蚀，腐蚀出现的颗粒或杂质若传输到交换膜的内部，可能会导致电池失效。且膜水淹时会造成电压波动，导致输出功率不稳定。
CN109888336A公开了一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。燃料电池水含量的控制方法包括：实时获取燃料电池的水含量；判断燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；当燃料电池的水含量不处于正常水含量范围时，调整用吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；根据调整后的尾排阀的吹扫控制信号的占空比、阳极循环泵的转速以及阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；根据喷射控制信号的喷射占空比控制喷射电磁阀的开启时间，为燃料电池的反应电堆提供氢气。但是，该燃料电池水含量的控制方法较为复杂且难以应用于实际生产实践中。
CN113839071A公开了一种燃料电池系统控制方法及控制系统，方法包括：获取燃料电池系统当前电流；比较当前电流与目标电流，当当前电流等于目标电流时，获取燃料电池当前电堆水含量；比较当前电堆水含量与电堆水含量目标值；当当前电堆水含量小于或等于电堆水含量目标值时，获取燃料电池系统平均单片电压以及最低单片电压；比较燃料电池系统平均单片电压与平均单片电压最低阈值、比较最低单片电压与最低单片电压最低阈值，得到比较结果；根据比较结果调整燃料电池系统电堆内水含量。该发明使燃料电池系统快速恢复到输出电流对应的平衡水含量，使最低单片电压和平均单片电压值恢复到正常范围内，减缓发动机衰减速率，延长发动机使用寿命。但是，该燃料电池系统控制方法对中水含量的判断不够精确，难以准确调控电堆中的水含量。
现有技术中调控燃料电池电堆中的水含量的方法存在着调控设备结构较为复杂且价格昂贵，调控方法成本较高，调控难度较大且调控准确度较低的问题。因此，开发设计一种新型的电堆水含量的调控方法至关重要。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种电堆水含量的调控方法及其应用，本发明提供的电堆水含量的调控方法无需额外引入复杂的设备、调控成本较低、调控难度较低且调控精度较高，所述调控方法能够有效调控电堆中的水含量从而保证电堆中的水含量维持在合适的水平。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种电堆水含量的调控方法，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，电堆设置为恒电压模式，第一调整所述阴极的气流量，测量所述气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量所述气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到所述瞬态输出电流相对于所述稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值；
或保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气流量恒定不变，电堆设置为恒电流模式，第二调整所述阴极的气压，测量所述气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量所述气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到所述瞬态输出电压相对于所述稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值；
将所述第一绝对值或所述第二绝对值与设定比较值进行对比；若所述第一绝对值或所述第二绝对值大于所述设定比较值，则需进行电堆的补水或排水，反之，无需进行电堆的补水或排水。
本发明提供的电堆水含量的调控方法无需额外引入复杂的设备、调控成本较低、调控难度较低且调控准确度较高，所述调控方法能够有效调控电堆中的水含量从而保证电堆中的水含量维持在合适的水平。
本发明中所述瞬态输出电流为所述气流量调整后瞬态电堆的输出电流，所述稳态输出电流为所述气流量调整后电堆稳定时电堆的输出电流；本发明中所述瞬态输出电压为所述气压调整后瞬态电堆的输出电压，所述稳态输出电压为所述气压调整后电堆稳定时电堆的输出电压。
本发明中通过将电堆设置为恒电压模式，保持气压不变，从而根据阴极气流量调整后电堆的瞬态输出电流与稳态输出电流计算得到第一绝对值，然后将第一绝对值与设定比较值进行对比，从而判断出电堆是否需要进行排水或补水，原理为：在气流跃增的情况下，恒电压运行会使电流增长率低于气流增长率，从而使得电堆含水量逐步下降；如果含水量较大，则含水量下降的变化会使电堆含水量逐渐回到理想状态，使得稳态电流高于瞬态电流；如果含水量较小，则含水量下降的变化会使电堆含水量逐渐偏离理想状态，使得稳态电流低于瞬态电流；而在气流跃降的情况下，恒电压运行会使电流减小率低于气流减小率，从而使得电堆含水量逐步上升；如果含水量较大，则含水量上升的变化会使电堆含水量逐渐偏离理想状态，使得稳态电流低于瞬态电流；如果含水量较小，则含水量上升的变化会使电堆含水量逐渐回到理想状态，使得稳态电流高于瞬态电流。
本发明中通过将电堆设置为恒电流模式，保持气流量不变，从而根据阴极气压调整后电堆的瞬态输出电压与稳态输出电压计算得到第二绝对值，然后将第二绝对值与设定比较值进行对比，从而判断出电堆是否需要进行排水或补水，原理为：在气压跃增的情况下，如果含水量较大，影响了物质传输，则压力驱动对反应物浓度变化的影响比物质传输要快，所以瞬态性能高于稳态性能；若含水量较小，影响了反应活性，则升高的气压减少了水汽的排放，提升了电堆含水量，从而提升反应活性，使得稳态性能高于瞬态性能；而在气压跃降的情况下，如果含水量较大，影响了物质传输，则压力驱动对反应物浓度变化的影响比物质传输要快，所以瞬态性能低于稳态性能；若含水量较小，影响了反应活性，则降低的气压增加了水汽的排放，降低了电堆含水量，从而降低反应活性，使得稳态性能低于瞬态性能。
优选地，所述设定比较值包括第一比较值与第二比较值。
为进一步保证本发明中调控方法的准确性，本发明提供的调控方法中设置第一比较值与第二比较值，所述第一比较值用于与第一绝对值进行对比，所述第二比较值用于与第二绝对值进行对比。
优选地，所述第一调整为减小所述阴极的气流量，则将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水。
优选地，所述第一调整为增大所述阴极的气流量，则将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水。
优选地，所述第二调整为减小所述阴极的气压，则将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电压小于所述稳态输出电压时，进行电堆的排水；若所述第二绝对值小于或等于所述第二比较值，无需进行电堆的补水或排水。
优选地，所述第二调整为增大所述阴极的气压，则将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电压小于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水；若所述第二绝对值小于或等于所述第二比较值，无需进行电堆的补水或排水。
优选地，所述第一比较值为1～10％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值均可适用。
优选地，所述第二比较值为1～10％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值均可适用。
优选地，所述第一差值比例等于所述瞬态输出电流与所述稳态输出电流之间的差值与所述稳态输出电流之间的比例。
优选地，所述第一调整包括以第一比例增大或减小所述阴极的气流量。
优选地，所述第一比例为10～30％，例如可以是10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％或30％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值均可适用。
优选地，保持阴极的气压恒定不变时，所述阴极的气压保持为电堆额定运行气压的40～120％，例如可以是40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、105％、110％、115％或120％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值均可适用。
优选地，所述恒电压模式下电堆的电压恒定为电堆额定电压的90～140％，例如可以是90％、95％、100％、105％、110％、115％、120％、125％、130％、135％或140％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值均可适用。
优选地，所述第二差值比例等于所述瞬态输出电压与所述稳态输出电压之间的差值与所述稳态输出电压之间的比例。
优选地，所述第二调整包括以第二比例增大或减小所述阴极的气压。
优选地，所述第二比例为5～50％，例如可以是5％、7％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％、30％、35％、40％、45％或50％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值均可适用。
优选地，保持阴极的气流量恒定不变时，所述阴极的气流量保持为电堆额定运行气流量的10～90％，例如可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值均可适用。
优选地，所述恒电流模式下电堆的电流恒定为电堆额定电流的10～90％，例如可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值均可适用。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述调控方法的应用，所述调控方法用于调控电堆中的水含量。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的电堆水含量的调控方法无需额外引入复杂的设备、调控成本较低、调控难度较低且调控准确度较高，所述调控方法能够有效调控电堆中的水含量从而保证电堆中的水含量维持在合适的水平。
附图说明
图1为实施例1中电堆水含量的调控方法的流程图。
图2为实施例1中调控方法对测试电堆调控过程中输出电流与时间的关系的曲线。
图3为实施例2中调控方法对测试电堆调控过程中输出电流与时间的关系的曲线。
图4为实施例4中电堆水含量的调控方法的流程图。
图5为实施例4中调控方法对测试电堆调控过程中输出电流与时间的关系的曲线。
图6为实施例5中调控方法对测试电堆调控过程中输出电流与时间的关系的曲线。
图7为实施例7中电堆水含量的调控方法的流程图。
图8为实施例7中调控方法对测试电堆调控过程中输出电压与时间的关系的曲线。
图9为实施例8中调控方法对测试电堆调控过程中输出电压与时间的关系的曲线。
图10为实施例10中电堆水含量的调控方法的流程图。
图11为实施例10中调控方法对测试电堆调控过程中输出电压与时间的关系的曲线。
图12为实施例11中调控方法对测试电堆调控过程中输出电压与时间的关系的曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，如图1所示，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，所述阴极的气压保持为电堆额定运行气压的90％，电堆设置为恒电压模式，所述恒电压模式下电堆的电压恒定为电堆额定电压的120％，以第一比例增大所述阴极的气流量，所述第一比例为20％，测量所述气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量所述气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到所述瞬态输出电流相对于所述稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值，所述第一差值比例等于所述瞬态输出电流与所述稳态输出电流之间的差值与所述稳态输出电流之间的比例；
将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，所述第一比较值为5％，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水。
以所述调控方法对测试电堆进行调控，测试得到调控过程中测试电堆的输出电流与时间的关系的曲线如图2所示，经计算得到的第一绝对值大于第一比较值，并且瞬态输出电流大于稳态输出电流，因此对电堆进行补水。
实施例2
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，所述阴极的气压保持为电堆额定运行气压的60％，电堆设置为恒电压模式，所述恒电压模式下电堆的电压恒定为电堆额定电压的130％，以第一比例增大所述阴极的气流量，所述第一比例为30％，测量所述气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量所述气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到所述瞬态输出电流相对于所述稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值，所述第一差值比例等于所述瞬态输出电流与所述稳态输出电流之间的差值与所述稳态输出电流之间的比例；
将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，所述第一比较值为10％，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水。
以所述调控方法对测试电堆进行调控，测试得到调控过程中测试电堆的输出电流与时间的关系的曲线如图3所示，经计算得到的第一绝对值大于第一比较值，并且瞬态输出电流小于稳态输出电流，因此对电堆进行排水。
实施例3
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，所述阴极的气压保持为电堆额定运行气压的120％，电堆设置为恒电压模式，所述恒电压模式下电堆的电压恒定为电堆额定电压的100％，以第一比例增大所述阴极的气流量，所述第一比例为10％，测量所述气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量所述气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到所述瞬态输出电流相对于所述稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值，所述第一差值比例等于所述瞬态输出电流与所述稳态输出电流之间的差值与所述稳态输出电流之间的比例；
将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，所述第一比较值为1％，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水。
实施例4
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，如图4所示，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，所述阴极的气压保持为电堆额定运行气压的90％，电堆设置为恒电压模式，所述恒电压模式下电堆的电压恒定为电堆额定电压的120％，以第一比例减小所述阴极的气流量，所述第一比例为20％，测量所述气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量所述气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到所述瞬态输出电流相对于所述稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值，所述第一差值比例等于所述瞬态输出电流与所述稳态输出电流之间的差值与所述稳态输出电流之间的比例；
将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，所述第一比较值为5％，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水。
以所述调控方法对测试电堆进行调控，测试得到调控过程中测试电堆的输出电流与时间的关系的曲线如图5所示，经计算得到的第一绝对值大于第一比较值，并且瞬态输出电流小于稳态输出电流，因此对电堆进行补水。
实施例5
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，所述阴极的气压保持为电堆额定运行气压的60％，电堆设置为恒电压模式，所述恒电压模式下电堆的电压恒定为电堆额定电压的130％，以第一比例减小所述阴极的气流量，所述第一比例为30％，测量所述气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量所述气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到所述瞬态输出电流相对于所述稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值，所述第一差值比例等于所述瞬态输出电流与所述稳态输出电流之间的差值与所述稳态输出电流之间的比例；
将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，所述第一比较值为10％，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水。
以所述调控方法对测试电堆进行调控，测试得到调控过程中测试电堆的输出电流与时间的关系的曲线如图6所示，经计算得到的第一绝对值大于第一比较值，并且瞬态输出电流大于稳态输出电流，因此对电堆进行排水。
实施例6
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，所述阴极的气压保持为电堆额定运行气压的120％，电堆设置为恒电压模式，所述恒电压模式下电堆的电压恒定为电堆额定电压的100％，以第一比例减小所述阴极的气流量，所述第一比例为10％，测量所述气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量所述气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到所述瞬态输出电流相对于所述稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值，所述第一差值比例等于所述瞬态输出电流与所述稳态输出电流之间的差值与所述稳态输出电流之间的比例；
将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，所述第一比较值为1％，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水。
实施例7
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，如图7所示，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气流量恒定不变，所述阴极的气流量保持为电堆额定运行气流量的50％，电堆设置为恒电流模式，所述恒电流模式下电堆的电流恒定为电堆额定电流的50％，以第二比例增大所述阴极的气压，所述第二比例为20％，测量所述气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量所述气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到所述瞬态输出电压相对于所述稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值，所述第二差值比例等于所述瞬态输出电压与所述稳态输出电压之间的差值与所述稳态输出电压之间的比例；
将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，所述第二比较值为5％，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电压小于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水；若所述第二绝对值小于或等于所述第二比较值，无需进行电堆的补水或排水。
以所述调控方法对测试电堆进行调控，测试得到调控过程中测试电堆的输出电压与时间的关系的曲线如图8所示，经计算得到的第二绝对值大于第二比较值，并且瞬态输出电压大于稳态输出电压，因此对电堆进行排水。
实施例8
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气流量恒定不变，所述阴极的气流量保持为电堆额定运行气流量的20％，电堆设置为恒电流模式，所述恒电流模式下电堆的电流恒定为电堆额定电流的20％，以第二比例增大所述阴极的气压，所述第二比例为30％，测量所述气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量所述气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到所述瞬态输出电压相对于所述稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值，所述第二差值比例等于所述瞬态输出电压与所述稳态输出电压之间的差值与所述稳态输出电压之间的比例；
将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，所述第二比较值为10％，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电压小于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水；若所述第二绝对值小于或等于所述第二比较值，无需进行电堆的补水或排水。
以所述调控方法对测试电堆进行调控，测试得到调控过程中测试电堆的输出电压与时间的关系的曲线如图9所示，经计算得到的第二绝对值大于第二比较值，并且瞬态输出电压小于稳态输出电压，因此对电堆进行补水。
实施例9
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气流量恒定不变，所述阴极的气流量保持为电堆额定运行气流量的80％，电堆设置为恒电流模式，所述恒电流模式下电堆的电流恒定为电堆额定电流的80％，以第二比例增大所述阴极的气压，所述第二比例为10％，测量所述气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量所述气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到所述瞬态输出电压相对于所述稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值，所述第二差值比例等于所述瞬态输出电压与所述稳态输出电压之间的差值与所述稳态输出电压之间的比例；
将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，所述第二比较值为1％，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电压小于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水；若所述第二绝对值小于或等于所述第二比较值，无需进行电堆的补水或排水。
实施例10
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，如图10所示，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气流量恒定不变，所述阴极的气流量保持为电堆额定运行气流量的50％，电堆设置为恒电流模式，所述恒电流模式下电堆的电流恒定为电堆额定电流的50％，以第二比例减小所述阴极的气压，所述第二比例为20％，测量所述气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量所述气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到所述瞬态输出电压相对于所述稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值，所述第二差值比例等于所述瞬态输出电压与所述稳态输出电压之间的差值与所述稳态输出电压之间的比例；
将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，所述第二比较值为5％，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电压小于所述稳态输出电压时，进行电堆的排水；若所述第二绝对值小于或等于所述第二比较值，无需进行电堆的补水或排水。
以所述调控方法对测试电堆进行调控，测试得到调控过程中测试电堆的输出电压与时间的关系的曲线如图11所示，经计算得到的第二绝对值大于第二比较值，并且瞬态输出电压小于稳态输出电压，因此对电堆进行排水。
实施例11
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气流量恒定不变，所述阴极的气流量保持为电堆额定运行气流量的20％，电堆设置为恒电流模式，所述恒电流模式下电堆的电流恒定为电堆额定电流的20％，以第二比例减小所述阴极的气压，所述第二比例为30％，测量所述气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量所述气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到所述瞬态输出电压相对于所述稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值，所述第二差值比例等于所述瞬态输出电压与所述稳态输出电压之间的差值与所述稳态输出电压之间的比例；
将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，所述第二比较值为10％，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电压小于所述稳态输出电压时，进行电堆的排水；若所述第二绝对值小于或等于所述第二比较值，无需进行电堆的补水或排水。
以所述调控方法对测试电堆进行调控，测试得到调控过程中测试电堆的输出电压与时间的关系的曲线如图12所示，经计算得到的第二绝对值大于第二比较值，并且瞬态输出电压大于稳态输出电压，因此对电堆进行补水。
实施例12
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气流量恒定不变，所述阴极的气流量保持为电堆额定运行气流量的80％，电堆设置为恒电流模式，所述恒电流模式下电堆的电流恒定为电堆额定电流的80％，以第二比例减小所述阴极的气压，所述第二比例为10％，测量所述气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量所述气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到所述瞬态输出电压相对于所述稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值，所述第二差值比例等于所述瞬态输出电压与所述稳态输出电压之间的差值与所述稳态输出电压之间的比例；
将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，所述第二比较值为1％，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电压小于所述稳态输出电压时，进行电堆的排水；若所述第二绝对值小于或等于所述第二比较值，无需进行电堆的补水或排水。
实施例13
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，除所述第一比例为5％外，其余均与实施例1相同。
实施例14
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，除所述第一比例为40％外，其余均与实施例1相同。
实施例15
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，除所述第一比较值为0.5％外，其余均与实施例1相同。
实施例16
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，除所述第一比较值为15％外，其余均与实施例1相同。
实施例17
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，除所述第二比例为2％外，其余均与实施例7相同。
实施例18
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，除所述第二比例为60％外，其余均与实施例7相同。
实施例19
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，除所述第二比较值为0.5％外，其余均与实施例7相同。
实施例20
本实施例提供了一种电堆水含量的调控方法，除所述第二比较值为15％外，其余均与实施例7相同。
以实施例1～20中电堆水含量的调控方法对电堆的水含量进行调控，测试得到的调控准确度如表1所示。
表1
由表1可得：
(1)实施例1～12中电堆水含量的调控方法对电堆水含量的调控精度较高；
(2)通过实施例1与实施例13和14的对比可知，本发明中第一比例的大小会影响调控方法的调控准确度；当第一比例偏小时，会导致调控的准确度降低，这是由于气流变化太小，不足以从其他影响因素区分出来；当第一比例偏大时，会导致调控的准确度降低，这是由于气流变化太大，容易导致其他因素响应的影响；
(3)通过实施例1与实施例15和16的对比可知，本发明中第一比较值的大小会影响调控方法的调控准确度；当第一比较值偏小时，会导致调控的准确度降低，这是由于其他因素的影响会导致电堆含水量的误判；当第一比较值偏大时，会导致调控的准确度降低，这是由于电堆含水量偏离的初期影响未能有效识别；
(4)通过实施例7与实施例17和18的对比可知，本发明中第二比例的大小会影响调控方法的调控准确度；当第二比例偏小时，会导致调控的准确度降低，这是由于气压变化太小，不足以从其他影响因素区分出来；当第二比例偏大时，会导致调控的准确度降低，这是由于气压变化太大，容易导致其他因素响应的影响；
(5)通过实施例7与实施例19和20的对比可知，本发明中第二比较值的大小会影响调控方法的调控准确度；当第二比较值偏小时，会导致调控的准确度降低，这是由于其他因素的影响会导致电堆含水量的误判；当第二比较值偏大时，会导致调控的准确度降低，这是由于电堆含水量偏离的初期影响未能有效识别。
综上所述，本发明提供的电堆水含量的调控方法无需额外引入复杂的设备、调控成本较低、调控难度较低且调控准确度较高，所述调控方法能够有效调控电堆中的水含量从而保证电堆中的水含量维持在合适的水平。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (14)
1.一种电堆水含量的调控方法，其特征在于，所述调控方法包括：
保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，电堆设置为恒电压模式，第一调整所述阴极的气流量，测量所述气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量所述气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到所述瞬态输出电流相对于所述稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值；
或保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气流量恒定不变，电堆设置为恒电流模式，第二调整所述阴极的气压，测量所述气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量所述气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到所述瞬态输出电压相对于所述稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值；
将所述第一绝对值或所述第二绝对值与设定比较值进行对比；若所述第一绝对值或所述第二绝对值大于所述设定比较值，则需进行电堆的补水或排水，反之，无需进行电堆的补水或排水；
所述设定比较值包括第一比较值与第二比较值；
所述第一调整为减小所述阴极的气流量，则将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水；或者
所述第一调整为增大所述阴极的气流量，则将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水；或者
所述第二调整为减小所述阴极的气压，则将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电压小于所述稳态输出电压时，进行电堆的排水；若所述第二绝对值小于或等于所述第二比较值，无需进行电堆的补水或排水；或者
所述第二调整为增大所述阴极的气压，则将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电压小于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水；若所述第二绝对值小于或等于所述第二比较值，无需进行电堆的补水或排水。
2.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述第一比较值为1~10%。
3.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述第二比较值为1~10%。
4.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述第一差值比例等于所述瞬态输出电流与所述稳态输出电流之间的差值与所述稳态输出电流之间的比例。
5.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述第一调整包括以第一比例增大或减小所述阴极的气流量。
6.根据权利要求5所述的调控方法，其特征在于，所述第一比例为10~30%。
7.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，保持阴极的气压恒定不变时，所述阴极的气压保持为电堆额定运行气压的40~120%。
8.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述恒电压模式下电堆的电压恒定为电堆额定电压的90~140%。
9.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述第二差值比例等于所述瞬态输出电压与所述稳态输出电压之间的差值与所述稳态输出电压之间的比例。
10.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述第二调整包括以第二比例增大或减小所述阴极的气压。
11.根据权利要求10所述的调控方法，其特征在于，所述第二比例为5~50%。
12.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，保持阴极的气流量恒定不变时，所述阴极的气流量保持为电堆额定运行气流量的10~90%。
13.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述恒电流模式下电堆的电流恒定为电堆额定电流的10~90%。
14.一种权利要求1~13任一项所述调控方法的应用，其特征在于，所述调控方法用于调控电堆中的水含量。
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