CN116364981A - 氢燃料电池的阳极压力平衡方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法、装置及设备,实时检测阳极压力,当阳极压力降低至第一阳极压力值时,阳极尾气排放区域排出尾气,同时提高阳极氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值;阳极尾气排放区域停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应量;所述第一阳极压力值大于所述阳极压力下限值且小于阳极压力上限值。本发明提供的氢燃料电池的阳极压力平衡方法、装置及设备,在发电消耗氢气引起阳极压力下降至第一阳极压力值后,令阳极尾气排放区域排出尾气和提高阳极氢气供应量同时发生,使得阳极气体压力提升和阳极气体压力下降同时发生、相互抵消,从而减小阳极压力波动范围,有效降低阳极电堆性能波动,提升排氮效果。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池技术领域,尤其涉及一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法、装置及设备。
背景技术
氢燃料电池的阳极气体循环区域中,氢气随电流输出而逐渐减少,压力逐渐降低;氮气逐渐从膜电极渗透进阳极而没有消耗,氮气含量逐渐升高从而会产生尾气,为了降低阳极气体循环区域中的氮气和液态水量,阳极尾气排放区域以脉冲式排放的方式使尾气(含有氮气和多余液态水)离开阳极气体循环区域,将该部分阳极尾气替换为补充进来的燃料氢气。排尾气时,因为阳极气体压力较高,排放速度快,所以阳极气体循环区域的压力下降速度快。在燃料氢气供应区域,高压氢气脉冲式补充进阳极气体循环区域,以补充消耗掉的氢气,提升阳极气体压力。因为高压氢气补充速度快,所以阳极气体循环区域的压力提升速度快。排尾气时,阳极压力陡增,燃料氢气补充时,阳极压力暴跌,使阳极压力波动范围很大,造成性能不稳定。
发明内容
本发明提供一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法、装置及设备,用以解决现有技术中阳极压力波动范围大的问题。
第一方面,本发明提供一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法,包括以下步骤:
实时检测阳极压力,当阳极压力降低至第一阳极压力值时,阳极尾气排放区域排出尾气,同时提高阳极氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值;
阳极尾气排放区域停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应量;
所述第一阳极压力值大于所述阳极压力下限值且小于阳极压力上限值。
根据本发明提供的一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法,所述提高阳极氢气供应量具体为:提高氢气供应阀或氢喷射阀的占空比。
根据本发明提供的一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法,所述氢气供应阀或氢喷射阀的占空比的增量为20%~80%。
根据本发明提供的一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法,所述氢气供应阀或氢喷射阀的占空比的增量优选为40%~60%。
根据本发明提供的一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法,所述提高阳极氢气供应量具体为:提高氢气供应阀或氢喷射阀的阀门开度。
根据本发明提供的一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法,所述氢气供应阀或氢喷射阀的阀门开度的增量为20%~80%。
根据本发明提供的一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法,所述氢气供应阀或氢喷射阀的阀门开度的增量优选为40%~60%。
第二方面,本发明还提供一种氢燃料电池系统的阳极压力平衡装置,包括:
阳极压力检测单元,用于实时检测阳极压力;
阳极氢气供应单元,向阳极供应氢气;
阳极尾气排放单元,排出阳极的尾气;
阳极压力平衡单元,根据所述阳极压力控制阳极氢气供应单元和阳极尾气排放单元执行以下步骤:
实时检测阳极压力,当阳极压力降低至第一阳极压力值时,阳极尾气排放单元排出尾气,同时提高阳极氢气供应单元的氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值;
阳极尾气排放单元停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应单元的氢气供应量;
所述第一阳极压力值大于所述阳极压力下限值且小于阳极压力上限值。
本发明还提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法。
本发明提供的氢燃料电池的阳极压力平衡方法、装置及设备,在发电消耗氢气引起阳极压力下降至第一阳极压力值后,令阳极尾气排放区域排出尾气和提高阳极氢气供应量同时发生,使得阳极气体压力提升和阳极气体压力下降同时发生、相互抵消,从而减小阳极压力波动范围,有效降低阳极电堆性能波动,提升排氮效果。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是氢燃料电池的阳极电堆结构示意图;
图2是现有技术采用的燃料氢气供应方式和阳极尾气排放方式形成的阳极压力波动范围曲线图;
图3是本发明提供的氢燃料电池的阳极压力平衡方法流程图;
图4是采用本发明提供的氢燃料电池的阳极压力平衡方法形成的阳极压力波动范围曲线图;
图5是本发明提供的氢燃料电池的阳极压力平衡装置结构示意图;
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请;本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中,技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象,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、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中,“多个”的含义是两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
图1为氢燃料电池的阳极电堆结构示意图,阳极电堆包括阳极气体循环区域、燃料氢气供应区域和阳极尾气排放区域。
阳极气体循环区域中,氢气随电流输出而逐渐减少,压力逐渐降低;氮气逐渐从膜电极渗透进阳极而没有消耗,氮气含量逐渐升高。
燃料氢气供应区域中,高压氢气脉冲式补充进阳极气体循环区域,以补充消耗掉的氢气,提升阳极气体压力。因为高压氢气补充速度快,所以阳极气体循环区域的压力提升速度快。
阳极尾气排放区域中,高压阳极气体(含有氮气和多余液态水)脉冲式排放离开阳极气体循环区域,以降低阳极气体循环区域中的氮气和液态水量,替换为补充进来的燃料氢气。因为阳极气体压力较高,排放速度快,所以阳极气体循环区域的压力下降速度快。
图2是现有技术采用的燃料氢气供应方式和阳极尾气排放方式形成的阳极压力波动范围曲线图,如图所示,阳极压力初始值为P1,当发电消耗氢气导致阳极压力下降后,燃料氢气补充使阳极压力暴涨回到P1;随后,阳极压力又逐渐降低,排放废弃废水时,阳极压力暴跌至P2;随后,阳极压力继续逐渐降低,直到下降至P3后,燃料氢气补充使阳极压力暴涨,回到P1与P2之间的一个值。由此可见,补充氢气与尾气的排放过程没有形成联动,导致阳极压力波动范围很大。
下面结合图3描述本发明的一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法,包括:
步骤一,实时检测阳极压力,当阳极压力降低至第一阳极压力值Pstart时,阳极尾气排放区域排出尾气,同时提高阳极氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值Pmin;
步骤二,阳极尾气排放区域停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应量。
其中,所述第一阳极压力值Pstart大于所述阳极压力下限值Pmin且小于阳极压力上限值Pmax。选择压力点Pstart=nPmax+(1-n)Pmin,其中n可选范围是1~99%,优选范围是40~60%,当氢气消耗至阳极压力达到Pstart时,打开排水排氮阀,同时,加大氢气供应阀/氢喷射阀的供氢量。
具体的,当氢气供应阀/氢喷射阀为开关阀,采用打开状态的占空比来控制,预设一占空比增量,可选范围是20~80%,在一个优选实施例中,占空比增量为40~60%,在打开排水排氮阀的同时,控制占空比基于正常运行状态叠加该占空比增量。
具体的,当氢气供应阀/氢喷射阀为开度可调节阀,采用阀门开度来控制,则预设一开度增量,可选范围是全开度的20~80%,在一个优选实施例中,开度增量为40~60%,在打开排水排氮阀的同时,控制阀门开度基于正常运行状态叠加该开度增量。
步骤二中,排水排氮结束后,叠加的占空比增量或阀门开度增量在排水排氮阀关闭的同时取消,使氢气供应量回到正常值。
图4是采用本发明提供的氢燃料电池的阳极压力平衡方法形成的阳极压力波动范围曲线图,如图所示,阳极压力初始值为Pmax,当发电消耗氢气导致阳极压力下降至Pmin后,燃料氢气补充使阳极压力暴涨回到Pmax;当需要排放尾气时,实时检测阳极压力,当阳极压力降低至第一阳极压力值Pstart时,阳极尾气排放区域排出尾气,同时提高阳极氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值Pmin且小于阳极压力上限值Pmax,并保持在Pstart附近,不会发生暴跌,使阳极压力下降过多;尾气排放完毕后,阳极尾气排放区域停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应量,阳极压力继续逐渐降低,直到下降至阳极压力下限值Pmin后,燃料氢气补充使阳极压力暴涨,回到Pmax。由此可见,本方法通过补氢和排氮的联动,减少阳极压力波动范围,提升了排氮效果。
下面对本发明提供的一种氢燃料的阳极压力平衡装置进行描述,下文描述的一种氢燃料的阳极压力平衡装置与上文描述的一种氢燃料的阳极压力平衡方法可相互对应参照。
一种氢燃料的阳极压力平衡装置,如图5所示,包括:
阳极压力检测单元501,用于实时检测阳极压力;
阳极氢气供应单元502,向阳极供应氢气;
阳极尾气排放单元503,排出阳极的尾气;
阳极压力平衡单元504,根据所述阳极压力控制阳极氢气供应单元和阳极尾气排放单元执行以下步骤:
实时检测阳极压力,当阳极压力降低至第一阳极压力值时,阳极尾气排放单元排出尾气,同时提高阳极氢气供应单元的氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值;
阳极尾气排放单元停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应单元的氢气供应量;
所述第一阳极压力值大于所述阳极压力下限值且小于阳极压力上限值。
图6为本申请实施例提供的一种电子设备的示意图。参照图6,电子设备600包括:处理器610、存储器620以及通信接口630,这些组件通过通信总线640和/或其他形式的连接机构(未示出)互连并相互通讯,以执行一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法,包括:步骤一,实时检测阳极压力,当阳极压力降低至第一阳极压力值Pstart时,阳极尾气排放区域排出尾气,同时提高阳极氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值Pmin;步骤二,阳极尾气排放区域停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应量。其中,所述第一阳极压力值Pstart大于所述阳极压力下限值Pmin且小于阳极压力上限值Pmax。
其中,存储器620包括一个或多个(图中仅示出一个),其可以是,但不限于,随机存取存储器(Random Access Memory,简称RAM),只读存储器(Read Only Memory,简称ROM),可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory,简称PROM),可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory,简称EPROM),电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory,简称EEPROM)等。处理器610以及其他可能的组件可对存储器620进行访问,读和/或写其中的数据。
处理器610包括一个或多个(图中仅示出一个),其可以是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。上述的处理器610可以是通用处理器,包括中央处理器(CentralProcessing Unit,简称CPU)、微控制单元(Micro Controller Unit,简称MCU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)或者其他常规处理器;还可以是专用处理器,包括数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits,简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
通信接口630包括一个或多个(图中仅示出一个),可以用于和其他设备进行直接或间接地通信,以便进行数据的交互。例如,通信接口630可以是以太网接口;可以是移动通信网络接口,例如3G、4G、5G网络的接口;还是可以是具有数据收发功能的其他类型的接口。
在存储器620中可以存储一个或多个计算机程序指令,处理器610可以读取并运行这些计算机程序指令,以实现本申请实施例提供的氢燃料电池系统的反馈控制方法以及其他期望的功能。
可以理解,图6所示的结构仅为示意,电子设备600还可以包括比图6中所示更多或者更少的组件,或者具有与图6所示不同的配置。图6中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。例如,电子设备600可以是单台服务器(或其他具有运算处理能力的设备)、多台服务器的组合、大量服务器的集群等,并且,既可以是物理设备也可以是虚拟设备。
另一方面,本发明还提供一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括计算机程序,计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上,所述计算机程序被处理器执行时,计算机能够执行上述各方法所提供的一种氢燃料电池系统的反馈控制方法,包括:步骤一,实时检测阳极压力,当阳极压力降低至第一阳极压力值Pstart时,阳极尾气排放区域排出尾气,同时提高阳极氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值Pmin;
步骤二,阳极尾气排放区域停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应量。
其中,所述第一阳极压力值Pstart大于所述阳极压力下限值Pmin且小于阳极压力上限值Pmax。
又一方面,本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的氢燃料电池系统的反馈控制方法,包括:步骤一,实时检测阳极压力,当阳极压力降低至第一阳极压力值Pstart时,阳极尾气排放区域排出尾气,同时提高阳极氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值Pmin;
步骤二,阳极尾气排放区域停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应量。
其中,所述第一阳极压力值Pstart大于所述阳极压力下限值Pmin且小于阳极压力上限值Pmax。例如,计算机可读存储介质可以实现为图6中电子设备600中的存储器620。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种氢燃料电池的阳极压力平衡方法,其特征在于,包括以下步骤:
实时检测阳极压力,当阳极压力降低至第一阳极压力值时,阳极尾气排放区域排出尾气,同时提高阳极氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值;
阳极尾气排放区域停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应量;
所述第一阳极压力值大于所述阳极压力下限值且小于阳极压力上限值。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统的反馈控制方法,其特征在于,所述提高阳极氢气供应量具体为:提高氢气供应阀或氢喷射阀的占空比。
3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池系统的反馈控制方法,其特征在于,所述氢气供应阀或氢喷射阀的占空比的增量为20%~80%。
4.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池系统的反馈控制方法,其特征在于,所述氢气供应阀或氢喷射阀的占空比的增量为40%~60%。
5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统的反馈控制方法,其特征在于,所述提高阳极氢气供应量具体为:提高氢气供应阀或氢喷射阀的阀门开度。
6.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池系统的反馈控制方法,其特征在于,所述氢气供应阀或氢喷射阀的阀门开度的增量为20%~80%。
7.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池系统的反馈控制方法,其特征在于,所述氢气供应阀或氢喷射阀的阀门开度的增量为40%~60%。
8.一种氢燃料电池系统的阳极压力平衡装置,其特征在于,包括:
阳极压力检测单元,用于实时检测阳极压力;
阳极氢气供应单元,向阳极供应氢气;
阳极尾气排放单元,排出阳极的尾气;
阳极压力平衡单元,根据所述阳极压力控制阳极氢气供应单元和阳极尾气排放单元执行以下步骤:
当阳极压力降低至第一阳极压力值时,阳极尾气排放单元排出尾气,同时提高阳极氢气供应单元的氢气供应量,使阳极压力大于阳极压力下限值;
阳极尾气排放单元停止排出尾气,同时降低阳极氢气供应单元的氢气供应量;
所述第一阳极压力值大于所述阳极压力下限值且小于阳极压力上限值。
9.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1~7任一项所述方法。
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