[發明專利]一種燃料電池堆氫氣側排水控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201010563868.4
• 申請日: 2010-11-29
• 公開（公告）號: CN102024966A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 王克勇;楊景官;侯中軍;孫德堯;丁鵬
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 高永德

技術領域：

本發明涉及燃料電池技術，特別涉及燃料電池的氫氣排水控制。

背景技術：

燃料電池堆在實際運行中氫氣側容易積水導致個別節電壓偏低，影響燃料電池堆的功率輸出，目前氫氣側排水通常采用氫氣循環和脈沖排氣的辦法，氫氣循環可以有效提高氫氣的利用率，但實現困難，成本很高，利用脈沖電磁閥實現氫氣脈沖排氣的辦法，硬件結構相對簡單，但會降低氫氣的利用率，如果控制不合理會導致氫氣利用率過低或者氫氣排水不及時。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃料電池氫氣脈沖排氣的控制系統和控制方法，可以及時將燃料電池堆氫氣側的液態水及時排出。

本發明的技術方案是：一種燃料電池堆氫氣側排水控制系統，包括連接在燃料電池堆氫氣側氫氣排出通道上的脈沖電磁閥和脈沖電磁閥(100)的脈沖電磁閥驅動電路(200)及脈沖電磁閥邏輯控制單元(300)，其特征在于所述脈沖電磁閥邏輯控制單元由數字核心、燃料電池堆電流采樣電路、燃料電池堆輸出電流信號接口、燃料電池堆單體電池電壓采集電路、燃料電池堆單節電池電壓信號接口、數字信號轉換電路、燃料電池堆脈沖電磁閥驅動電路信號接口、溫度采集電、燃料電池堆的溫度傳感器信號接口組成，所述脈沖電磁閥邏輯控制單元數字核心與燃料電池堆電流采樣電路連通，燃料電池堆電流采樣電路與燃料電池堆輸出電流信號接口連通，燃料電池堆輸出電流信號接口與燃料電池堆的電流傳感器相連，采集燃料電池堆的輸出電流；脈沖電磁閥邏輯控制單元數字核心與燃料電池堆單體電池電壓采集電路連通，燃料電池堆單體電池電壓采集電路與燃料電池堆單節電池電壓信號接口連通，燃料電池堆單節電池電壓信號接口與燃料電池堆電池電壓信號線相連，采集燃料電池堆單節電池電壓；脈沖電磁閥邏輯控制單元數字核心與數字信號轉換電路連通，數字信號轉換電路與燃料電池堆脈沖電磁閥驅動電路信號接口連通，燃料電池堆脈沖電磁閥驅動電路信號接口與燃料電池堆脈沖電磁閥驅動電路相連，通過數字信號轉換電路控制燃料電池堆脈沖電磁閥驅動電路；脈沖電磁閥邏輯控制單元數字核心與溫度采集電路連通，溫度采集電路與燃料電池堆的溫度傳感器信號接口連通，燃料電池堆的溫度傳感器信號接口與燃料電池堆的溫度傳感器相連，采集燃料電池堆的工作溫度；

所述脈沖電磁閥驅動電路是電子驅動電路，非機械開關控制，電子驅動電路為：脈沖電磁閥邏輯控制單元的信號與脈沖電磁閥驅動電路的電阻I一端相連，電阻I的另一端與三極管I的基極相連，電阻II的一端與三極管I的集電極連接，另一端與光耦輸入端相連，三極管I的發射極接地，光耦204輸出端分別與三極管II基極和集電極相連，三極管II的發射極接地，光耦輸出端與三極管II集電極連的線路與脈沖電磁閥連通，三極管II集電極通過二極管接地，控制脈沖電磁閥通斷。

本發明所述一種燃料電池堆氫氣側排水控制系統的控制方法，其特征在于所述控制方法是根據電流積分、最低單電池電壓和電堆溫度進行控制脈沖電磁閥的占空比和開關周期，控制單元檢測并確定燃料電池最小單體電池電壓Vcellmin及對應節數，判斷檢測的燃料電池最小單體電池電壓Vcellmin與設定電壓值Vcellminset的關系，當燃料電池堆某單體電池電壓Vcellmin低于設定電壓值Vcellminset時，脈沖電磁閥則連續排放N次，排放周期為設定值Tcell，占空比為50％，當燃料電池堆單體電池電壓都高于設定電壓值Vcellminset時，根據冷卻介質溫度和燃料電池堆輸出電流積分確定溫度系數Tcool和電流積分值TIsum，排放打開時間為常數DRnorm，排放周期Tdr為溫度系數Tcool和電流積分值Tisum的乘積。

本發明的有益效果是：利用穩定可靠的脈沖電磁閥驅動電路，通過監測燃料電池堆的單體最低電池電壓、輸出電流控制脈沖電磁閥的開關占空比和開關周期，可以將燃料電池堆氫氣側的液態水及時排出，具有實現簡單、成本低和系統結構簡單等優點。

附圖說明

本發明共有三幅附圖，其中

圖1是燃料電池堆氫氣側排水控制系統結構框圖，

圖2是脈沖電磁閥驅動電路原理圖，

圖3是燃料電池堆氫氣側排水控制系統控制流程圖。