[發(fā)明專利]一種液體燃料電池電堆啟動(dòng)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711265362.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN109873184B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫海;甘海波;孫公權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01M8/04225
• 分類號(hào): H01M8/04225;H01M8/0432;H01M8/04537
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發(fā)明涉及一種液體燃料電池電堆啟動(dòng)控制方法，通過設(shè)置溫度傳感器和電壓或電流傳感器替代濃度傳感器，對(duì)液體燃料電池電堆進(jìn)行啟動(dòng)控制，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，打破了燃料濃度傳感器對(duì)液體進(jìn)料燃料電池推廣的限制；同時(shí)本方案適用于各類液體進(jìn)料燃料電池，具有啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，啟動(dòng)初始燃料濃度適用范圍廣，初始溫度適用范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，且啟動(dòng)過程穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明在于提供一種直接液體燃料電池?zé)o濃度傳感器控制電堆啟動(dòng)的方法。

背景技術(shù)

燃料電池具有發(fā)電效率高，環(huán)境友好，比能量高，可持續(xù)發(fā)電等優(yōu)勢(shì)，在車載電源，離網(wǎng)電站，動(dòng)力電源等方面可發(fā)揮重要作用。液體進(jìn)料燃料電池同時(shí)又具有燃料攜帶方便，易于加注燃料等優(yōu)勢(shì)，在移動(dòng)便攜式電源方面廣泛的應(yīng)用前景。

為保證液體進(jìn)料燃料電池性能及穩(wěn)定性，通常在線稀釋的高濃度燃料至較低濃度后，在進(jìn)入電堆。所以，動(dòng)態(tài)調(diào)控進(jìn)入電堆中燃料的濃度就成為核心技術(shù)。

傳統(tǒng)的調(diào)控燃料濃度的方式為在電堆入口前放置燃料濃度傳感器，將濃度信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至控制系統(tǒng)，進(jìn)行反饋控制。但燃料濃度傳感器往往不能同時(shí)兼顧成本和壽命，使其應(yīng)用大大受限，限制了燃料電池的推廣。如美國ISSYS公司的甲醇濃度傳感器售價(jià)近10000元，幾乎與一套小型燃料電池系統(tǒng)的價(jià)格相當(dāng)，而基于電化學(xué)原理的傳感器，其壽命低于3個(gè)月，而且需要長期保濕。

為解決傳感器限制對(duì)燃料電池推廣造成的阻礙，國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)提出基于電堆自身的運(yùn)行參數(shù)直接反饋控制進(jìn)入電堆的燃料濃度，實(shí)現(xiàn)燃料電池的穩(wěn)定運(yùn)行，但大多控制方案集中于DMFC穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、動(dòng)態(tài)變載等階段。在啟動(dòng)過程中，若直接按照穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的方案控制進(jìn)料，則電堆啟動(dòng)時(shí)間較長，甚至按照部分方案控制無法實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。

本發(fā)明針對(duì)液體進(jìn)料燃料電池的啟動(dòng)過程，基于電堆性能隨燃料濃度變化的單峰性，提出一種通過電堆電壓或電流或功率和溫度反饋進(jìn)料，實(shí)現(xiàn)液體進(jìn)料燃料電池?zé)o濃度傳感器快速且穩(wěn)定啟動(dòng)的控制方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)不足，本發(fā)明的目的提供一種不采用濃度傳感器，而通過溫度傳感器和電壓或電流傳感器的液體燃料電池電堆啟動(dòng)控制方法。啟動(dòng)過程中，需要控制恒壓或恒流放電。若恒壓放電，需監(jiān)測電流。電流與溫度共同反饋控制。恒流亦然。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種液體燃料電池電堆啟動(dòng)控制方法，通過設(shè)置溫度傳感器和電壓或電流傳感器替代濃度傳感器，對(duì)液體燃料電池電堆進(jìn)行啟動(dòng)控制，包括以下步驟：

1)連接液體燃料電池系統(tǒng)與電子負(fù)載，在恒電壓U_s或恒電流I_s條件下放電，通過預(yù)設(shè)不同燃料進(jìn)料濃度和不同燃料電池電堆溫度，檢測燃料電池電堆的電流值或電壓值，根據(jù)濃度-溫度-電流/電壓的關(guān)系，得到電流隨溫度變化的直線斜率k或電壓隨溫度變化的直線斜率k’；

2)連接液體燃料電池系統(tǒng)與電子負(fù)載，并使其在恒電壓U_s或恒電流I_s條件下放電，實(shí)時(shí)監(jiān)測其電流I或電壓U，并監(jiān)測溫度傳感器的溫度值T；通過第一和/或第二液泵逐漸增加燃料混合器中的燃料濃度，并根據(jù)k或k’計(jì)算實(shí)時(shí)等效電流I_x或等效電壓U_x；

3)每間隔Δt時(shí)間檢測一次電壓U或電流I，以及溫度傳感器的溫度值T，計(jì)算等效電流I_x或等效電壓U_x；當(dāng)設(shè)定采樣區(qū)間內(nèi)等效電流I_x或等效電壓U_x曾單調(diào)遞減時(shí)，調(diào)取數(shù)據(jù)庫中記錄的最大等效電流I_max或最大等效電壓U_max,計(jì)算啟動(dòng)等效電流I_con或啟動(dòng)等效電壓U_con；否則，計(jì)算等效電流的最大值或等效電壓最大值作為新的最大等效電流I_max或最大等效電壓U_max，并更新數(shù)據(jù)庫；