[發(fā)明專利]一種帶循環(huán)泵的燃料電池陽極壓強(qiáng)與流量自調(diào)節(jié)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910392124.1
• 申請(qǐng)日: 2019-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN110247081B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何洪文;王亞雄;權(quán)盛偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/04089
• 分類號(hào): H01M8/04089;H01M8/04746
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

本發(fā)明涉及一種帶循環(huán)泵的燃料電池陽極壓強(qiáng)與流量自調(diào)節(jié)方法，實(shí)現(xiàn)燃料電池陽極氫氣壓強(qiáng)與流量自調(diào)節(jié)。燃料電池陽極氫氣供應(yīng)系統(tǒng)由高壓氫氣罐、流量控制閥、供氣歧管、回流歧管、氫氣循環(huán)泵、壓強(qiáng)控制器和流量控制器組成，其中壓強(qiáng)控制器通過控制流量控制閥的驅(qū)動(dòng)電壓來控制流量控制閥的輸出流量，進(jìn)而調(diào)節(jié)燃料電池陽極壓強(qiáng)，壓強(qiáng)控制器輸入燃料電池電流值、陽極壓強(qiáng)測(cè)量值和陽極壓強(qiáng)期望值，輸出流量控制閥控制電壓；流量控制器通過控制氫氣循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)電壓來調(diào)節(jié)氫氣循環(huán)泵的輸出流量，流量控制器輸入燃料電池電流值、氫氣循環(huán)泵實(shí)際流量和氫氣循環(huán)泵期望流量，輸出氫氣循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池輔助系統(tǒng)，特別涉及一種燃料電池陽極氫氣供應(yīng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池是由于通過電化學(xué)反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，且將燃料和氧氣作為原料，同時(shí)沒有機(jī)械傳動(dòng)部件，因此具有高效率，無噪聲，無污染等優(yōu)點(diǎn)。從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度上，燃料電池是最具有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。如今，質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電作為新一代發(fā)電技術(shù)，其應(yīng)用前景十分廣闊，且作為汽車動(dòng)力的研究已取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。氫氣作為燃料電池的燃料，儲(chǔ)存在車載儲(chǔ)氫瓶中，通過供氣裝置導(dǎo)入電池電堆的陽極進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。考慮到環(huán)保和安全性問題，電堆中反應(yīng)不完全的氫氣不能直接排放到大氣中。且本著提高能源利用率的思想，在電堆陽極處增加氫氣循環(huán)泵，將多余的氫氣進(jìn)行循環(huán)利用，這樣既能提高氫氣的利用率，又有利于電堆水管理，保證電池平穩(wěn)高效運(yùn)行。

質(zhì)子交換膜燃料電池的陽極氣體壓強(qiáng)和流量對(duì)燃料電池的使用效率和使用壽命具有重要意義。當(dāng)氫氣供應(yīng)系統(tǒng)供給的氫氣過量時(shí)，雖然燃料電池反應(yīng)充分，但是氫氣循環(huán)泵所消耗的功率增加，降低電池輸出效率。同時(shí)過多的氫氣會(huì)使電堆陽極壓強(qiáng)升高，導(dǎo)致陰陽極壓差增大，影響質(zhì)子交換膜的壽命；當(dāng)氫氣供應(yīng)系統(tǒng)供給的氫氣不足于燃料電池所需要的氫氣量，會(huì)使燃料電池產(chǎn)生“燃料饑餓”現(xiàn)象，以致燃料電池壽命降低，嚴(yán)重情況下甚至?xí)茐哪る姌O使燃料電池報(bào)廢。因此，在保持燃料電池陽極氫氣循環(huán)利用的同時(shí)對(duì)其陽極壓強(qiáng)與流量進(jìn)行有效控制是需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種帶氫氣循環(huán)泵的燃料電池陽極壓強(qiáng)與流量自調(diào)節(jié)方法，實(shí)時(shí)控制燃料電池陽極的壓強(qiáng)與流量，使燃料電池穩(wěn)定工作。

本發(fā)明的一種帶循環(huán)泵的燃料電池陽極壓強(qiáng)與流量自調(diào)節(jié)方法，燃料電池氫氣供應(yīng)系統(tǒng)包括高壓儲(chǔ)氫罐、流量控制閥、供氣歧管、回流歧管、氫氣循環(huán)泵和燃料電池陽極流道；

所述流量控制閥控制高壓儲(chǔ)氫罐流入到供氣歧管中的氫氣流量；

所述供氣歧管一端連接所述流量控制閥和所述氫氣循環(huán)泵輸出端，所述供氣歧管輸另一端連接所述燃料電池陽極流道；

所述回流歧管兩端分別連接燃料電池陽極流道和氫氣循環(huán)泵輸入端；

壓強(qiáng)控制器控制流量控制閥的輸出流量，進(jìn)而調(diào)節(jié)燃料電池陽極壓強(qiáng)，所述壓強(qiáng)控制器輸入燃料電池電流值、陽極壓強(qiáng)測(cè)量值和陽極壓強(qiáng)期望值，計(jì)算所述流量控制閥驅(qū)動(dòng)電壓；

流量控制器調(diào)節(jié)氫氣循環(huán)泵的輸出流量，進(jìn)而調(diào)節(jié)燃料電池陽極流量，所述流量控制器輸入燃料電池電流值、氫氣循環(huán)泵實(shí)際流量和氫氣循環(huán)泵期望流量，計(jì)算所述氫氣循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)電壓。

所述氫氣循環(huán)泵期望流量以流量控制閥的輸出流量作為參數(shù)，通過函數(shù)計(jì)算得到。

所述壓強(qiáng)控制器利用陽極壓強(qiáng)期望值和陽極壓強(qiáng)測(cè)量值的偏差和偏差率，根據(jù)壓強(qiáng)模糊規(guī)則對(duì)壓強(qiáng)控制器調(diào)節(jié)因子進(jìn)行修正。

所述流量控制器利用氫氣循環(huán)泵期望流量和氫氣循環(huán)泵實(shí)際流量的偏差和偏差率，根據(jù)流量模糊規(guī)則對(duì)流量控制器調(diào)節(jié)因子進(jìn)行修正。

所述壓強(qiáng)模糊規(guī)則和所述流量模糊規(guī)則的模糊蘊(yùn)含關(guān)系算法是Mamdani算法，所述壓強(qiáng)模糊規(guī)則和所述流量模糊規(guī)則對(duì)模糊量進(jìn)行清晰化處理時(shí)用的是面積中心法，選用三角形隸屬度函數(shù)作為所述壓強(qiáng)控制器和流量控制器的隸屬度函數(shù)。