[發明專利]一種燃料電池水含量的檢測裝置及控制方法

有效

• 申請號: 202010594897.0
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111864238B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 徐曉明;胡昊;梅楠;李辰;孫旭東
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M8/04492
• 分類號: H01M8/04492;H01M8/04298
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種燃料電池水含量的檢測裝置及控制方法，包括邊緣透光流場板、燃料電池、平行光源、照度傳感器、控制單元、空氣罐、電控開關閥、調節閥、自動流量計；通過玻璃與粘合劑使燃料電池的流場板邊緣透明，玻璃位置對應燃料電池的流道位置。其中平行光源透過燃料電池邊緣透光流場板，發出的光信號由照度傳感器接收。控制單元接收照度傳感器與自動流量計發出的信號?？諝夤夼c電控開關閥、調節閥、自動流量計、燃料電池相連，其中控制單元依據照度傳感器、自動流量計與燃料電池電壓信號調節電控開關閥與調節閥對燃料電池進行吹掃。該燃料電池水含量的檢測與控制方法可以依據水含量精確地滿足汽車行駛過程中電池的吹掃需求。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，特別涉及一種燃料電池水含量的檢測及控制方法。

背景技術

隨著化石能源的減少與國家對于節能減排的愈發重視，新能源得到了人們更多的關注，其中燃料電池被認為是最有發展前景的方向之一。其中的低溫氫氧燃料電池具有對工作環境溫度的要求較低、不產生額外的碳排放且由催化劑催化反應不產生明火等優勢故應用范圍較廣。但圍繞燃料電池還存在著種種問題，其中膜干與水淹問題尤為重要。燃料電池的催化反應常發生在三相點處，膜干與水淹均降低了反應的速率，且膜干會降低質子交換膜的機械性能，而水淹會減少反應氣體透過氣體擴散層的摩爾質量。故為了進一步解決燃料電池在載運工具、住宅家具等方面商業化的技術困難，避免燃料電池在運行一段時間后因膜干與水淹所造成的性能下降，進行精確的水管理是十分必要的。因此目前提出了一系列水管理的檢測與控制方法。

目前能準確評估燃料電池的液態水分布常采用的是全透明流場板及相關的攝像機等檢測設備。但全透明流場板的電導率較一般的石墨或金屬流場板低、實時的圖像分析較為復雜、檢測范圍僅限于單片而不是堆體且攝像設備通常不適用于車載使用，故實際應用較少。

燃料電池的停機吹掃是調節燃料電池流道以及多孔介質內部水含量的常見方式之一。吹掃常常分為氮氣吹掃與空氣吹掃，可以比較有效的去除多余的液態水。但一般的吹掃方式往往容易造成燃料電池內水含量的控制不精確，無法觀測到燃料電池流場板流道的前部或是中后部的水淹的嚴重情況，并由此制定不同的吹掃策略。同時因不適當的吹掃所造成的部分膜干現象與膜疲勞損傷也會降低燃料電池的使用壽命。

發明內容

為克服上述技術的不足，本發明提供了一種燃料電池水含量的檢測及控制方法，使燃料電池在長時間運行之后，更加準確的檢測燃料電池內部液態水分布并進行相應的停機吹掃動作。同時在吹掃過程中監控水含量變化，對吹掃的氣壓進行調整，降低質子交換膜的損傷，實現最優的水管理，提升燃料電池的性能與工作壽命。

為實現上述目的，本發明提供如下的技術方案：

一種燃料電池水含量的檢測裝置，包括燃料電池12、控制單元13、電控開關閥14、空氣罐15、調節閥16、自動流量計17、照度傳感器9以及平行光源1；

所述控制單元13分別和照度傳感器9、燃料電池12、電控開關閥14、調節閥16、自動流量計17相連接，控制單元13在接收來自照度傳感器9的電信號和燃料電池12的電壓信號從而控制電控開關閥14的開閉與調節閥16的開度，同時最終調整的結果經由自動流量計17再反饋給控制單元13，以確定調節閥16的開度是否達到控制的需求；所述空氣罐15、電控開關閥14、調節閥16、自動流量計17、燃料電池12經由管路依次連接，空氣罐15為燃料電池12提供反應所需的氧氣與空氣吹掃所需要的氣體；

所述燃料電池12包括兩片邊緣透光流場板、密封氣體用的密封墊10，上下兩層邊緣透光流場板與中間層的膜電極通過密封墊10壓緊組成一片燃料電池，按照上述結構依次疊加組成燃料電池堆，平行光源1垂直照射于邊緣透光流場板處，在各邊緣玻璃透明處應保持均勻分布并具有相同的光照強度，使其平行射出邊緣透光流場板并由足夠貼近流場板的照度傳感器9以接受光信號。