[發明專利]一種燃料電池陽極排水排雜一體裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 202110382106.2
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113193212B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 王仁康;李凱;吳智才;曹繼申;吳迪;殷聰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/04313;H01M8/04537;H01M8/04955;H01M8/04992
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

1.一種燃料電池陽極排水排雜一體裝置，其特征在于，包括氣液分離裝置、儲水箱、細管路、液位傳感器、電磁閥、尾排支路、信號檢測模塊和控制器；

所述氣液分離裝置的一端連接燃料電池的氫氣出口端，另一端連接燃料電池的氫氣循環支路，底端依次連接儲水箱、細管路、電磁閥和尾排支路，所述液位傳感器設置于細管路上；

所述信號檢測模塊用于檢測液位傳感器傳輸的液位信號、燃料電池的電流信號和節電壓信號；所述控制器按照控制方法控制電磁閥的開關；

所述控制方法包括正常運行狀態切換至排水排雜運行狀態的控制方法，和排水排雜運行狀態切換至正常運行狀態的控制方法；當一體裝置處于正常運行狀態和排水排雜運行狀態時，電磁閥分別關閉和開啟；

所述正常運行狀態切換至排水排雜運行狀態的控制方法具體為：控制器判斷滿足以下任一條件時，控制電磁閥開啟，一體裝置切換至排水排雜運行狀態；

條件A：依據電流信號、運行時間和雜質氣體含量閾值判斷氫氣循環支路內雜質氣體含量是否超標；

條件B：依據電流信號和貯水量上限判斷儲水箱內貯水量是否超標；

條件C：依據節電壓信號判斷燃料電池節電壓是否異常；

條件D：判斷一體裝置處于正常運行狀態的時間是否超過預設的排雜間隔T_N；

所述排水排雜運行狀態切換至正常運行狀態的控制方法具體包括以下步驟：

步驟a：控制器依據液位信號判斷儲水箱的排水是否結束，若排水未結束，則保持排水排雜運行狀態；若排水結束，則標記當前時刻為T₁，進行下一步驟；

步驟b：控制器判斷燃料電池是否有排雜需求，若無排雜需求，則控制電磁閥關閉，一體裝置切換至正常運行狀態；若有排雜需求，則保持排水排雜運行狀態，進行下一步驟；

步驟c：控制器判斷當前時刻是否到達T₁+ΔT，ΔT為預設的排雜時間，若未到達T₁+ΔT，則保持排水排雜運行狀態；若到達T₁+ΔT，則控制電磁閥關閉，一體裝置切換至正常運行狀態。

2.根據權利要求1所述燃料電池陽極排水排雜一體裝置，其特征在于，條件A依據電流信號、運行時間和雜質氣體含量閾值判斷雜質氣體含量是否超標的具體步驟為：

步驟A1：通過實驗測算燃料電池在不同電流信號下、不同運行時間后的雜質氣體含量，獲得雜質氣體含量與電流信號和運行時間的函數關系；

步驟A2：控制器依據所述函數關系，對燃料電池在某一電流信號下運行一段時間內的雜質氣體含量進行估計，若雜質氣體含量的估計值高于雜質氣體含量閾值，判斷得到雜質氣體含量超標；否則，雜質氣體含量未超標。

3.根據權利要求1所述燃料電池陽極排水排雜一體裝置，其特征在于，條件B依據電流信號和貯水量上限判斷儲水箱內貯水量是否超標的具體步驟為：

步驟B1：通過實驗標定，獲得不同電流信號下儲水箱內貯水量達到貯水量上限的持續時間；

步驟B2：若在某一電流信號下，一體裝置處于正常運行狀態的時間超過持續時間，控制器判斷得到儲水箱內貯水量超標；否則，儲水箱內貯水量未超標。

4.根據權利要求1所述燃料電池陽極排水排雜一體裝置，其特征在于，條件C依據節電壓信號判斷燃料電池節電壓是否異常的具體過程為：

若燃料電池的整堆電壓信號小于預設的最低安全整堆電壓，存在單節節電壓信號低于預設的最低安全單節電壓，或燃料電池的節電壓信號均方差大于等于均方差閾值，則控制器判斷燃料電池節電壓異常；否則，燃料電池節電壓正常。

5.根據權利要求1所述燃料電池陽極排水排雜一體裝置，其特征在于，步驟b中控制器判斷燃料電池是否有排雜需求的方法有如下兩種：

方法一：基于電流信號對雜質氣體含量進行估計，并依據雜質氣體含量估計值是否達到雜質氣體含量閾值來判斷；若雜質氣體含量估計值高于雜質氣體含量閾值，判斷得到有排雜需求；否則，沒有排雜需求；

方法二：通過判斷燃料電池節電壓是否異常來判斷；若燃料電池的整堆電壓信號小于預設的最低安全整堆電壓，存在單節節電壓信號低于預設的最低安全單節電壓，或燃料電池的節電壓信號均方差大于等于均方差閾值，則判斷燃料電池節電壓異常，燃料電池有排雜需求；否則，沒有排雜需求。