[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

本發明提供的一種燃料電池陽極排水排雜一體裝置及其控制方法，一體裝置包括氣液分離裝置、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；氣液分離裝置的一端連接氫氣出口端，另一端連接氫氣循環支路，底端依次連接儲水箱、細管路、電磁閥和尾排支路，液位傳感器設置于細管路上；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，控制器按照控制方法控制電磁閥的開關；當一體裝置處于正常運行狀態和排水排雜運行狀態時，控制器分別控制電磁閥關閉和開啟。本發明采用多維度協同判斷的方式，控制一體裝置的狀態切換，實現對燃料電池陽極側的排水排雜，維持燃料電池在各工況下的穩定運行。

技術領域

本發明屬于燃料電池的應用領域，具體涉及一種燃料電池陽極排水排雜一體裝置及其控制方法。

背景技術

隨著能源消耗的加劇與環保意識的提高，傳統化石能源已經不再能單一地滿足人們的需要，探索可替代的清潔再生能源成為越來越廣泛的共識。質子交換膜燃料電池因其功率密度高、能量轉化效率高、清潔無污染等諸多優勢而備受關注。

質子交換膜燃料電池運行過程中，需要陽極側供應氫氣，陰極側供應氧氣作為反應物來維持電堆穩定運行。為提升氫氣利用率，實際應用過程中陽極側一般采用死端或循環模式的供氫方式。反應過程中由于跨膜傳輸影響，氮氣不斷從陰極側滲透，進入陽極側，反應產物水形成水汽與液滴殘留于陽極管道內，如果不及時排除多余水汽和管道內雜質氣體(氮氣)，可能造成燃料電池輸出性能下降，甚至出現電堆水淹、檢測設備在有水環境損壞或陽極氫饑餓等問題。因此燃料電池系統需要實現有效的排水、排雜，以避免上述情況的出現。

傳統解決方案中往往將排水、排雜分開，基于疏水裝置高低液位判斷進行排水和固定排雜周期進行排雜。實際運行過程中，特別是在燃料電池發動機上，由于路況復雜，晃動常常造成液位誤判而影響排水性能，效果不甚理想，且當電堆運行在較高功率下，排水性能往往趕不上產水性能。同時由于燃料電池可運行工作環境不同，實際運行功率范圍多種多樣，如何根據電堆實際運行狀況和當前控制方案提供排雜策略也是實際工程中必須解決的問題。

因此尋求一種優化的燃料電池排水排雜裝置，避免運行環境等因素對排水性能影響，同時結合燃料電池系統運行狀況實現排水、排雜，對維持燃料電池系統穩定運行尤為重要。

發明內容

針對上述現有技術傳統排水、排雜方式易受運行環境影響、無法結合燃料電池系統運行狀況的問題，本發明提出了一種燃料電池陽極排水排雜一體裝置及其控制方法。

本發明具體技術方案如下：

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，氣液分離裝置的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燃料電池的節電壓信號；所述控制器基于所述液位信號、電流信號或節電壓信號，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時，電磁閥關閉；當一體裝置處于排水排雜運行狀態時，電磁閥開啟；

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：基于檢測的液位信號、電流信號或節電壓信號，控制器判斷一體裝置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；