[發(fā)明專利]一種可用于燃料電池電堆的水管理控制方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110967064.9
• 申請(qǐng)日: 2021-08-23
• 公開（公告）號(hào): CN113707915B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許德超;韓令海;趙洪輝;丁磊;盛夏;潘興龍;汝春宇;金守一;劉穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04119
• 分類號(hào): H01M8/04119
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11659
• 代理人: 范坤坤

1.一種可用于燃料電池電堆的水管理控制方法，其特征在于，所述燃料電池電堆由多個(gè)單體電池組成，包括：

獲取優(yōu)選工況區(qū)間內(nèi)各個(gè)工況點(diǎn)的陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)，并保證所述燃料電池的單體電壓處于常用區(qū)間內(nèi)，其中，所述優(yōu)選工況區(qū)間為兼顧電池性能、耐久性、氫耗以及能耗方面的最優(yōu)的工況條件范圍，所述常用區(qū)間為燃料電池的工作性能較優(yōu)時(shí)，對(duì)應(yīng)的所述燃料電池的單體電壓輸出范圍，所述壓阻為在特定工況下流場(chǎng)入口壓力與出口壓力之間的差值；

將所述燃料電池的陽極通入與所述工況點(diǎn)相同流量的氫氣，并將陰極通入與所述工況點(diǎn)相同流量的氮?dú)猥@取所述燃料電池的陽極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)；將燃料電池的陰極通入與所述工況點(diǎn)相同流量的空氣，并將陽極通入與所述工況點(diǎn)相同流量的氦氣獲取所述燃料電池的陰極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和所述陰極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)獲取陰極壓阻上限值；根據(jù)所述陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和所述陽極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)獲取陽極壓阻上限值；

在所述燃料電池運(yùn)行過程中，當(dāng)陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)超過所述陰極壓阻上限值時(shí)，啟用陰極排水控制策略，當(dāng)陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)超過所述陽極壓阻上限值時(shí)，啟用陽極排水控制策略；

其中，根據(jù)所述陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和所述陰極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)獲取所述陰極壓阻上限值，包括：

獲取各個(gè)工況點(diǎn)的所述陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)所述陰極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)的比值，記為第一比值；將所述第一比值中的最大值作為陰極水淹比例因子；

設(shè)定陰極水淹彈性因子；

將所述陰極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)、所述陰極水淹比例因子和所述陰極水淹彈性因子的乘積作為所述陰極壓阻上限值；

根據(jù)所述陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和所述陽極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)獲取所述陽極壓阻上限值，包括：

獲取各個(gè)工況點(diǎn)的所述陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)所述陽極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)的比值，記為第二比值；將所述第二比值中的最大值作為陽極水淹比例因子；

設(shè)定陽極水淹彈性因子；

將所述陽極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)、所述陽極水淹比例因子和所述陽極水淹彈性因子的乘積作為所述陽極壓阻上限值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于燃料電池電堆的水管理控制方法，其特征在于，所述工況點(diǎn)的參數(shù)至少包括：負(fù)載、計(jì)量比、流量、壓力、溫度和濕度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于燃料電池電堆的水管理控制方法，其特征在于，所述常用區(qū)間的取值范圍為0.6V～0.8V。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于燃料電池電堆的水管理控制方法，其特征在于，設(shè)置n個(gè)工況點(diǎn)；其中，5≤n≤100。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于燃料電池電堆的水管理控制方法，其特征在于，獲取優(yōu)選工況區(qū)間內(nèi)各個(gè)工況點(diǎn)的陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù),包括：

根據(jù)負(fù)載、計(jì)量比和壓力選取優(yōu)選工況區(qū)域內(nèi)各個(gè)工況點(diǎn)；

獲取特定濕度和特定溫度下的所述各個(gè)工況點(diǎn)的陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于燃料電池電堆的水管理控制方法，其特征在于，所述陰極水淹彈性因子和所述陽極水淹彈性因子的取值范圍為1～1.5。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于燃料電池電堆的水管理控制方法，其特征在于，

在所述燃料電池運(yùn)行過程中，當(dāng)陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)超過所述陰極壓阻上限值且當(dāng)陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)超過所述陽極壓阻上限值時(shí)，同時(shí)啟用陰極排水控制策略和陽極排水控制策略。

8.一種可用于燃料電池電堆的水管理控制裝置，其特征在于，包括：

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取優(yōu)選工況區(qū)間內(nèi)各個(gè)工況點(diǎn)的陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)，并保證所述燃料電池的單體電壓處于常用區(qū)間內(nèi)，其中，所述優(yōu)選工況區(qū)間為兼顧電池性能、耐久性、氫耗以及能耗方面的最優(yōu)的工況條件范圍，所述常用區(qū)間為燃料電池的工作性能較優(yōu)時(shí)，對(duì)應(yīng)的所述燃料電池的單體電壓輸出范圍，所述壓阻為在特定工況下流場(chǎng)入口壓力與出口壓力之間的差值；

基準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取模塊，用于將所述燃料電池的陽極通入與所述工況點(diǎn)相同流量的氫氣，并將陰極通入與所述工況點(diǎn)相同流量的氮?dú)猥@取所述燃料電池的陽極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)；將燃料電池的陰極通入與所述工況點(diǎn)相同流量的空氣，并將陽極通入與所述工況點(diǎn)相同流量的氦氣獲取所述燃料電池的陰極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)；

上限值獲取模塊，用于根據(jù)所述陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和所述陰極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)獲取陰極壓阻上限值；根據(jù)所述陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和所述陽極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)獲取陽極壓阻上限值；

排水策略啟用模塊，用于在所述燃料電池運(yùn)行過程中，當(dāng)陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)超過所述陰極壓阻上限值時(shí)，啟用陰極排水控制策略，當(dāng)陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)超過所述陽極壓阻上限值時(shí)，啟用陽極排水控制策略；

其中，根據(jù)所述陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和所述陰極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)獲取所述陰極壓阻上限值，包括：

獲取各個(gè)工況點(diǎn)的所述陰極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)所述陰極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)的比值，記為第一比值；將所述第一比值中的最大值作為陰極水淹比例因子；

設(shè)定陰極水淹彈性因子；

將所述陰極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)、所述陰極水淹比例因子和所述陰極水淹彈性因子的乘積作為所述陰極壓阻上限值；

根據(jù)所述陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)和所述陽極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)獲取所述陽極壓阻上限值，包括：

獲取各個(gè)工況點(diǎn)的所述陽極實(shí)際壓阻數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)所述陽極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)的比值，記為第二比值；將所述第二比值中的最大值作為陽極水淹比例因子；

設(shè)定陽極水淹彈性因子；

將所述陽極基準(zhǔn)壓阻數(shù)據(jù)、所述陽極水淹比例因子和所述陽極水淹彈性因子的乘積作為所述陽極壓阻上限值。