一种燃料电池水平衡调节系统及方法与流程

本发明涉及燃料电池水平衡调节领域，特别涉及一种燃料电池水平衡调节系统及方法。

背景技术：

1、氢气无毒无害，而且可再生，能替代石油、煤炭等传统石化资源，被称为21世纪的终极能源。氢氧燃料电池一种将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，其基本原理是电解水的逆反应。优点是零排放无污染而且过滤空气的滤芯还可以起到空气净化作用，但氢氧燃料电池电堆内部不可视，导致电堆水平衡调节成为了一个难点，现有技术同时存在着结构复杂，调控方法单一及功能不够完善，不能及时反馈电堆水平衡真实情况。

技术实现思路

1、为了解决现有技术燃料电池电堆内部不可视而导致难以进行电堆水平衡调节的问题，本发明提供了一种燃料电池水平衡调节系统及方法。

2、本发明的技术内容如下：

3、一种燃料电池水平衡调节系统，包括：

4、电控单元、第一电控三通阀、出气节气门、增湿器、第二电控三通阀与电堆，所述电控单元分别与所述第一电控三通阀、所述出气节气门、所述第二电控三通阀、所述电堆相连，所述第一电控三通阀、所述增湿器及所述电堆的接入端依次连接，所述电堆的出口端、所述第二电控三通阀、所述增湿器及所述出气节气门依次连接，所述电堆上设置有电压巡检模块，所述电压巡检模块与所述电控单元相连，所述电压巡检模块对电堆施加扰动电流并计算出阻抗值反馈至所述电控单元上。

5、进一步地，所述第二电控三通阀通过所述电控单元的调节，实现所述电堆的出口端、第二电控三通阀及出气节气门的依次连接。

6、进一步地，所述电堆连接有dcdc转换器，所述dcdc转换器实现对电堆施加扰动电流。

7、进一步地，所述燃料电池水平衡调节系统还包括有尾排消音器，所述尾排消音器与所述第一电控三通阀连接，所述尾排消音器与所述出气节气门连接。

8、进一步地，所述燃料电池水平衡调节系统还包括有中冷器，所述中冷器与所述第一电控三通阀连接。所述中冷器用来降低气体温度，降温后的气体通过所述第一电控三通阀进入到所述增湿器内。

9、进一步地，所述燃料电池水平衡调节系统还包括有空压机，所述空压机与所述中冷器连接。所述空压机与空气入口连接，对进入的气体进行升温及升压。

10、本发明还提供了一种燃料电池水平衡调节方法，包括上述任一项的燃料电池水平衡调节系统，具体步骤包括：

11、s1：在启动燃料电池水平衡调节系统的前提下，通过设置的电控单元实时检测阻抗值与电流，并分析阻抗值；

12、s2：所述电控单元对实时检测到的电堆的对应运行状态与电流下的阻抗值进行分析，判断所述电堆内部水平衡是否正常，若判断结果为是则进入步骤s3，若判断结果为否则进入步骤s4；

13、s3：所述电控单元接收到所述电堆内部水平衡的正常状态信号，对所述第二电控三通阀开度不进行调控，重新回到步骤s1；

14、s4：所述电控单元接收到所述电堆内部水平衡的不正常状态信号，根据阻抗值的高、低频判断mea水淹或mea干燥，若判断结果为mea干燥则进入步骤 s5，若判断结果为mea水淹则进入步骤s6；

15、s5：所述电控单元通过调整第二电控三通阀开度增加电堆出口端的气体通过增湿器的比例，调控出气节气门增加空气侧压力及降低电堆水温温度至电堆内部水平衡恢复到正常，重新回到步骤s1；

16、s6：所述电控单元通过调整第二电控三通阀开度降低电堆出口端的气体通过增湿器的比例，调控出气节气门降低空气侧压力及提高电堆水温温度至电堆内部水平衡恢复到正常，重新回到步骤s1。

17、进一步地，所述电控单元通过控制所述电压巡检模块给电堆施加扰动电流，再经电压巡检模块采集的电流及实时检测的阻抗值进行分析。

18、进一步地，所述电控单元通过控制所述dcdc转换器给电堆施加扰动电流，再经电压巡检模块采集的电流及实时检测的阻抗值进行分析。

19、本发明的有益效果至少包括：

20、(1)通过电控单元对电压巡检模块实时检测的阻抗值进行分析，再对分析结果进行判断是否有需要改变电堆进气湿度，然后通过调控电堆水温、出气节气门、第二电控三通阀完成燃料电池电堆内部水平衡调节；

21、(2)通过本发明的结构实现电堆内部水平衡的自动调节，有效缩短系统关机吹扫时间，可以根据周围环境自动调整吹扫时间，确保电堆内部水含量在关机时在最佳状态，避免二次开机膜电极过于干燥或膜电极含水过多影响二次开机，延长燃料电池电堆的使用寿命；

22、(3)可以调整第二电控三通阀使电堆出口端的空气绕开增湿器，减少增湿器内部水含量，避免了低温结冰对其造成的损害；

23、(4)通过第一电控三通阀、第二电控三通阀与出气节气门的相互配合，完成开/关机或运行中尾排氢浓度稀释功能。

技术特征：

1.一种燃料电池水平衡调节系统，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池水平衡调节系统，其特征在于：所述第二电控三通阀通过所述电控单元的调节，实现所述电堆的出口端、第二电控三通阀及出气节气门的依次连接。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池水平衡调节系统，其特征在于：所述电堆连接有dcdc转换器，所述dcdc转换器实现对电堆施加扰动电流。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池水平衡调节系统，其特征在于：所述燃料电池水平衡调节系统还包括有尾排消音器，所述尾排消音器与所述第一电控三通阀连接，所述尾排消音器与所述出气节气门连接。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池水平衡调节系统，其特征在于：所述燃料电池水平衡调节系统还包括有中冷器，所述中冷器与所述第一电控三通阀连接。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池水平衡调节系统，其特征在于：所述燃料电池水平衡调节系统还包括有空压机，所述空压机与所述中冷器连接。

7.一种燃料电池水平衡调节方法，包括上述权利要求1-6任一项的燃料电池水平衡调节系统，其特征在于：具体步骤包括：

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池水平衡调节方法，其特征在于：所述电控单元通过控制所述电压巡检模块给电堆施加扰动电流，再经电压巡检模块采集的电流及实时检测的阻抗值进行分析。

9.根据权利要求7所述的一种燃料电池水平衡调节方法，其特征在于：所述电控单元通过控制所述dcdc转换器给电堆施加扰动电流，再经电压巡检模块采集的电流及实时检测的阻抗值进行分析。

技术总结
本发明涉及燃料电池水平衡调节领域，公开了一种燃料电池水平衡调节系统及方法，包括：电控单元、第一电控三通阀、出气节气门、增湿器、第二电控三通阀与电堆，电控单元分别与第一电控三通阀、出气节气门、第二电控三通阀、电堆相连，第一电控三通阀、增湿器及电堆的接入端依次连接，电堆的出口端、第二电控三通阀、增湿器及出气节气门依次连接，电堆上设置有电压巡检模块，电压巡检模块与所述电控单元相连。本发明通过电控单元对电压巡检模块实时检测的阻抗值进行分析，再对分析结果进行判断是否有需要改变电堆进气湿度，然后通过调控电堆水温、出气节气门、第二电控三通阀完成燃料电池电堆内部水平衡调节。

技术研发人员：刘亚举,张潇丹,苗佩宇,滕朝军
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12