[发明专利]燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法

说明书

本发明提供了一种燃料电池系统的控制方法，包括：获取进入燃料电池的氢气流量对应的目标流量值；根据目标流量值将燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，第一控制模式为通过实时调节氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入燃料电池的氢气流量的模式；第二控制模式为通过实时调节燃料电池的进气阀的开度以调节进入燃料电池的氢气流量的模式；根据第一控制模式或第二控制模式调节进入燃料电池的氢气流量。本发明还提供了一种燃料电池系统。本发明使燃料电池能够实时地调节进入燃料电池的氢气流量，可以调节电池内的水相对平衡，提高了氢气的利用率，还提高氢气循环泵的抗干扰、控制精度、动态响应实时性，延长了燃料电池的寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法。

背景技术

氢燃料电池指的是质子交换膜燃料电池。燃料电池系统工作时，保证质子交换膜的阳极、阴极中的水相对平衡，对电堆的使用寿命有非常重要。适量的水分子可以携带氢质子通过膜到达阴极，当水含量过低，电堆中质子交换膜会过干，阻碍氢质子的有效传输；反之，当水含量过高会产生水淹现象，阻碍多孔介质中气体的扩散，导致电堆输出电压降低。另外，从阴极侧穿透到阳极的杂质气体不断累积，会对电堆的性能寿命造成影响。

针对以上过干、水淹和气体渗透的问题，一般采用排氢的方法，氢气在排出时可以将电堆内部生成的水和累积的杂质气体排出，保持系统中水平衡。然而，排氢的抗干扰能力、控制精度及动态响应实时性较差，排氢频率、响应太低，容易导致堵水和杂质气体累积，从而导致电堆性能、寿命下降；排氢频率太高，非常浪费氢气，氢气外排过多，尾排氢气浓度增大，严重时带来潜在危险。为保证质子交换膜燃料电池稳定高效运行，同时提高氢气利用率，通常采用氢气循环的方法，即氢气把电堆内部生成的水带出后，经水气分离装置将液态水分离，再将氢气循环送回到电堆阳极重复使用，同时对新鲜氢气进行加湿。

目前大多系统采用的是线控脉冲宽度调制或者电压模拟量控制，存在以下的问题：首先，在燃料电池系统工作中容易造成电磁干扰或者传导干扰控制信号问题；其次，氢气循环泵的流量是由电机转速控制，上述控制方式容易导致控制精度不够或者批量产品一致性问题；再次，上述控制方式控制实时响应、控制信息、故障信息需求无法满足使用需求。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法，能够实时地监测和调节氢气循环泵中电机的转速或燃料电池中氢气的流量，具有较好的实时响应能力。

一方面，本发明提供了一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括燃料电池和氢气循环泵，包括：

获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值；

根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，所述第一控制模式为通过实时调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过实时调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；

根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量。

其中，所述获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值，包括：

获取所述燃料电池系统需要输出的功率；

根据所述功率获取目标流量值。

其中，所述根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式，包括：

若所述目标流量值小于预设值，则切换至第一控制模式；

若所述目标流量值大于或等于所述预设值，则切换至第二控制模式。

其中，所述根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式，包括：