[发明专利]一种燃料电池水含量的检测装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池水含量的检测装置及控制方法，包括边缘透光流场板、燃料电池、平行光源、照度传感器、控制单元、空气罐、电控开关阀、调节阀、自动流量计；通过玻璃与粘合剂使燃料电池的流场板边缘透明，玻璃位置对应燃料电池的流道位置。其中平行光源透过燃料电池边缘透光流场板，发出的光信号由照度传感器接收。控制单元接收照度传感器与自动流量计发出的信号。空气罐与电控开关阀、调节阀、自动流量计、燃料电池相连，其中控制单元依据照度传感器、自动流量计与燃料电池电压信号调节电控开关阀与调节阀对燃料电池进行吹扫。该燃料电池水含量的检测与控制方法可以依据水含量精确地满足汽车行驶过程中电池的吹扫需求。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池水含量的检测及控制方法。

背景技术

随着化石能源的减少与国家对于节能减排的愈发重视，新能源得到了人们更多的关注，其中燃料电池被认为是最有发展前景的方向之一。其中的低温氢氧燃料电池具有对工作环境温度的要求较低、不产生额外的碳排放且由催化剂催化反应不产生明火等优势故应用范围较广。但围绕燃料电池还存在着种种问题，其中膜干与水淹问题尤为重要。燃料电池的催化反应常发生在三相点处，膜干与水淹均降低了反应的速率，且膜干会降低质子交换膜的机械性能，而水淹会减少反应气体透过气体扩散层的摩尔质量。故为了进一步解决燃料电池在载运工具、住宅家具等方面商业化的技术困难，避免燃料电池在运行一段时间后因膜干与水淹所造成的性能下降，进行精确的水管理是十分必要的。因此目前提出了一系列水管理的检测与控制方法。

目前能准确评估燃料电池的液态水分布常采用的是全透明流场板及相关的摄像机等检测设备。但全透明流场板的电导率较一般的石墨或金属流场板低、实时的图像分析较为复杂、检测范围仅限于单片而不是堆体且摄像设备通常不适用于车载使用，故实际应用较少。

燃料电池的停机吹扫是调节燃料电池流道以及多孔介质内部水含量的常见方式之一。吹扫常常分为氮气吹扫与空气吹扫，可以比较有效的去除多余的液态水。但一般的吹扫方式往往容易造成燃料电池内水含量的控制不精确，无法观测到燃料电池流场板流道的前部或是中后部的水淹的严重情况，并由此制定不同的吹扫策略。同时因不适当的吹扫所造成的部分膜干现象与膜疲劳损伤也会降低燃料电池的使用寿命。

发明内容

为克服上述技术的不足，本发明提供了一种燃料电池水含量的检测及控制方法，使燃料电池在长时间运行之后，更加准确的检测燃料电池内部液态水分布并进行相应的停机吹扫动作。同时在吹扫过程中监控水含量变化，对吹扫的气压进行调整，降低质子交换膜的损伤，实现最优的水管理，提升燃料电池的性能与工作寿命。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种燃料电池水含量的检测装置，包括燃料电池12、控制单元13、电控开关阀14、空气罐15、调节阀16、自动流量计17、照度传感器9以及平行光源1；

所述控制单元13分别和照度传感器9、燃料电池12、电控开关阀14、调节阀16、自动流量计17相连接，控制单元13在接收来自照度传感器9的电信号和燃料电池12的电压信号从而控制电控开关阀14的开闭与调节阀16的开度，同时最终调整的结果经由自动流量计17再反馈给控制单元13，以确定调节阀16的开度是否达到控制的需求；所述空气罐15、电控开关阀14、调节阀16、自动流量计17、燃料电池12经由管路依次连接，空气罐15为燃料电池12提供反应所需的氧气与空气吹扫所需要的气体；

所述燃料电池12包括两片边缘透光流场板、密封气体用的密封垫10，上下两层边缘透光流场板与中间层的膜电极通过密封垫10压紧组成一片燃料电池，按照上述结构依次叠加组成燃料电池堆，平行光源1垂直照射于边缘透光流场板处，在各边缘玻璃透明处应保持均匀分布并具有相同的光照强度，使其平行射出边缘透光流场板并由足够贴近流场板的照度传感器9以接受光信号。