[发明专利]一种燃料电池水管控方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池水管控方法，具体包括以下步骤：当燃料电池系统运行至某一电流且运行风量达到该电流设定值后，分别读取系统进出口端的温度、压力、湿度的数据；读取燃料电池系统相关运行参数；计算出电堆净含水量及含水量变化值；读取燃料电池系统设定的电堆净含水量与电流点对应值，将计算值与系统设定值比较；分析判断电堆净含水量及变化值是否满足系统设定要求；按一定周期再重新进行以上步骤的参数读取、计算、判断、调整。本发明可以避免因大气环境湿度、大气压力不同，造成系统入口空气不同湿度对电堆净含水量计算的影响，为电堆运行参数进行调整提供准确策略，让系统稳定运行，提高燃料电池性能输出稳定性以及延长电堆使用寿命。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池水管控方法。

背景技术

水管理对燃料电池性能影响至关重要。燃料电池在反应过程中会产生液态水，然而，为了获得较高的电池性能，通常在运行过程中又需要对反应气体进行加湿且采用合理的空气计量比，以保证质子交换膜得到合理的湿润，减少质子传导阻力，降低内阻。若反应气体不加湿，加湿不足或空气计量比过大，会导致尾排空气带走的电堆的水分过多，会引起膜脱水，电池性能变差且性能不稳定；若加湿过高、或空气计量比过小，导致电堆中的水不能及时排出，导致电堆内部液态水积累过多，而产生水淹现象，堵塞流道，影响气体分配；同时堵塞气体扩散层，影响气体传输，覆盖在催化层反应区域，限制了气体与催化层的接触反应，影响电堆的整体性能，严重的话还会对电堆产生不可逆损害，大大减少电堆的寿命。

目前虽有采用监测电堆运行时的交流阻抗、内阻以及电堆出口湿度的方法进行水管理，但是各燃料电池厂商的电堆内阻对含水量的敏感性不一且水在电堆水平方向分布不均匀等都会影响内阻数值；另外不同季节、不同海拔，大气环境湿度差异很大对电堆阴、阳两极出口湿度影响也有很大，仅靠出口湿度对比也不能准确反映出电堆真实含水量，因此上述方法都难以准确反映出电堆的真实含水量变化，从而无法准确进行电堆水操作管理。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够提高燃料电池性能输出稳定性，延长电堆使用寿命的燃料电池水管控方法。

本发明采用的技术方案是：一种燃料电池水管控方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1.当燃料电池系统运行至某一电流且运行风量达到该电流设定值后，分别读取系统进出口端的温度、压力、湿度的数据；

S2.读取燃料电池系统相关运行参数；

S3.计算出电堆净含水量及含水量变化值；

S4.读取燃料电池系统设定的电堆净含水量与电流点对应值，将步骤S3的计算值与系统设定值进行比较；

S5.分析判断电堆净含水量及变化量是否满足系统设定要求，若不满足要求，则按照既定控制策略进行系统运行参数的调整，调整后再返回步骤S1重新进行执行；若满足要求，则储存当前电堆净含水量及含水量变化值；

S6.按一定周期再重新进行以上步骤的参数读取、计算、判断、调整。

本发明所述的燃料电池水管控方法，其在所述步骤S1中，读取系统进口端侧空滤器入口处的温度、压力、湿度的数据。

本发明所述的燃料电池水管控方法，其在所述步骤S1中，读取系统出口端侧加湿器出口处的温度、压力、湿度的数据。

本发明所述的燃料电池水管控方法，其在所述步骤S3中，所述电堆净含水量的具体计算方法是：确定整个系统进口端侧的总进水量、电堆内反应生成的水以及系统出口端侧的总出水量，单次周期内燃料电池系统的净含水量Δm_i为：系统进口端侧的总进水量+电堆内反应生成的水-系统出口端侧的总出水量，多个周期内，则净含水量为：Δm＝∑Δm_i。