[发明专利]一种用于燃料电池的湿度调控装置以及调控方法

说明书

本发明提供了一种用于燃料电池的湿度调控装置，属于燃料电池水平衡技术领域，解决了现有技术无法应对复杂电气环境的问题。该装置包括数据采集设备、控制器和执行机构。数据采集设备实时采集电堆阳极出口处被引射氢气的湿度，以及燃料电池中氢循环泵的电流或功率；控制器根据当前时刻电堆阳极出口处被引射氢气的湿度判断燃料电池电堆内部湿度是否需要调整；以及，如果需要调整，控制执行机构在当前时刻的下一时刻调整对应目标控制参数，以改变电堆内部湿度，并在调整过程中根据氢循环泵的电流或功率的实时变化判断电堆内部湿度是否达到平衡状态，在达到平衡状态后关闭。该装置可适应不同气候，提升了燃料电池运行的可靠性和耐久性。

技术领域

本发明涉及燃料电池水平衡技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池的湿度调控装置以及调控方法。

背景技术

随着国家提出碳中和的战略目标，燃料电池作为终极清洁能源在路面交通和轨道交通方面得到大力推广。为了媲美传统汽车发动机，要求燃料电池发动机实现长寿命、高可靠。燃料电池作为一个复杂的耦合系统，有效的水管理是实现系统运行长寿命的必经之路，因此很多燃料电池企业及高校为此投入了大量人力物力进行研究。

当前行业内实现电堆内部湿度监控以及水管理闭环控制多是基于以DC施加扰动或者CVM（云服务器 ）施加电气扰动的在线锂电池阻抗谱（EIS）技术。

EIS技术的实现需要复杂的电气硬件设计以及大量的数据标定建模，技术开发难度大，成本高。同时，对于燃料电池系统企业来说，平台产品需要适配不同的客户车辆，面对不可控的复杂电气环境，当前开发的EIS监控技术仍存在可靠性问题。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种用于燃料电池的湿度调控装置及调控方法，用以解决现有技术无法应对复杂电气环境的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种用于燃料电池的湿度调控装置，包括：

数据采集设备，用于实时采集电堆阳极出口处被引射氢气的湿度，以及燃料电池中氢循环泵的电流或功率，发送至控制器；

控制器，用于根据当前时刻电堆阳极出口处被引射氢气的湿度判断燃料电池电堆内部湿度是否需要调整；以及，如果需要调整，控制执行机构在当前时刻的下一时刻调整对应目标控制参数，以改变电堆内部湿度，并在调整过程中根据氢循环泵的电流或功率的实时变化判断电堆内部湿度是否达到平衡状态，在达到平衡状态后关闭；

执行机构，用于根据控制器的控制启动，对电堆内部湿度进行调整。

上述技术方案的有益效果如下：在不引入新的硬件基础上，充分利用当前燃料电池系统的循环泵电流与气体湿度的关系，依据循环泵电流在时间上的变化趋势，稳步调控燃料电池系统的水平衡。

基于上述装置的进一步改进，所述数据采集设备进一步包括：

电流功率测量设备，设置于燃料电池中氢循环泵的输入端，用于实时采集所述氢循环泵的运行电流、功率，发送至控制器；

湿度传感器，置于燃料电池的阳极入口处，用于实时采集燃料电池电堆阳极出口处被引射氢气的湿度，发送至控制器。

上述进一步改进方案的有益效果是：对数据采集设备的类型和布设位置进行了限定。通过电流功率测量设备可以获取氢循环泵的运行电流、功率，通过湿度传感器可以获取燃料电池电堆阳极出口处被引射氢气的湿度，进而为后续精准的水平衡调控奠定了坚实的基础。

进一步，所述执行机构包括：

排气阀控制单元，用于控制燃料电池中与电堆相连的排氢阀的开启与关闭；

温度控制单元，用于通过控制燃料电池中散热风扇的转速，对电堆内温度进行提升或降低；

供气控制单元，用于控制燃料电池中空压机转速、节气门开度，对电堆的供气计量比进行提升或降低。