[发明专利]燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置，燃料电池组合电堆系统的第一电堆和第二电堆并联或串联供能，且第一电堆和第二电堆的冷却水支路上分别设置有流量调节阀，其中，方法包括：获取电堆系统在每个正常工况的氢气压力降基准值，以得到调控控制线；采集当前氢气侧压力降，并在当前氢气侧压力降高于当前正常工况对应的调控控制线时，根据第一电堆和第二电堆的电压或电流判定故障电堆；减小故障电堆流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度。该方法可有效地对燃料电池水淹故障提出预警，可确定有水淹趋势的电堆并对该堆采取相应措施规避故障。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池效率高、无污染，是比较理想的车载动力源。当前，为适应系统使用的需求，市场对燃料电池系统的输出功率和效率的要求越来越高。将大型的单堆拆解为双堆、乃至多堆组合运行，有利于电堆模块化设计和降参数运行，从而可以提高燃料电池的可靠性。

燃料电池多堆运行的连接方式多样。从气路连接的角度分，双堆可以并联供气，也可以串联供气。但是串联供气的方式存在较高的流道压降，从而空压机功耗较高，造成更大的寄生功率。因此，从保证系统净输出和提升系统效率的角度看，双堆气路并联是最优方案。从电路连接的角度分，双堆可以通过电缆串联连接或并联连接；必须选配合适的功率器件、进行恰当的电路设计来保证双堆协同输出电能。

燃料电池运行过程中最突出的问题是水故障，进行恰当的水管理非常必要，这直接关系到系统可靠性和电堆使用寿命。对于采用双电堆构型的大功率燃料电池系统而言，水故障诊断和规避的意义更加重大。目前在燃料电池故障诊断方面，比较成熟的技术是CVM(cell voltage monitoring，电压巡检技术)。CVM通过单独采集每一个燃料电池单体的电压来判断其工作状态，通过单片电压的对比来诊断故障；CVM也可以与阻抗测量相结合综合评测单体工作状态，例如结合低频阻抗评估水淹。但是，此方法只能在水故障已经发生且比较严重时得到故障诊断结果，不能从趋势上进行预警，也不能采取相应措施规避水故障；当CVM诊断出水故障时，为避免水淹的进一步恶化，能够采取的措施只能是停机检修。另外，CVM需要检测每一片电池单体的电压，需要引出的线束过多、管理困难，这会明显降低系统可靠性。对于双电堆燃料电池系统而言，其系统功率一般较大，电池单体数目一般较多，虽然可以在系统中应用CVM技术，但是应用CVM技术引入的问题比较突出。

为解决CVM技术诊断滞后的问题，利用氢气压力降来评价燃料电池水状态，此方法可提前预警燃料电池水淹趋势，及时采取措施规避水淹故障；另外，此方法解决了CVM引线较多的问题。但是，仅限于对单电堆进行水故障诊断，在联合供气的双电堆、多电堆系统上应用仍有局限。主要原因在于：双堆并联供气机制下，其中某一电堆的水淹会导致两堆配气量的改变，即水淹电堆气体流量减小、未水淹电堆气体流量增大，这会削弱压降的变化趋势，压降不能作为识别水状态的主要参数

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法，该方法可有效地对燃料电池水淹故障提出预警，可确定有水淹趋势的电堆并对该堆采取相应措施规避故障。

本发明的另一个目的在于提出一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置。