[发明专利]用于质子交换膜氢燃料电池堆的空气流量调节方法及装置

权利要求书

1.一种用于质子交换膜氢燃料电池堆的空气流量调节装置，其特征在于，包括膜电极单体电压检测单元、氢燃料电池主控单元、空气泵、温度压力传感器和电流传感器，其中：

质子交换膜氢燃料电池堆，由多个膜电极单体串联构成；

质子交换膜氢燃料电池堆的输出正极通过电流传感器与负载的正极端相连接，质子交换膜氢燃料电池堆的输出负极与负载的负极端相连接；

电流传感器，用于采集所述质子交换膜氢燃料电池堆的输出电流值，然后发送给氢燃料电池主控单元；

多个温度压力传感器，分别安装在质子交换膜氢燃料电池堆的里面，用于实时采集所述质子交换膜氢燃料电池堆的温度值以及氢、氧的压力值，然后发送给氢燃料电池主控单元；

膜电极单体电压检测单元，分别与每个膜电极单体的两端相连接，用于采集每个膜电极单体的实时工作电压值，然后发送给氢燃料电池主控单元；

空气泵，用于将外部的氧气输入到所述质子交换膜氢燃料电池堆中，以提供氢燃料电池堆工作所需要的氧气；

氢燃料电池主控单元，分别与电流传感器、温度压力传感器和膜电极单体电压检测单元相连接，用于接收所述电流传感器发来的所述质子交换膜氢燃料电池堆的输出电流值，接收所述温度压力传感器发来的所述质子交换膜氢燃料电池堆的温度值以及氢、氧的压力值，以及接收所述膜电极单体电压检测单元发来的每个膜电极单体的实时工作电压值；

所述氢燃料电池主控单元，还与空气泵相连接，用于根据预设的操作控制规则，对应调整空气泵的转速，从而调节质子交换膜氢燃料电池堆的空气流量供给；

所述预设的操作控制规则，具体如下：

所述氢燃料电池主控单元，根据所述质子交换膜氢燃料电池堆的输出电流值，以及根据所述质子交换膜氢燃料电池堆的温度值以及氢、氧的压力值，计算获得所述质子交换膜氢燃料电池堆中具有的全部膜电极单体的电压上限阈值U_{max_limit}和电压下限阈值U_{min_limit}；

同时，所述氢燃料电池主控单元，还根据所述膜电极单体电压检测单元发来的每个膜电极单体的实时工作电压值，直接获得全部膜电极单体具有的实时工作电压值的最高值U_max和最低值U_min，并通过求平均值操作，计算获得全部膜电极单体的实时工作电压平均值U_av；

如果全部膜电极单体具有的实时工作电压值的最高值U_max大于全部膜电极单体的电压上限阈值U_{max_limit}，并且全部膜电极单体具有的实时工作电压值的最低值U_min小于全部膜电极单体的电压下限阈值U_{min_limit}，判断此时所述质子交换膜氢燃料电池堆中的膜电极单体出现了异常情况，氢燃料电池主控单元进入停机报警状态，实时向外报警，否则，继续执行预设的空气泵转速调节操作；

所述预设的空气泵转速调节操作为：如果全部膜电极单体实时工作电压平均值U_av大于全部膜电极单体的电压上限阈值U_{max_limit}，说明此时所述质子交换膜氢燃料电池堆中的空气流量供给过高，则发送控制信号给空气泵，下调空气泵的转速；如果全部膜电极单体实时工作电压平均值U_av小于全部膜电极单体的电压下限阈值U_{min_limit}，说明此时所述质子交换膜氢燃料电池堆中的空气流量供给过低，则发送控制信号给空气泵，上调空气泵的转速；

所述膜电极单体电压检测单元通过CAN通讯总线与所述氢燃料电池主控单元相连接。

2.如权利要求1所述的空气流量调节装置，其特征在于，所述氢燃料电池主控单元为嵌入式控制单元、可编程控制器PLC、中央处理器CPU、数字信号处理器DSP或者单片机MCU。

3.一种如权利要求1所述的质子交换膜氢燃料电池堆的空气流量调节方法，其特征在于，所述调节方法包括以下步骤：

步骤一、氢燃料电池主控单元通过ADC接口读取氢燃料电池堆的温度压力传感器采集的实时数值和电流传感器采集输出的电流实时数值；

步骤二、如果氢燃料电池堆温度压力传感器数值或电流传感器的输出电流数值异常，则氢燃料电池堆主控单元进入停机报警状态；如果没有以上异常情况，则继续执行下面的步骤三；

步骤三、氢燃料电池主控单元根据温度压力传感器的实时数值和电流传感器的输出电流实时数值，计算氢燃料电池堆中全部膜电极单体的电压上限阈值U_{max_limit}和下限阈值U_{min_limit}；

步骤四、氢燃料电池主控单元通过CAN总线接收膜电极单体电压检测单元上报的每个膜电极单体的实时工作电压数据U₀～U_n，n为质子交换膜氢燃料电池堆中膜电极单体的总数；

步骤五、氢燃料电池主控单元根据膜电极单体实时工作电压数据U₀～U_n，获得全部膜电极单体具有的实时工作电压值的最高值U_max和最低值U_min，并通过求平均值操作，计算获得全部膜电极单体的实时工作电压平均值U_av；

步骤六、如果出现U_max大于U_{max_limit}并且U_min小于U_{min_limit}的异常情况，则说明该氢燃料电池堆中的膜电极单体本身已经存在异常，氢燃料电池主控单元进入停机报警状态；如果没有以上情况，则进入步骤七；

步骤七、如果U_av大于U_{max_limit}，则说明此时氢燃料电池堆中的空气流量供给过高，氢燃料电池主控单元通过气泵控制接口，下调空气泵转速；

步骤八、如果U_av小于U_{min_limit}，则说明此时氢燃料电池堆中的空气流量供给过低，氢燃料电池主控单元通过气泵控制接口，上调空气泵的转速；

步骤九、控制流程重新返回步骤一，如此循环反复执行，直至停止退出。