[发明专利]一种解决封闭环境中氢氧燃料电池水淹问题的方法

说明书

本发明属于燃料电池领域，并具体公开了一种解决封闭环境中氢氧燃料电池水淹问题的方法。该方法具体为：计算燃料电池中单体电压偏离比例和平均电压偏离比例，判断其是否全部小于脉冲电压降下降比例，若是，则判定状态正常，若否，则进入下一步；利用缓冲罐替代供气气瓶为燃料电池堆供气，若单体电压或平均电压低于保护电压，启动保护机制；当氢气缓冲压力和氧气缓冲压力任一项小于缓冲压力时，重新利用供气气瓶为燃料电池供气，通过压差将燃料电池堆中的水带出；重复以上操作直至燃料电池停机。本发明能够预警电堆的水淹趋势，为故障规避预留调控时间，并利用压差产生的驱动力将水带出，以此解决闭口燃料电池水淹问题，提高燃料利用率。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，更具体地，涉及一种解决封闭环境中氢氧燃料电池水淹问题的方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其高效率、比功率和比能量高、零排放、常温下运行和启动时间短的特点，广泛用于燃料电池汽车，公共汽车，潜艇和无人水下航行器等作为动力装置。在水下环境中，需要对燃料电池进行长时间的封闭运行。然而，在电堆长时间的封闭过程中，液态水不断产生并在电池积聚，造成电池水淹，直接导致电池性能和寿命的衰减，因此，对水的运输进行良好的管理对于维持PEMFC的高效稳定运行至关重要。

水在膜内的传输包括电拖曳、反渗透、扩散等过程，电拖曳和反渗透被认为是膜内水传输的主要机制。其中，气体湿度、压力、温度是影响膜内水传输的主要外部因素。氢转化为电能和热能的消耗的百分比称为燃料利用率，它是衡量所供应氢利用率的程度。100％的燃料利用率意味着理论上提供给阳极的氢量与所需的电化学反应量相同。然而，由于水淹和氮的积聚，在电池组的出口处存在因电池电压不稳定和电池降解而导致的燃料不足产生“燃料饥饿”，从而影响物质运输和加速碳腐蚀。

现有解决水淹的方法是通入过量的反应气体或者将电池停机通入惰性气体进行吹扫去除电堆中积聚的水。然而该方法会导致反应气体的浪费或者燃料电池工作暂停滞后的问题。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种解决封闭环境中氢氧燃料电池水淹问题的方法，其中以电压降作为前期水淹故障预判断的标准，可准确预警电堆的水淹趋势；同时采取脉冲措施产生的驱动力将水带出，以此解决闭口燃料电池水淹问题，提高燃料利用率。

为实现上述目的，本发明提出了一种解决封闭环境中氢氧燃料电池水淹问题的方法，该方法包括如下步骤：

S1设定保护电压V_p、缓冲压力P₁和脉冲电压降下降比例α％，记录氢氧燃料电池稳定工作时的初始电压V₀、初始单体电压δ_0i(i＝1,2,3……n)以及初始平均电压n为单电池数目；

S2检测所述氢氧燃料电池的单体电压V_i，并根据其计算平均电压然后利用下式分别计算单体电压偏离比例β_i和平均电压偏离比例

判断单体电压偏离比例β_i和平均电压偏离比例是否全部小于脉冲电压降下降比例α％，若是，则判定所述氢氧燃料电池状态正常，无需后续步骤，若否，则判定所述氢氧燃料电池存在水淹风险并进入步骤S3；

S3利用缓冲罐替代供气气瓶为燃料电池堆供气，若单体电压V_i或平均电压低于保护电压V_p，则启动保护机制，自动断载并切换至氮气吹扫；若单体电压V_i和平均电压均高于或等于保护电压V_p，则将氢气缓冲压力P_HP和氧气缓冲压力P_OP与缓冲压力P₁进行比较，当其中任一项小于缓冲压力P₁时，重新利用供气气瓶为燃料电池供气，通过压差将所述燃料电池堆中的水带出；