[发明专利]一种燃料电池阳极排水排杂一体装置及其控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池阳极排水排杂一体装置，其特征在于，包括气液分离装置、储水箱、细管路、液位传感器、电磁阀、尾排支路、信号检测模块和控制器；

所述气液分离装置的一端连接燃料电池的氢气出口端，另一端连接燃料电池的氢气循环支路，底端依次连接储水箱、细管路、电磁阀和尾排支路，所述液位传感器设置于细管路上；

所述信号检测模块用于检测液位传感器传输的液位信号、燃料电池的电流信号和节电压信号；所述控制器按照控制方法控制电磁阀的开关；

所述控制方法包括正常运行状态切换至排水排杂运行状态的控制方法，和排水排杂运行状态切换至正常运行状态的控制方法；当一体装置处于正常运行状态和排水排杂运行状态时，电磁阀分别关闭和开启；

所述正常运行状态切换至排水排杂运行状态的控制方法具体为：控制器判断满足以下任一条件时，控制电磁阀开启，一体装置切换至排水排杂运行状态；

条件A：依据电流信号、运行时间和杂质气体含量阈值判断氢气循环支路内杂质气体含量是否超标；

条件B：依据电流信号和贮水量上限判断储水箱内贮水量是否超标；

条件C：依据节电压信号判断燃料电池节电压是否异常；

条件D：判断一体装置处于正常运行状态的时间是否超过预设的排杂间隔T_N；

所述排水排杂运行状态切换至正常运行状态的控制方法具体包括以下步骤：

步骤a：控制器依据液位信号判断储水箱的排水是否结束，若排水未结束，则保持排水排杂运行状态；若排水结束，则标记当前时刻为T₁，进行下一步骤；

步骤b：控制器判断燃料电池是否有排杂需求，若无排杂需求，则控制电磁阀关闭，一体装置切换至正常运行状态；若有排杂需求，则保持排水排杂运行状态，进行下一步骤；

步骤c：控制器判断当前时刻是否到达T₁+ΔT，ΔT为预设的排杂时间，若未到达T₁+ΔT，则保持排水排杂运行状态；若到达T₁+ΔT，则控制电磁阀关闭，一体装置切换至正常运行状态。

2.根据权利要求1所述燃料电池阳极排水排杂一体装置，其特征在于，条件A依据电流信号、运行时间和杂质气体含量阈值判断杂质气体含量是否超标的具体步骤为：

步骤A1：通过实验测算燃料电池在不同电流信号下、不同运行时间后的杂质气体含量，获得杂质气体含量与电流信号和运行时间的函数关系；

步骤A2：控制器依据所述函数关系，对燃料电池在某一电流信号下运行一段时间内的杂质气体含量进行估计，若杂质气体含量的估计值高于杂质气体含量阈值，判断得到杂质气体含量超标；否则，杂质气体含量未超标。

3.根据权利要求1所述燃料电池阳极排水排杂一体装置，其特征在于，条件B依据电流信号和贮水量上限判断储水箱内贮水量是否超标的具体步骤为：

步骤B1：通过实验标定，获得不同电流信号下储水箱内贮水量达到贮水量上限的持续时间；

步骤B2：若在某一电流信号下，一体装置处于正常运行状态的时间超过持续时间，控制器判断得到储水箱内贮水量超标；否则，储水箱内贮水量未超标。

4.根据权利要求1所述燃料电池阳极排水排杂一体装置，其特征在于，条件C依据节电压信号判断燃料电池节电压是否异常的具体过程为：

若燃料电池的整堆电压信号小于预设的最低安全整堆电压，存在单节节电压信号低于预设的最低安全单节电压，或燃料电池的节电压信号均方差大于等于均方差阈值，则控制器判断燃料电池节电压异常；否则，燃料电池节电压正常。

5.根据权利要求1所述燃料电池阳极排水排杂一体装置，其特征在于，步骤b中控制器判断燃料电池是否有排杂需求的方法有如下两种：

方法一：基于电流信号对杂质气体含量进行估计，并依据杂质气体含量估计值是否达到杂质气体含量阈值来判断；若杂质气体含量估计值高于杂质气体含量阈值，判断得到有排杂需求；否则，没有排杂需求；

方法二：通过判断燃料电池节电压是否异常来判断；若燃料电池的整堆电压信号小于预设的最低安全整堆电压，存在单节节电压信号低于预设的最低安全单节电压，或燃料电池的节电压信号均方差大于等于均方差阈值，则判断燃料电池节电压异常，燃料电池有排杂需求；否则，没有排杂需求。