[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

说明书

本发明提供的一种燃料电池阳极排水排杂一体装置及其控制方法，一体装置包括气液分离装置、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；气液分离装置的一端连接氢气出口端，另一端连接氢气循环支路，底端依次连接储水箱、细管路、电磁阀和尾排支路，液位传感器设置于细管路上；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，控制器按照控制方法控制电磁阀的开关；当一体装置处于正常运行状态和排水排杂运行状态时，控制器分别控制电磁阀关闭和开启。本发明采用多维度协同判断的方式，控制一体装置的状态切换，实现对燃料电池阳极侧的排水排杂，维持燃料电池在各工况下的稳定运行。

技术领域

本发明属于燃料电池的应用领域，具体涉及一种燃料电池阳极排水排杂一体装置及其控制方法。

背景技术

随着能源消耗的加剧与环保意识的提高，传统化石能源已经不再能单一地满足人们的需要，探索可替代的清洁再生能源成为越来越广泛的共识。质子交换膜燃料电池因其功率密度高、能量转化效率高、清洁无污染等诸多优势而备受关注。

质子交换膜燃料电池运行过程中，需要阳极侧供应氢气，阴极侧供应氧气作为反应物来维持电堆稳定运行。为提升氢气利用率，实际应用过程中阳极侧一般采用死端或循环模式的供氢方式。反应过程中由于跨膜传输影响，氮气不断从阴极侧渗透，进入阳极侧，反应产物水形成水汽与液滴残留于阳极管道内，如果不及时排除多余水汽和管道内杂质气体(氮气)，可能造成燃料电池输出性能下降，甚至出现电堆水淹、检测设备在有水环境损坏或阳极氢饥饿等问题。因此燃料电池系统需要实现有效的排水、排杂，以避免上述情况的出现。

传统解决方案中往往将排水、排杂分开，基于疏水装置高低液位判断进行排水和固定排杂周期进行排杂。实际运行过程中，特别是在燃料电池发动机上，由于路况复杂，晃动常常造成液位误判而影响排水性能，效果不甚理想，且当电堆运行在较高功率下，排水性能往往赶不上产水性能。同时由于燃料电池可运行工作环境不同，实际运行功率范围多种多样，如何根据电堆实际运行状况和当前控制方案提供排杂策略也是实际工程中必须解决的问题。

因此寻求一种优化的燃料电池排水排杂装置，避免运行环境等因素对排水性能影响，同时结合燃料电池系统运行状况实现排水、排杂，对维持燃料电池系统稳定运行尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术传统排水、排杂方式易受运行环境影响、无法结合燃料电池系统运行状况的问题，本发明提出了一种燃料电池阳极排水排杂一体装置及其控制方法。

本发明具体技术方案如下：

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，气液分离装置的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燃料电池的节电压信号；所述控制器基于所述液位信号、电流信号或节电压信号，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时，电磁阀关闭；当一体装置处于排水排杂运行状态时，电磁阀开启；

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：基于检测的液位信号、电流信号或节电压信号，控制器判断一体装置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；