[发明专利]一种适用于燃料电池系统阳极自排水的方法

说明书

本发明涉及一种适用于燃料电池系统阳极自排水的方法，结合机械泄压阀的自身特性，通过精准控制燃料电池阳极出口压力P_氢出的波动，辅之排水管，机械泄压阀的集成布置设计，实现自动排水的目的。本发明可以不计算燃料电池系统阳极具体的产水量，仅通过燃料电池阳极出口压力控制，即可实现燃料电池系统阳极连续精准排水，大大简化了燃料电池的控制策略，又提升了排水的实时性和效率，防止排水不及时导致的水淹，或者过度排水，泄放太多的氢气，降低氢气的利用率。

技术领域

本发明属于燃料电池系统集成及控制领域，尤其涉及一种适用于燃料电池系统阳极自排水的方法。

背景技术

在燃料电池系统中，其阳极气体回路中的水汽管理则显得尤为重要，水汽多了，容易导致燃料电池膜电极局部水淹，造成不可恢复的损伤；水汽少了，则导致燃料电池膜电极湿度不足，降低发电效率。目前，多在燃料电池系统阳极气体循环回路中增加分水器，辅之排水阀，排氮阀，液位传感器，压力传感器等部件，通过FCU的控制，不间断的控制排水阀的开关，进行排水。

在现有的分水器设计中，对分水器的储水箱中的液位监控则显得尤为困难：传统的接触式传感器，如浮子式液位计体积大，需穿孔，增加密封难度，则显得明显不适用；而高精的非接触式传感器，如超声波液位传感器或者雷达波液位传感器，成本不菲，且在一些运动场景也难以精准检测。当前的设计多为液位传感器辅助监控，通过计算燃料电池在额定工况下阳极回路的产水量，定期打开排水阀进行排水。相较而言：1、现有的分水器体积大，占用较多的布置控制；2、排水不可控，可能排水不及时导致的水淹，或者过度排水，泄放太多的氢气，降低氢气的利用率；3、电控部件阀门动作频繁，故障率高；4、整体成本高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种适用于燃料电池阳极的自排水装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于燃料电池系统阳极自排水的方法，包括集成式的燃料电池系统，它们为上层集成的DCDC组件，中层集成的电堆组件和下层集成的BOP组件，

包括以下步骤：

步骤1：根据燃料电池系统的电堆特性，将电堆供氢后持续供电后，阳极出口压力给定为阳极额定压力P_出额，1.5barg≤P_出额≤2barg；

步骤2：根据燃料电池系统的电堆特性，给出阳极入口压力P_入额，1.5barg≤P_入额≤2barg；

步骤3：根据集成布置的高度差，计算排水管储水后形成水压P_水，P_水＝密度*gh，P_水≤0.05bar；

步骤4：机械排水阀的开启压力设计为P_开＝P_出额+△P₁，其中，△P₁P_水,且P_出额+△P₁P_入额；

步骤5：机械排水阀的关闭压力设计为P_关＝P_出额-△P₂；其中，P_水△P₂0.1barg；

步骤6：当燃料电池系统启动，进入额定工况后，FCU通过对氢气循环泵或氢引射器控制，使燃料电池系统阳极出口压力P_氢出在P_额定+△P₁和P_额定-△P₂之间波动；

步骤7：燃料电池阳极回路，经过螺旋分水器后，将需排出的水逐步储存到排水管中，直至达到分水器的出水口；