[发明专利]一种燃料电池氢气循环控制系统和方法

说明书

本申请提供一种燃料电池氢气循环控制系统和方法，包括：氢气罐、燃料电池堆、气水分离器、氢气循环泵、氢气循环泵控制器、氢气浓度检测设备和处理器。其中氢气浓度检测设备检测燃料电池堆的阳极入口处的氢气浓度η_in和阳极出口处的氢气浓度η_out，并将检测到的η_in和η_out发送至处理器；处理器依据η_in和η_out，计算得到在氢气循环泵的转速N下对应的氢气过量系数λ，从而得到N‑λ的对应关系，并依据预设的I‑λ的对应关系，确定I‑N的对应关系；以及，依据确定的I‑N的对应关系，确定氢气循环泵在目标电流I‑set下的目标转速N‑set，由氢气循环泵控制器控制氢气循环泵在N‑set下工作。本申请能够实现准确地设定和控制每个电流下氢气循环泵所需的转速。

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池氢气循环控制系统和方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(以下简称燃料电池)是以氢气和空气分别作为阳极和阴极的反应气体经过电化学反应产生电能。为了提高氢气的利用率，通常燃料电池系统会利用氢气循环泵将燃料电池堆出口的氢气进行循环利用。

具体在实际应用过程中，燃料电池在电化学反应过程中会在阴极产生液态水，液态水通过质子交换膜从阴极扩散到阳极；而阴极空气中未参与反应的氮气也会通过质子交换膜从阴极扩散到阳极。那么，燃料电池堆阳极出口的气体不但含有未经反应的过量氢气，还包含有一部分氮气和水蒸气。

氢气循环泵是将燃料电池堆出口的气体通入至燃料电池堆入口，经过与燃料电池堆入口处的纯氢气混合后再通入到燃料电池堆内部。由此，由氢气循环泵构成的氢气循环路中的气体为包括有氢气、氮气以及水蒸气的多组分混合气体。

在控制氢气循环泵的转速上，需要计算出氢气循环路中的氢气过量系数，进而依据氢气循环泵的流量-转速特性图来确定不同电流下氢气循环泵的转速。然而将包括有氢气、氮气以及水蒸气的多组分混合气体的流量作为氢气循环路中的氢气的流量，必然会造成氢气过量系数与实际相差较大的问题。其中，当氢气过量系数较大时会降低氢气的利用率，从而影响燃料电池系统的效率；当氢气过量系数较低时则会影响氢气在阳极流场内的均匀分配，严重时甚至会导致阳极流场的局部区域出现欠气，从而影响燃料电池堆的可靠性和寿命。

因此，如何提高氢气的过量系数的准确性，从而能够实现准确地设定和控制每个电流下氢气循环泵所需的转速成为本领域急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种燃料电池氢气循环控制系统和方法，以提高氢气的过量系数的准确性，从而能够实现准确地设定和控制每个电流下氢气循环泵所需的转速。技术方案如下：

基于本申请的一方面，本申请提供一种燃料电池氢气循环控制系统，包括：氢气罐、燃料电池堆、气水分离器、氢气循环泵、氢气循环泵控制器、氢气浓度检测设备、以及处理器；其中，

所述氢气罐用于存储氢气，并用于向所述燃料电池堆的阳极入口输入氢气；

所述气水分离器用于将所述燃料电池堆的阳极出口处的混合气体中的液态水分离；

所述氢气循环泵用于将分离液态水后的混合气体输送至所述燃料电池堆的阳极入口；

所述氢气浓度检测设备用于检测所述燃料电池堆的阳极入口处的氢气浓度η_in，以及用于检测所述燃料电池堆的阳极出口处的氢气浓度η_out，并将检测到的所述氢气浓度η_in和氢气浓度η_out发送至所述处理器；