[发明专利]一种带循环泵的燃料电池阳极压强与流量自调节方法

说明书

本发明涉及一种带循环泵的燃料电池阳极压强与流量自调节方法，实现燃料电池阳极氢气压强与流量自调节。燃料电池阳极氢气供应系统由高压氢气罐、流量控制阀、供气歧管、回流歧管、氢气循环泵、压强控制器和流量控制器组成，其中压强控制器通过控制流量控制阀的驱动电压来控制流量控制阀的输出流量，进而调节燃料电池阳极压强，压强控制器输入燃料电池电流值、阳极压强测量值和阳极压强期望值，输出流量控制阀控制电压；流量控制器通过控制氢气循环泵的驱动电压来调节氢气循环泵的输出流量，流量控制器输入燃料电池电流值、氢气循环泵实际流量和氢气循环泵期望流量，输出氢气循环泵驱动电压。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池辅助系统，特别涉及一种燃料电池阳极氢气供应系统。

背景技术

燃料电池是由于通过电化学反应把化学能转换成电能，且将燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，因此具有高效率，无噪声，无污染等优点。从节约能源和保护生态环境的角度上，燃料电池是最具有发展前途的发电技术。如今，质子交换膜燃料电池发电作为新一代发电技术，其应用前景十分广阔，且作为汽车动力的研究已取得了实质性的进展。氢气作为燃料电池的燃料，储存在车载储氢瓶中，通过供气装置导入电池电堆的阳极进行电化学反应。考虑到环保和安全性问题，电堆中反应不完全的氢气不能直接排放到大气中。且本着提高能源利用率的思想，在电堆阳极处增加氢气循环泵，将多余的氢气进行循环利用，这样既能提高氢气的利用率，又有利于电堆水管理，保证电池平稳高效运行。

质子交换膜燃料电池的阳极气体压强和流量对燃料电池的使用效率和使用寿命具有重要意义。当氢气供应系统供给的氢气过量时，虽然燃料电池反应充分，但是氢气循环泵所消耗的功率增加，降低电池输出效率。同时过多的氢气会使电堆阳极压强升高，导致阴阳极压差增大，影响质子交换膜的寿命；当氢气供应系统供给的氢气不足于燃料电池所需要的氢气量，会使燃料电池产生“燃料饥饿”现象，以致燃料电池寿命降低，严重情况下甚至会破坏膜电极使燃料电池报废。因此，在保持燃料电池阳极氢气循环利用的同时对其阳极压强与流量进行有效控制是需要解决的问题。

发明内容

本发明提出了一种带氢气循环泵的燃料电池阳极压强与流量自调节方法，实时控制燃料电池阳极的压强与流量，使燃料电池稳定工作。

本发明的一种带循环泵的燃料电池阳极压强与流量自调节方法，燃料电池氢气供应系统包括高压储氢罐、流量控制阀、供气歧管、回流歧管、氢气循环泵和燃料电池阳极流道；

所述流量控制阀控制高压储氢罐流入到供气歧管中的氢气流量；

所述供气歧管一端连接所述流量控制阀和所述氢气循环泵输出端，所述供气歧管输另一端连接所述燃料电池阳极流道；

所述回流歧管两端分别连接燃料电池阳极流道和氢气循环泵输入端；

压强控制器控制流量控制阀的输出流量，进而调节燃料电池阳极压强，所述压强控制器输入燃料电池电流值、阳极压强测量值和阳极压强期望值，计算所述流量控制阀驱动电压；

流量控制器调节氢气循环泵的输出流量，进而调节燃料电池阳极流量，所述流量控制器输入燃料电池电流值、氢气循环泵实际流量和氢气循环泵期望流量，计算所述氢气循环泵驱动电压。

所述氢气循环泵期望流量以流量控制阀的输出流量作为参数，通过函数计算得到。

所述压强控制器利用阳极压强期望值和阳极压强测量值的偏差和偏差率，根据压强模糊规则对压强控制器调节因子进行修正。

所述流量控制器利用氢气循环泵期望流量和氢气循环泵实际流量的偏差和偏差率，根据流量模糊规则对流量控制器调节因子进行修正。

所述压强模糊规则和所述流量模糊规则的模糊蕴含关系算法是Mamdani算法，所述压强模糊规则和所述流量模糊规则对模糊量进行清晰化处理时用的是面积中心法，选用三角形隶属度函数作为所述压强控制器和流量控制器的隶属度函数。