[发明专利]一种新型的燃料电池系统及其控制方法

说明书

本发明提供了一种新型的燃料电池系统及其控制方法。该系统包括燃料电池电堆，氢气子系统，空气子系统，冷却子系统，负载控制子系统，气体震荡器和气体震荡器控制器，气体震荡器设置于氢气子系统和/或空气子系统的进气部分，以产生不同频率和幅值的震荡通气；气体震荡器控制器设置于电力输出回路中，气体震荡器控制器包括电堆阻抗检测模块和气体震荡器控制模块，电堆阻抗检测模块在线监测燃料电池电堆运行阻抗，气体震荡器控制模块用于控制气体震荡器的气体压力或流量的频率和幅值，电堆阻抗检测模块、气体震荡器控制模块、气体震荡器形成一个在线反馈控制回路，实现燃料电池电堆以最小阻抗运行，气体震荡器以最佳频率和幅值进行工作的运行状态。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种新型的燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)是一种清洁环保的电化学发电装置，由于其体积小、质量轻、操作条件温和、能量转换率高、结构简单以及响应迅速等优势，普遍适用于便携式电源和交通运输工具。因此，PEMFC被认为是21世纪首选的清洁、高效的发电装置。近年来，世界各国都在积极研制以燃料电池电堆模块为主要动力源的燃料电池电动汽车。

PEMFC燃料电池主要由聚合物膜和位于膜两侧的两个电极(阳极和阴极)组成，每个电极分别包括了双极板、气体扩散层(GDL)、微扩散层(MPL)和催化层(CL)。其中，气体扩散层(GDL)、微扩散层(MPL)和催化层(CL)具有复杂的微孔隙。对于给定结构，这种微观结构在在大电流密度下极大的影响物质在微孔隙中的传输，同时产生的液态水也就极易阻塞孔隙，恶化物质传输，降低电堆对外输出功率。因此，针对给定结构，开发出一种能够提高燃料电池系统微观物质传输，减小物质传输阻抗与水淹状况出现的新型燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法十分必要。

综上，如何提高气体在膜电极微观结构的物质传输，及时打通微观结构中因产水造成孔隙的阻塞，减小因水淹造成的物质传输阻抗的增加，进而改善燃料电池的工作环境，提高对外输出功率，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种新型的燃料电池系统，包括燃料电池电堆0，氢气子系统，空气子系统，冷却子系统，负载控制子系统，气体震荡器4以及气体震荡器控制器8，其中，

所述气体震荡器4设置于氢气子系统和/或空气子系统的进气部分，以产生不同频率和幅值的震荡通气；

所述气体震荡器控制器8设置于电力输出回路中，所述气体震荡器控制器8包括电堆阻抗检测模块和气体震荡器控制模块，电堆阻抗检测模块在线监测燃料电池电堆0运行阻抗，气体震荡器控制模块用于控制气体震荡器4的气体压力或流量的频率和幅值，电堆阻抗检测模块、气体震荡器控制模块、气体震荡器4形成一个在线反馈控制回路，从而实现燃料电池电堆0以最小阻抗运行，气体震荡器4以最佳频率和幅值进行工作的运行状态。

优选地，所述氢气子系统包括进气通路Ⅰ和氢气再循环/尾排回路，所述进气通路Ⅰ包括氢气喷射器3和减压阀2，所述氢气再循环/尾排回路包括分水器6、氢气循环泵5和氢气尾排阀7，所述进气通路Ⅰ设置有包含气体震荡器4的氢气震荡支路以及使氢气以恒定流量和压力进行持续供气的氢气流动主路。

优选的，氢气震荡支路与氢气流动主路为并联关系，进而使恒定流量和压力下的通气与具有一定频率和幅值的震荡通气相叠加，使氢气子系统形成具有可控频率和幅值的持续正向通气。

优选地，所述空气子系统系统包括进气通路Ⅱ和空气排出回路，所述进气通路Ⅱ包括空气过滤器17，空气压缩机16和空气旁通阀11，所述空气排出回路包括空气背压阀12、加湿器13和消声器14，进气通路Ⅱ中设置有包含气体震荡器4的空气震荡支路以及使空气以恒定流量和压力进行持续供气的空气流动主路。