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专利情报 | 燃料电池领域全球专利监控报告(2020年2月)

3.3 清华大学

下文分析的清华大学燃料电池系统控制相关专利的专利公开号为:CN109888336B。

3.3.1 CN109888336B燃料电池水含量的控制方法

对于PEMFC而言,只有当质子交换膜充分润湿时,才能实现质子的高效传导。湿度过高(水淹)或过低(干燥)都会影响膜的质子传导性能。因此,湿度控制对于燃料电池的效率和性能至关重要。在现有燃料电池系统中,可间歇性地开启阳极侧的排气排水阀,通过改善阳极侧排水来平衡湿度,以提高系统性能和耐久性。在燃料电池系统稳定工作时,由于阴极侧空气压力不变,当排气排水阀进行动作时,会使质子交换膜两侧压差发生变动,特别是当压差频繁进行波动时,可能会使质子交换膜发生机械损伤。

基于此,CN109888336B提出了一种燃料电池水含量控制方法,在进行水含量调整的过程中,可使质子交换膜两侧的压差波动最小化。具体为:

图3-13 CN109888336B含水量控制系统

S1:首先获取燃料电池的含水量,判断含水量是否在正常范围内;

S2:当含水量不在正常范围内时,调整用于控制排气排水阀的吹扫控制信号的频率、占空比以及阳极循环泵转速;

当燃料电池含水量低于正常范围时,减小吹扫控制信号的频率、占空比,并将阳极循环泵的转速调整至“最佳转速”。“最佳转速”确定可通过以预设幅度增大转速,获取转速增大后燃料电池的水量,若此时含水量≤转速增大前的燃料电池含水量,则可确定“最佳转速”。

当燃料电池含水量高于正常范围时,增大控制信号的频率、占空比以及增大阳极循环泵的转速;

S3:根据调整后的用于控制排气排水阀的吹扫控制信号的占空比、阳极循环泵的转速以及燃料电池的阳极侧目标压力,计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比。

喷射占空比计算方法:首先确认阳极侧目标压力(即,阴极侧压力值);根据阳极侧目标压力以及阳极循环泵转速,计算得到补偿通过阳极循环泵的氢气流量所对应的前馈占空比DR1;基于阳极侧出口压力及阳极侧目标压力,确定用于修正DR1、补偿通过排气排水阀排出的氢气流量对应的前馈占空比DR2以及补充电堆反应消耗的氢气流量对应的前馈占空比DR3,补偿偏差影响的反馈占空比DRf。将DR1、DR2 、DR3以及DRf相加可得到喷射占空比。

S4:根据喷射占空比的大小控制喷射电磁阀的开启时间,为燃料电池的反应电堆提供氢气。

3.4 其他燃料电池系统控制相关专利一览

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