本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及一種燃料電池陽極壓力控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、尾氫再循環(huán)模式下的燃料電池系統(tǒng)在工作過程中，陽極會(huì)出現(xiàn)氮滲透現(xiàn)象，造成陽極氫氣濃度降低。pemfc電堆內(nèi)部在反應(yīng)過程中會(huì)出現(xiàn)水?dāng)U散現(xiàn)象，氫質(zhì)子和電子到達(dá)陰極側(cè)催化劑層與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生水，而陽極側(cè)沒有水產(chǎn)生，故膜兩側(cè)的水存在濃度差，陰極側(cè)的水會(huì)通過膜擴(kuò)散到陽極側(cè)導(dǎo)致陽極出現(xiàn)局部的水淹。因此，尾氫再循環(huán)模式需要定期打開排氣閥排出部分尾氣，另一部分通過氫氣循環(huán)泵循環(huán)至進(jìn)氣管路；需要定期打開排水閥排出液態(tài)水，保證燃料電池工作在正常狀態(tài)。

2、在打開排氣閥排氣的過程中，會(huì)造成陽極進(jìn)氣壓力的劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致電堆性能不穩(wěn)定，質(zhì)子交換膜受到反復(fù)的機(jī)械壓力，造成膜的損傷，影響電池壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種燃料電池陽極壓力控制方法及裝置，可以減小排氣閥開啟時(shí)陽極壓力的波動(dòng)，延長(zhǎng)燃料電池壽命。

2、依據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種燃料電池陽極壓力控制方法，包括：

3、在dv閥開啟時(shí)，獲取電堆的電流密度、電池片數(shù)、電池有效活性面積、陽極體積、陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度、閥門流通橫截面積、流入dv閥的氣體壓強(qiáng)、流出dv閥的氣體壓強(qiáng)、流入dv閥的氣體溫度、氫氣循環(huán)泵的壓比值、氫氣循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速及流入氫氣循環(huán)泵的氣體溫度；

4、根據(jù)所述電堆的電流密度、所述電池片數(shù)、所述電池有效活性面積、所述陽極體積及所述陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度，計(jì)算電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力；

5、根據(jù)所述閥門流通橫截面積、所述流入dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述流出dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述陽極體積及所述流入dv閥的氣體溫度，計(jì)算dv閥的排出氫氣壓力；

6、根據(jù)所述氫氣循環(huán)泵的壓比值、所述氫氣循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速及所述流入氫氣循環(huán)泵的氣體溫度，計(jì)算氫氣循環(huán)泵反饋回陽極入口的氫氣反饋壓力；

7、根據(jù)預(yù)設(shè)的控制比例閥開度的陽極壓力初始值、所述電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力、所述dv閥的排出氫氣壓力及所述氫氣反饋壓力，對(duì)控制比例閥的壓力值進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

8、可選地，所述根據(jù)所述電堆的電流密度、所述電池片數(shù)、所述電池有效活性面積、所述陽極體積及所述陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度，計(jì)算電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力，包括：

9、根據(jù)所述電堆的電流密度、所述電池片數(shù)、所述電池有效活性面積，計(jì)算電堆內(nèi)反應(yīng)消耗的氫氣流量；

10、根據(jù)所述電堆內(nèi)反應(yīng)消耗的氫氣流量、所述陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度、氫氣氣體常數(shù)、所述陽極體積，計(jì)算電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力。

11、可選地，所述根據(jù)所述電堆的電流密度、所述電池片數(shù)、所述電池有效活性面積，計(jì)算電堆內(nèi)反應(yīng)消耗的氫氣流量，包括：

12、根據(jù)所述電堆的電流密度、所述電池片數(shù)、所述電池有效活性面積，通過以下公式，計(jì)算電堆內(nèi)反應(yīng)消耗的氫氣流量：

13、

14、其中，mreact為電堆內(nèi)反應(yīng)消耗的氫氣流量，n為電池片數(shù)，mh2為氫氣摩爾質(zhì)量，aact為電池有效活性面積，f為法拉第常數(shù)，istack為電堆的電流密度。

15、可選地，所述根據(jù)所述電堆內(nèi)反應(yīng)消耗的氫氣流量、所述陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度、氫氣氣體常數(shù)、所述陽極體積，計(jì)算電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力，包括：

16、根據(jù)所述電堆內(nèi)反應(yīng)消耗的氫氣流量、所述陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度、氫氣氣體常數(shù)、所述陽極體積，通過以下公式，計(jì)算電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力：

17、

18、其中，preact為電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力，mreact為電堆內(nèi)反應(yīng)消耗的氫氣流量，r為氫氣氣體常數(shù)，t1為陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度，van為陽極體積，istack為電堆的電流密度，t0為dv閥開啟時(shí)刻，t為當(dāng)前時(shí)刻且t小于dv閥關(guān)閉時(shí)刻。

19、可選地，所述根據(jù)所述閥門流通橫截面積、所述流入dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述流出dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述陽極體積及所述流入dv閥的氣體溫度，計(jì)算dv閥的排出氫氣壓力，包括：

20、根據(jù)所述閥門流通橫截面積、所述流入dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述流出dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述流入dv閥的氣體溫度，計(jì)算dv閥排出氣體中氫氣的流量；

21、根據(jù)所述dv閥排出氣體中氫氣的流量、所述流入dv閥的氣體溫度以及所述陽極體積，計(jì)算dv閥的排出氫氣壓力。

22、可選地，所述根據(jù)所述閥門流通橫截面積、所述流入dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述流出dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述流入dv閥的氣體溫度，計(jì)算dv閥排出氣體中氫氣的流量，包括：

23、根據(jù)所述閥門流通橫截面積、所述流入dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述流出dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述流入dv閥的氣體溫度，通過以下公式，計(jì)算dv閥排出氣體中氫氣的流量：

24、

25、其中，mdv為dv閥排出氣體中氫氣的流量，cd為閥門流量系數(shù)，at為閥門流通橫截面積，pdv,in為流入dv閥的氣體壓強(qiáng)，pdv,out為流出dv閥的氣體壓強(qiáng)，t2為流入dv閥的氣體溫度，γ為氣體的絕熱系數(shù)，r為氫氣氣體常數(shù)。

26、可選地，所述根據(jù)所述dv閥排出氣體中氫氣的流量、所述流入dv閥的氣體溫度以及所述陽極體積，計(jì)算dv閥的排出氫氣壓力，包括：

27、根據(jù)所述dv閥排出氣體中氫氣的分壓、所述流入dv閥的氣體溫度以及所述陽極體積，通過以下公式，計(jì)算dv閥的排出氫氣壓力：

28、

29、其中，pdv為dv閥的排出氫氣壓力，k為dv閥排出氣體中氫氮比，t2為流入dv閥的氣體溫度，r為氫氣氣體常數(shù)，van為陽極體積，mdv為dv閥排出氣體中氫氣的流量，t0為dv閥開啟時(shí)刻，t為當(dāng)前時(shí)刻且t小于dv閥關(guān)閉時(shí)刻。

30、依據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種燃料電池陽極壓力控制裝置，包括：

31、獲取模塊，用于在dv閥開啟時(shí)，獲取電堆的電流密度、電池片數(shù)、電池有效活性面積、陽極體積、陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度、閥門流通橫截面積、流入dv閥的氣體壓強(qiáng)、流出dv閥的氣體壓強(qiáng)、流入dv閥的氣體溫度、氫氣循環(huán)泵的壓比值、氫氣循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速及流入氫氣循環(huán)泵的氣體溫度；

32、第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述電堆的電流密度、所述電池片數(shù)、所述電池有效活性面積、所述陽極體積及所述陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度，計(jì)算電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力；

33、第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述閥門流通橫截面積、所述流入dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述流出dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述陽極體積及所述流入dv閥的氣體溫度，計(jì)算dv閥的排出氫氣壓力；

34、第三計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述氫氣循環(huán)泵的壓比值、所述氫氣循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速及所述流入氫氣循環(huán)泵的氣體溫度，計(jì)算氫氣循環(huán)泵反饋回陽極入口的氫氣反饋壓力；

35、補(bǔ)償模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的控制比例閥開度的陽極壓力初始值、所述電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力、所述dv閥的排出氫氣壓力及所述氫氣反饋壓力，對(duì)控制比例閥的壓力值進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

36、依據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供一種控制器，控制器包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行前述的燃料電池陽極壓力控制方法。

37、依據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供一種車輛，車輛包括車體、安裝在車體內(nèi)的控制器，其中，控制器執(zhí)行前述的燃料電池陽極壓力控制方法。

38、本說明書實(shí)施例中的上述一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果：

39、本說明書實(shí)施例提供的一種燃料電池陽極壓力控制方法及裝置，在dv閥開啟時(shí)，獲取電堆的電流密度、電池片數(shù)、電池有效活性面積、陽極體積、陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度、閥門流通橫截面積、流入dv閥的氣體壓強(qiáng)、流出dv閥的氣體壓強(qiáng)、流入dv閥的氣體溫度、氫氣循環(huán)泵的壓比值、氫氣循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速及流入氫氣循環(huán)泵的氣體溫度；根據(jù)所述電堆的電流密度、所述電池片數(shù)、所述電池有效活性面積、所述陽極體積及所述陽極側(cè)反應(yīng)的氣體溫度，計(jì)算電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力；根據(jù)所述閥門流通橫截面積、所述流入dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述流出dv閥的氣體壓強(qiáng)、所述陽極體積及所述流入dv閥的氣體溫度，計(jì)算dv閥的排出氫氣壓力；根據(jù)所述氫氣循環(huán)泵的壓比值、所述氫氣循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速及所述流入氫氣循環(huán)泵的氣體溫度，計(jì)算氫氣循環(huán)泵反饋回陽極入口的氫氣反饋壓力；根據(jù)預(yù)設(shè)的控制比例閥開度的陽極壓力初始值、所述電堆內(nèi)部消耗氫氣壓力、所述dv閥的排出氫氣壓力及所述氫氣反饋壓力，對(duì)控制比例閥的壓力值進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。可以減小排氣閥開啟時(shí)陽極壓力的波動(dòng)，延長(zhǎng)燃料電池壽命。

40、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式。