CN111509275A - 燃料电池、基于燃料电池控制气体加湿的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池、基于燃料电池控制气体加湿的方法及装置。该发明包括：进气口，用于接收气体；膜加湿器，两侧分别与混合室与进气口连接，用于对气体进行第一次加湿操作；喷淋加湿器，设置在混合室内，用于对进入混合室内的气体进行第二次加湿操作；燃料电池堆，用于为加湿的气体提供化学反应场所，通过本发明，解决了相关技术中燃料电池中采用的加湿技术对气体的加湿效果差的技术问题。

Description

燃料电池、基于燃料电池控制气体加湿的方法及装置

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池、基于燃料电池控制气体加湿的方法及装置。

背景技术

相关技术中，燃料电池被广泛认为是一种潜在的替代能源转换技术，用于固定和移动应用，因为它们具有高能量效率和低环境污染。在各种类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其工作温度低、启动速度快和功率密度大等特点而特别适合于汽车及固定式发电领域。为了获得高性能和高耐久性，PEMFC中的膜必须进行水合，一部分水合作用是通过燃料电池内部的水传输来实现的。然而，单一的水运输作用导致水的不均匀分布。

目前存在的燃料电池加湿技术主要有有鼓泡加湿、喷淋加湿与膜加湿。其中鼓泡加湿由于加湿水存在热容，因此升温降温过程较慢，无法实现加湿后气体温度的快速调节。喷淋加湿方式，加湿后气体中含有液态水滴，可能会引起电堆水淹，通过测量加热板的温度来调节加热功率，可能会导致水雾蒸发不完全或湿气过热，且调节过程中水流量和加热管功率的波动会引起湿度较大的变化。使用出电堆气体加湿进电堆气体的膜加湿方式，不能主动精确的调节入堆气体湿度，并且在流量突然改变时，湿度调节存在滞后，膜加湿方式不能满足加湿快速性要求。当燃料电池出口空气温度与湿度较低时，膜加湿方式不能达到理想的加湿效果。

同时，目前存在的燃料电池加湿技术主要有有鼓泡加湿、喷淋加湿与膜加湿。其中鼓泡加湿由于加湿水存在热容，因此升温降温过程较慢，无法实现加湿后气体温度的快速调节。喷淋加湿方式，加湿后气体中含有液态水滴，可能会引起电堆水淹，通过测量加热板的温度来调节加热功率，可能会导致水雾蒸发不完全或湿气过热，且调节过程中水流量和加热管功率的波动会引起湿度较大的变化。使用出电堆气体加湿进电堆气体的膜加湿方式，不能主动精确的调节入堆气体湿度，并且在流量突然改变时，湿度调节存在滞后，膜加湿方式不能满足加湿快速性要求。当燃料电池出口空气温度与湿度较低时，膜加湿方式不能达到理想的加湿效果。

再者，相关技术中的湿度传感器在测量气体的湿度时，存在测量滞后的问题。

针对相关技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃料电池、基于燃料电池控制气体加湿的方法及装置，以解决相关技术中燃料电池中采用的加湿技术对气体的加湿效果差的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池。该燃料电池包括：进气口，用于接收气体；膜加湿器，两侧分别与混合室与进气口连接，用于对气体进行第一次加湿操作；喷淋加湿器，设置在混合室内，用于对进入混合室内的气体进行第二次加湿操作；燃料电池堆，用于为加湿的气体提供化学反应场所。

进一步地，燃料电池还包括：喷淋流量计，与喷淋加湿器连接，用于测量喷淋加湿器提供的水流量；增压水泵，与喷淋流量计连接，用于为喷淋加湿器提供压力；存储水箱，与增压水泵连接，用于为喷淋加湿器提供加湿气体的用的水流量。

进一步地，燃料电池还包括：电阻丝网，设置在混合室内，用于提供能量以汽化喷淋加湿器喷出的水，并通过能量加热气体；温度传感器，设置在燃料电池堆的进气管路上，用于采集进入燃料电池堆的气体的温度，进气管路与混合室连接；湿度传感器，设置在燃料电池堆的进气管路上，用于采集进入燃料电池堆的气体的湿度。

进一步地，燃料电池还包括：第一控制模块，用于控制增压水泵的转速以调节喷淋加湿器喷出的水流量。

进一步地，燃料电池还包括：第二控制模块，用于依据温度传感器采集的气体的温度，调节电阻丝网的功率以使进入燃料电池堆的气体的温度达到预设温度。

进一步地，燃料电池还包括：第三控制模块，用于依据湿度传感器采集的气体的湿度，确定气体的实际湿度以补偿湿度传感器的测量滞后性。

进一步地，燃料电池还包括：气体出堆管路，两端分别与燃料电池堆、膜加湿器连接，用于将燃料电池对排出来的反应气体输送至膜加湿器的湿气通道以使反应气体中的水蒸气渗透到膜加湿器的干气通道为进入膜加湿器的气体进行第一次加湿操作。

进一步地，燃料电池还包括：气水分离器，与膜加湿器连接，用于将反应气体中的液体水分离出来。

进一步地，燃料电池还包括：液态水回收管路，与气水分离器连接，用于将分离出来的液态水回收至存储水箱。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种基于燃料电池控制气体加湿的方法，燃料电池包括膜加湿器、喷淋加湿器和燃料电池堆，该方法包括：控制膜加湿器对气体进行第一次加湿；控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿；控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应。

进一步地，燃料电池还包括湿度传感器，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度。

进一步地，在对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度之前，该方法包括：将具有固定相对湿度的标准气体输入至设置有湿度传感器的通道，以对湿度传感器进行阶跃响应测试；记录预定时间段内湿度传感器测量到的标准气体的湿度，以获得湿度传感器的时域数据模型，时域数据模型为y(t)＝(1-e^-tT)x(t)，x(t)为固定相对湿度，t为预定时间段，y(t)为湿度传感器的测量值，T为时间常数，e为自然对数底数。

进一步地，对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度包括：依据时域数据模型，计算测量湿度与实际湿度之间的湿度差值，其中，湿度差值是测量湿度的微分与时间常数的乘积；依据测量湿度与湿度差值，计算实际湿度。

进一步地，燃料电池还包括电阻丝网，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：测量气体的温度；判断温度是否达到预设温度，如果温度未达到预设温度，调节电阻丝网的加热功率以控制温度达到预设温度。

进一步地，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：获取气体的实际湿度；判断实际湿度是否达到预设湿度，如果实际湿度未达到预设湿度，调节喷淋加湿器的水流量以使气体的湿度达到预设湿度。

进一步地，膜加湿器包括湿气通道和干气通道，在控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应之后，该方法还包括：将燃料电池堆排出来的反应气体输送至膜加湿器中的湿气通道以使反应气体中的水蒸气渗透到膜加湿器的干气通道为进入膜加湿器的气体进行第一次加湿操作。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种基于燃料电池控制气体加湿的装置，其中，燃料电池包括膜加湿器、喷淋加湿器和燃料电池堆，该装置包括：第一控制单元，用于控制膜加湿器对气体进行第一次加湿；第二控制单元，用于控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿；第三控制单元，用于控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，程序执行上述的一种基于燃料电池控制气体加湿的方法。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，程序运行时执行上述的一种基于燃料电池控制气体加湿的方法。

通过本发明，采用以下结构：进气口，用于接收气体；膜加湿器，两侧分别与混合室与进气口连接，用于对气体进行第一次加湿操作；喷淋加湿器，设置在混合室内，用于对进入混合室内的气体进行第二次加湿操作；燃料电池堆，用于为加湿的气体提供化学反应场所，解决了相关技术中燃料电池中采用的加湿技术对气体的加湿效果差的技术问题，进而达到了提高传感器测量精度与跟踪速度的技术效果。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例提供的一种燃料电池的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种基于燃料电池控制气体加湿的方法的流程图；

图3为湿度传感器的测量滞后示意图；

图4为湿度传感器的滞后补偿效果示意图；以及

图5是根据本发明实施例提供的一种基于燃料电池控制气体加湿的装置的示意图。

其中，还包括如下附图标记：

1，进气口；2，膜加湿器；3，喷淋加湿器；4，燃料电池堆；5，混合室；6，喷淋流量计；7，增压水泵；8，存储水箱；9，电阻丝网；10，温度传感器；11，湿度传感器；12，气体出堆管路；13，气水分离器；14，液态水回收管路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明的实施例，提供了一种燃料电池。

图1是根据本发明实施例提供的一种燃料电池的结构示意图。如图1所示，该燃料电池包括以下结构：进气口1，膜加湿器2，喷淋加湿器3，燃料电池堆4。

具体地，进气口1，用于接收进气燃料电池的反应气体，其中，反应气体指的是进入燃料电池堆反应的气体，可以是氢气，也可以是空气。

具体地，膜加湿器2，两侧分别与混合室5与进气口1连接，用于对进入燃料电池的气体进行第一次加湿操作。

具体地，喷淋加湿器3，设置在混合室5内，用于对进入混合室5内的气体进行第二次加湿操作。

具体地，燃料电池堆4，用于为加湿的气体提供化学反应场所。

上述地，本申请提供了一种燃料电池，其中，在燃料电池中使用膜加湿与喷淋加湿两种加湿方式组合的形式，在最大限度地利用燃料电池堆4出堆气体的热量与水汽的同时，可以有效实现加湿过程的稳定性与快速性。入堆气体通过膜加湿器2利用出堆气体的水汽进行一次加湿，随后通过喷淋加湿与电阻丝网9加热使气体最终达到测试的设定加湿温度与湿度。其中，通过调节喷淋加适量控制入堆气体湿度，通过调节电阻丝网9控制入堆气体温度。

本发明实施例提供的一种燃料电池，通过进气口1，用于接收气体；膜加湿器2，两侧分别与混合室5与进气口1连接，用于对气体进行第一次加湿操作；喷淋加湿器3，设置在混合室5内，用于对进入混合室5内的气体进行第二次加湿操作；燃料电池堆4，用于为加湿的气体提供化学反应场所，解决了相关技术中燃料电池中采用的加湿技术对气体的加湿效果差的技术问题，进而达到了提高传感器测量精度与跟踪速度的技术效果。

可选地，燃料电池还包括：喷淋流量计6，与喷淋加湿器3连接，用于测量喷淋加湿器3提供的水流量；增压水泵7，与喷淋流量计6连接，用于为喷淋加湿器3提供压力；存储水箱8，与增压水泵7连接，用于为喷淋加湿器3提供加湿气体的用的水流量。

具体地，从进气口1进入燃料电池的气体，经过膜加湿器2干气通道一次加湿后，通过混合室5管道进入混合室5，并通过喷淋加湿器3喷出的水雾二次加湿。喷淋加湿器3喷出的加湿水雾来源于储水水箱，经过增压泵增压后从喷嘴喷出，与喷淋加湿器3连接的还有喷淋流量计6，用于测量喷淋流量计6喷出的水流量，同时，用过调节增压泵转速，可以调节喷淋加湿器3提供的加湿的水流量。

可选地，燃料电池还包括：电阻丝网9，设置在混合室5内，用于提供能量以汽化喷淋加湿器3喷出的水，并通过能量加热气体；温度传感器10，设置在燃料电池堆4的进气管路上，用于采集进入燃料电池堆4的气体的温度，进气管路与混合室5连接；湿度传感器11，设置在燃料电池堆4的进气管路上，用于采集进入燃料电池堆4的气体的湿度。

具体地，在混合室5内还设置有电阻丝网9，电阻丝网9用于提供相应的能量，使喷淋加湿器3提供的水全部汽化，并将从氢气/空气入堆管路进入燃料电池堆4的气体温度升高到预设温度。

上述地，在本申请提供的燃料电池中还设置有温度传感器10和湿度传感器11，分别设置在燃料电池堆4的进气管路上，用于采集入堆气体的温度和湿度。

可选地，燃料电池还包括：第一控制模块，用于控制增压水泵7的转速以调节喷淋加湿器3喷出的水流量。

具体地，在本申请实施例中，需要保证入堆气体达到了测试用于的预设温度和设定湿度，如果在湿度传感器11检测到的通过混合室5后入堆的气体的温度没有达到预设湿度时，需要控制增压水泵7的转速以调节喷淋加湿器3的水流量，通过调节喷淋加湿器3的水流量来调节对气体进行的第二次加湿操作的加湿程度。

进一步地，如果湿度传感器11采集到的气体的湿度较设定湿度小，则提高增压水泵7的转速以加大喷淋加湿器3的水流量。

相反地，如果湿度传感器11采集到的湿度较设定湿度大，则降低增压水泵7的转速以较小喷淋加湿器3的水流量。

可选地，燃料电池还包括：第二控制模块，用于依据温度传感器10采集的气体的温度，调节电阻丝网9的功率以使进入燃料电池堆4的气体的温度达到预设温度。

上述地，由于需要保证入堆气体达到预设湿度和预设温度，所以当温度传感器10采集到的气体的温度未达到预设温度时，需要调整电阻丝网9的功率以使入堆的气体达到预设温度

可选地，燃料电池还包括：第三控制模块，用于依据湿度传感器11采集的气体的湿度，确定气体的实际湿度以补偿湿度传感器11的测量滞后性。

上述地，在本申请中由于需要保证入堆气体的湿度达到预设湿度，所以通过湿度传感器11采集的当前气体的实际湿度和预设湿度，确定气体的湿度差，通过湿度差确定喷淋加湿器3喷出的水流量的差值，进而通过第二次加湿操作对入堆的气体的湿度进行补偿。

因此，基于第三控制模块获取的湿度差，计算第二次加湿操作的水流量差值，通过水流量差值确定增压水泵7的转速。

可选地，燃料电池还包括：气体出堆管路12，两端分别与燃料电池堆4、膜加湿器2连接，用于将燃料电池对排出来的反应气体输送至膜加湿器2的湿气通道以使反应气体中的水蒸气渗透到膜加湿器2的干气通道为进入膜加湿器2的气体进行第一次加湿操作。

具体地，本申请中提供的燃料电池还包括与膜加湿器2连接的气体出堆管路12，由于燃料电池堆4会将反应气体将气体出堆管路12排出，反应气体中包含水汽和热量，通过将气体出堆管路12与膜加湿器2连接，可以使反应气体进入膜加湿器2的湿气通道，此时水蒸气从湿气通道渗透到干气通道，完成对通过进气口1进入的气体的加湿与加热

需要说明的是，通过将气体出堆管路12与膜加湿器2连接，最大程度的利用了反应气体中的热量与水汽，进而充分利用了反应气体中包括的水汽和热量。

可选地，燃料电池还包括：气水分离器13，与膜加湿器2连接，用于将反应气体中的液体水分离出来。

可选地，燃料电池还包括：液态水回收管路14，与气水分离器13连接，用于将分离出来的液态水回收至存储水箱8。

上述地，从膜加湿器2排出的湿气，可能仍然携带有液态水，通过气水分离器13将气流中的液态水分离，分离后的氢气/空气尾气排放到室外，分离后的液态水通过液态水回收管路14补充到储水水箱内。

需要说明的是，为了保证膜水化的均匀性，本申请提供了一种燃料电池，包括膜加湿器2与喷淋加湿器3一起对送入燃料电池之前的气体进行增湿。又由于燃料电池阴极产生大量水，随着阴极尾气排出电堆。利用燃料电池产生的水和热通过膜加湿器2对反应气体进行增湿，燃料电池系统可以在这方面实现自给自足。膜加湿器2由干气通道与湿气通道组成，通道之间由透水膜分隔。当干湿两侧气体流通时，由于膜存在湿度梯度，水蒸气从湿气通道渗透到干气通道。然而，使用出电堆气体加湿进电堆气体的膜加湿方式，不能主动精确的调节入堆气体湿度，并且在流量突然改变时，膜加湿过程存在滞后，膜加湿方式不能满足加湿快速性要求，因此，通过可以控制喷淋加湿器3的水量来对喷淋加湿器3对气体的加湿程度进行调整。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明实施例还提供了一种基于燃料电池控制气体加湿的方法，需要说明的是，本发明实施例的一种燃料电池可以用于执行本发明实施例所提供的一种基于燃料电池控制气体加湿的方法。以下对本发明实施例提供的一种基于燃料电池控制气体加湿的方法进行介绍。

图2是根据本发明实施例的一种基于燃料电池控制气体加湿的方法的流程图，其中，燃料电池为上述地本申请提出的一种燃料电池，包括膜加湿器、喷淋加湿器和燃料电池堆，如图2所示，该方法包括：

S201，控制膜加湿器对气体进行第一次加湿；

S202，控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿；

S203，控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应。

本发明实施例提供的一种基于燃料电池控制气体加湿的方法，通过控制膜加湿器对气体进行第一次加湿；控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿；控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应，解决了相关技术中燃料电池中采用的加湿技术对气体的加湿效果差的技术问题，进而达到了提高传感器测量精度与跟踪速度的技术效果。

可选地，燃料电池还包括湿度传感器，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度。

具体地，通过湿度传感器测量进入燃料电池堆的气体的湿度，由于湿度传感器的测量具有滞后性，在气体的湿度发生改变时，湿度传感器无法及时将时间湿度测量出来，因此，需要对湿度传感器测量的湿度进行补偿以得到气体的实际湿度。

可选地，在对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度之前，该方法包括：将具有固定相对湿度的标准气体输入至设置有湿度传感器的通道，以对湿度传感器进行阶跃响应测试；记录预定时间段内湿度传感器测量到的标准气体的湿度，以获得湿度传感器的时域数据模型，时域数据模型为y(t)＝(1-e^-t/T)x(t)，x(t)为固定相对湿度，t为预定时间段，y(t)为湿度传感器的测量值，T为时间常数，e为自然对数底数。

具体地，步骤S1：通过实验获取湿度传感器测量过程数学模型。

具体的，在该燃料电池使用前，需要对湿度传感器进行阶跃响应测试，即将具有固定相对湿度的标准气体突然流通过安装有湿度传感器的通道，记录下湿度传感器测量反馈值的变化。传感器测量过程数学模型可近似用一阶惯性系统表示，其时域数学模型如下：

y(t)＝(1-e^-t/T)x(t) (1)

其中，t是时间，单位为s；x(t)是系统输入，此处为气体相对湿度实际值，单位％；y(t)是系统输出，此处为气体相对湿度传感器测量值，单位％；T是时间常数，根据阶跃响应辨识获得。在阶跃响应测试中，标准气体的相对湿度x(t)固定在某一值，在t＝0时刻突然通入安装有湿度传感器的通道，传感器测量值y(t)从零到达x(t)存在滞后。根据控制理论，时间常数T等于y(t)＝0.632x(t)时所对应的时间t，至此，已经得到湿度传感器测量过程数学模型，其中，湿度传感器的测量滞后示意图如图3所示。

可选地，对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度包括：依据时域数据模型，计算测量湿度与实际湿度之间的湿度差值，其中，湿度差值是测量湿度的微分与时间常数的乘积；依据测量湿度与湿度差值，计算实际湿度。

可选地，燃料电池还包括电阻丝网，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：测量气体的温度；判断温度是否达到预设温度，如果温度未达到预设温度，调节电阻丝网的加热功率以控制温度达到预设温度。

步骤S2：给定气体的预设温度和预设湿度。

具体的，测试人员根据实际测试需求给定气体被加湿后的温度与湿度。

步骤S3：根据预设温度与温度传感器反馈值调节电阻丝网加热功率。

具体的，由于燃料电池堆的运行功率、温度、压力、流量变化，从燃料电池堆流出并进入膜加湿器湿气通道的气体温度与湿度存在波动，因此膜加湿器干气通道出口处的被加湿气体湿度与温度同样不能保持稳定。因此为了保证进入燃料电池堆的气体湿度与温度满足测试的设定加湿温度与湿度，需要在被加湿气体通过膜加湿器后，使用喷淋加湿器进行二次加湿。气体经过喷淋加湿后，需要对其进行加热，使液态水滴完全汽化，并将入堆气体加热到设定加湿温度。测试过程中，根据设定加湿温度与温度传感器测量反馈值的偏差，使用适当的控制方法调节电阻丝网加热功率，一种优选的控制方法为PID控制。

步骤S4：对湿度传感器反馈值进行补偿，根据设定加湿湿度调节喷淋水流量。

具体的，由步骤S1得到湿度传感器测量过程数学模型(2)式，对等式两边求导，可得：

其中，由于测量过程中x(t)固定，因此视为常数，对时间的导数为零。

气体湿度实际值与湿度传感器测量值之差Δ为：

Δ＝x(t)-y(t)＝e^-t/Tx(t) (3)

湿度测量值微分与差值Δ之比K为：

因此，湿度测量值经过补偿后的估计值为：

为了便于进行计算机控制，将(5)式写为离散时间形式：

其中，k表示第k个采样时刻，dt是采样周期，单位s。

(5)式和(6)式即为对湿度传感器进行滞后补偿的修正计算式，补偿后的湿度测量值可以更快的跟踪真实值，大幅度减小了测量误差。经过补偿后，传感器测量之后引起误差大大减小，补偿后的修正测量值可以快速准确的跟踪气体湿度的实际值，其中，湿度传感器的滞后补偿效果图，如图4所示。

可选地，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：获取气体的实际湿度；判断实际湿度是否达到预设湿度，如果实际湿度未达到预设湿度，调节喷淋加湿器的水流量以使气体的湿度达到预设湿度。

上述地，由于本申请提供了一种通过膜加湿器与喷淋加湿器结合对进入燃料电池的气体进行加湿的气体进行加湿的方法，因此，在测量得到入堆的气体的实际湿度没有达到预设湿度时，通过调节喷淋加湿器的流量以使气体的湿度达到预设湿度，其中，通过实际湿度与预设湿度的湿度差可以反馈喷淋加湿器需要喷的水量差值。

可选地，膜加湿器包括湿气通道和干气通道，在控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应之后，该方法还包括：将燃料电池堆排出来的反应气体输送至膜加湿器中的湿气通道以使反应气体中的水蒸气渗透到膜加湿器的干气通道为进入膜加湿器的气体进行第一次加湿操作。

上述地，通过将燃料电池堆排出的反应气体输送到膜加湿器的湿气通道中，可以充分利用反应气体中包含的热量和水汽，达到燃料电池自给自足的效果。

需要说明的是，本申请针对质子交换膜燃料电池测试系统加湿过程中，由于膜加湿器加湿过程存在滞后且不能主动精确调节入堆气体湿度、喷淋加湿后气体中小液滴汽化不完全和湿度传感器本身测量滞后引起的湿度调节稳定性与准确性降低问题，提出燃料电池、基于燃料电池控制气体加湿的方法及装置，该燃料电池使用膜加湿与喷淋加湿两种加湿方式组合的形式，在通过膜加湿器进行一次加湿，最大限度地利用燃料电池堆出堆气体的热量与水汽的同时，使用喷淋加湿器进行二次加湿，有效实现加湿过程的稳定性与快速性，并最终通过电阻丝网加热确保喷淋液滴完全汽化并使入堆气体温度到达设定加湿温度。本申请提出的针对湿度传感器测量存滞后的补偿方法，可以有效提高传感器测量精度与跟踪速度，满足燃料电池测试系统加湿快速性需求。

图5是根据本发明实施例提供的一种基于燃料电池控制气体加湿的装置的示意图，该装置包括：第一控制单元501，用于控制膜加湿器对气体进行第一次加湿；第二控制单元502，用于控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿；第三控制单元503，用于控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应。

本发明实施例提供的一种基于燃料电池控制气体加湿的装置，通过第一控制单元501，用于控制膜加湿器对气体进行第一次加湿；第二控制单元502，用于控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿；第三控制单元503，用于控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应，解决了相关技术中燃料电池中采用的加湿技术对气体的加湿效果差的技术问题，进而达到了提高传感器测量精度与跟踪速度的技术效果。

可选地，燃料电池还包括湿度传感器，该装置还包括：补偿单元，用于在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度。

可选地，该装置包括：测试单元，用于在对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度之前，将具有固定相对湿度的标准气体输入至设置有湿度传感器的通道，以对湿度传感器进行阶跃响应测试；第一获取单元，用于记录预定时间段内湿度传感器测量到的标准气体的湿度，以获得湿度传感器的时域数据模型，时域数据模型为y(t)＝(1-e^-t/T)x(t)，x(t)为固定相对湿度，t为预定时间段，y(t)为湿度传感器的测量值，T为时间常数，e为自然对数底数。

可选地，补偿单元包括：第一计算子单元，用于依据时域数据模型，计算测量湿度与实际湿度之间的湿度差值，其中，湿度差值是测量湿度的微分与时间常数的乘积；第二计算子单元，用于依据测量湿度与湿度差值，计算实际湿度。

可选地，燃料电池还包括电阻丝网，该装置还包括：测量单元，用于在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，测量气体的温度；第一调节单元，用于判断温度是否达到预设温度，如果温度未达到预设温度，调节电阻丝网的加热功率以控制温度达到预设温度。

可选地，该装置还包括：第二获取单元，用于在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，获取气体的实际湿度；第二调节单元，用于判断实际湿度是否达到预设湿度，如果实际湿度未达到预设湿度，调节喷淋加湿器的水流量以使气体的湿度达到预设湿度。

可选地，膜加湿器包括湿气通道和干气通道，该装置还包括：输送单元，用于在控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应之后，将燃料电池堆排出来的反应气体输送至膜加湿器中的湿气通道以使反应气体中的水蒸气渗透到膜加湿器的干气通道为进入膜加湿器的气体进行第一次加湿操作。

一种基于燃料电池控制气体加湿的装置包括处理器和存储器，上述第一控制单元501等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来解决了相关技术中燃料电池中采用的加湿技术对气体的加湿效果差的技术问题。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现一种基于燃料电池控制气体加湿的方法。

本发明实施例提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行一种基于燃料电池控制气体加湿的方法。

本发明实施例提供了一种设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：控制膜加湿器对气体进行第一次加湿；控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿；控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应。

可选地，燃料电池还包括湿度传感器，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度。

可选地，在对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度之前，该方法包括：将具有固定相对湿度的标准气体输入至设置有湿度传感器的通道，以对湿度传感器进行阶跃响应测试；记录预定时间段内湿度传感器测量到的标准气体的湿度，以获得湿度传感器的时域数据模型，时域数据模型为y(t)＝(1-e^-t/T)x(t)，x(t)为固定相对湿度，t为预定时间段，y(t)为湿度传感器的测量值，T为时间常数，e为自然对数底数。

可选地，对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度包括：依据时域数据模型，计算测量湿度与实际湿度之间的湿度差值，其中，湿度差值是测量湿度的微分与时间常数的乘积；依据测量湿度与湿度差值，计算实际湿度。

可选地，燃料电池还包括电阻丝网，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：测量气体的温度；判断温度是否达到预设温度，如果温度未达到预设温度，调节电阻丝网的加热功率以控制温度达到预设温度。

可选地，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：获取气体的实际湿度；判断实际湿度是否达到预设湿度，如果实际湿度未达到预设湿度，调节喷淋加湿器的水流量以使气体的湿度达到预设湿度。

可选地，膜加湿器包括湿气通道和干气通道，在控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应之后，该方法还包括：将燃料电池堆排出来的反应气体输送至膜加湿器中的湿气通道以使反应气体中的水蒸气渗透到膜加湿器的干气通道为进入膜加湿器的气体进行第一次加湿操作。本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。

本发明还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：控制膜加湿器对气体进行第一次加湿；控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿；控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应。

可选地，燃料电池还包括湿度传感器，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度。

可选地，在对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度之前，该方法包括：将具有固定相对湿度的标准气体输入至设置有湿度传感器的通道，以对湿度传感器进行阶跃响应测试；记录预定时间段内湿度传感器测量到的标准气体的湿度，以获得湿度传感器的时域数据模型，时域数据模型为y(t)＝(1-e^-t/T)x(t)，x(t)为固定相对湿度，t为预定时间段，y(t)为湿度传感器的测量值，T为时间常数，e为自然对数底数。

可选地，对湿度传感器采集的气体的测量湿度进行补偿，获得气体的实际湿度包括：依据时域数据模型，计算测量湿度与实际湿度之间的湿度差值，其中，湿度差值是测量湿度的微分与时间常数的乘积；依据测量湿度与湿度差值，计算实际湿度。

可选地，燃料电池还包括电阻丝网，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：测量气体的温度；判断温度是否达到预设温度，如果温度未达到预设温度，调节电阻丝网的加热功率以控制温度达到预设温度。

可选地，在控制喷淋加湿器对第一次加湿后的气体进行第二次加湿之后，该方法还包括：获取气体的实际湿度；判断实际湿度是否达到预设湿度，如果实际湿度未达到预设湿度，调节喷淋加湿器的水流量以使气体的湿度达到预设湿度。

可选地，膜加湿器包括湿气通道和干气通道，在控制将第二次加湿后的气体输送至燃料电池堆进行化学反应之后，该方法还包括：将燃料电池堆排出来的反应气体输送至膜加湿器中的湿气通道以使反应气体中的水蒸气渗透到膜加湿器的干气通道为进入膜加湿器的气体进行第一次加湿操作。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (19)

1.一种燃料电池，其特征在于，包括：

进气口(1)，用于接收气体；

膜加湿器(2)，两侧分别与混合室(5)与所述进气口(1)连接，用于对所述气体进行第一次加湿操作；

喷淋加湿器(3)，设置在混合室(5)内，用于对进入所述混合室(5)内的所述气体进行第二次加湿操作；

燃料电池堆(4)，用于为加湿的所述气体提供化学反应场所。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括：

喷淋流量计(6)，与所述喷淋加湿器(3)连接，用于测量所述喷淋加湿器(3)提供的水流量；

增压水泵(7)，与所述喷淋流量计(6)连接，用于为所述喷淋加湿器(3)提供压力；

存储水箱(8)，与所述增压水泵(7)连接，用于为所述喷淋加湿器(3)提供加湿所述气体的用的所述水流量。

3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括：

电阻丝网(9)，设置在所述混合室(5)内，用于提供能量以汽化所述喷淋加湿器(3)喷出的水，并通过所述能量加热所述气体；

温度传感器(10)，设置在燃料电池堆(4)的进气管路上，用于采集进入所述燃料电池堆(4)的所述气体的温度，所述进气管路与所述混合室(5)连接；

湿度传感器(11)，设置在所述燃料电池堆(4)的进气管路上，用于采集进入所述燃料电池堆(4)的所述气体的湿度。

4.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括：

第一控制模块，用于控制所述增压水泵(7)的转速以调节所述喷淋加湿器(3)喷出的所述水流量。

5.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括：

第二控制模块，用于依据所述温度传感器(10)采集的所述气体的温度，调节所述电阻丝网(9)的功率以使进入所述燃料电池堆(4)的所述气体的温度达到预设温度。

6.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括：

第三控制模块，用于依据所述湿度传感器(11)采集的所述气体的湿度，确定所述气体的实际湿度以补偿所述湿度传感器(11)的测量滞后性。

7.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括：

气体出堆管路(12)，两端分别与所述燃料电池堆(4)、所述膜加湿器(2)连接，用于将所述燃料电池对排出来的反应气体输送至所述膜加湿器(2)的湿气通道以使所述反应气体中的水蒸气渗透到所述膜加湿器(2)的干气通道为进入所述膜加湿器(2)的气体进行所述第一次加湿操作。

8.根据权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括：

气水分离器(13)，与所述膜加湿器(2)连接，用于将所述反应气体中的液体水分离出来。

9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括：

液态水回收管路(14)，与所述气水分离器(13)连接，用于将分离出来的所述液态水回收至存储水箱(8)。

10.一种基于燃料电池控制气体加湿的方法，其特征在于，所述燃料电池包括膜加湿器、喷淋加湿器和燃料电池堆，所述方法包括：

控制所述膜加湿器对气体进行第一次加湿；

控制所述喷淋加湿器对第一次加湿后的所述气体进行第二次加湿；

控制将第二次加湿后的所述气体输送至所述燃料电池堆进行化学反应。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述燃料电池还包括湿度传感器，在控制所述喷淋加湿器对第一次加湿后的所述气体进行第二次加湿之后，所述方法还包括：

对所述湿度传感器采集的所述气体的测量湿度进行补偿，获得所述气体的实际湿度。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在对所述湿度传感器采集的所述气体的测量湿度进行补偿，获得所述气体的实际湿度之前，所述方法包括：

将具有固定相对湿度的标准气体输入至设置有所述湿度传感器的通道，以对所述湿度传感器进行阶跃响应测试；

记录预定时间段内所述湿度传感器测量到的所述标准气体的湿度，以获得所述湿度传感器的时域数据模型，所述时域数据模型为y(t)＝(1-e^-t/T)x(t)，x(t)为所述固定相对湿度，t为所述预定时间段，y(t)为所述湿度传感器的测量值，T为时间常数，e为自然对数底数。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，对所述湿度传感器采集的所述气体的测量湿度进行补偿，获得所述气体的实际湿度包括：

依据所述时域数据模型，计算所述测量湿度与所述实际湿度之间的湿度差值，其中，所述湿度差值是所述测量湿度的微分与所述时间常数的乘积；

依据所述测量湿度与所述湿度差值，计算所述实际湿度。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述燃料电池还包括电阻丝网，在控制所述喷淋加湿器对第一次加湿后的所述气体进行第二次加湿之后，所述方法还包括：

测量所述气体的温度；

判断所述温度是否达到预设温度，如果所述温度未达到所述预设温度，调节所述电阻丝网的加热功率以控制所述温度达到所述预设温度。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在控制所述喷淋加湿器对第一次加湿后的所述气体进行第二次加湿之后，所述方法还包括：

获取所述气体的实际湿度；

判断所述实际湿度是否达到预设湿度，如果所述实际湿度未达到所述预设湿度，调节所述喷淋加湿器的水流量以使所述气体的湿度达到所述预设湿度。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述膜加湿器包括湿气通道和干气通道，在控制将第二次加湿后的所述气体输送至燃料电池堆进行化学反应之后，所述方法还包括：

将所述燃料电池堆排出来的反应气体输送至所述膜加湿器中的湿气通道以使所述反应气体中的水蒸气渗透到所述膜加湿器的干气通道为进入所述膜加湿器的气体进行所述第一次加湿操作。

17.一种基于燃料电池控制气体加湿的装置，其特征在于，所述燃料电池包括膜加湿器、喷淋加湿器和燃料电池堆，所述装置包括：

第一控制单元，用于控制所述膜加湿器对气体进行第一次加湿；

第二控制单元，用于控制所述喷淋加湿器对第一次加湿后的所述气体进行第二次加湿；

第三控制单元，用于控制将第二次加湿后的所述气体输送至所述燃料电池堆进行化学反应。

18.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行权利要求10至16中任意一项所述的一种基于燃料电池控制气体加湿的方法。

19.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求10至16中任意一项所述的一种基于燃料电池控制气体加湿的方法。

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