CN113224351A - 一种燃料电池电堆湿度控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池电堆湿度控制系统，包括与燃料电池电堆连接的加湿器，空气依次通过加湿器的第一入口、加湿器的第一出口、燃料电池电堆的阴极气体进气口、燃料电池电堆的阴极气体排气口、加湿器的第二入口到达加湿器的第二出口，加湿器的第一入口通过阀体与燃料电池电堆的阴极气体进气口连通，加湿器的第一出口与燃料电池电堆的阴极气体进气口之间设有阀体，燃料电池电堆的阴极气体排气口与加湿器的第二入口之间设有控制器，控制器与阀体电气连接，控制器包含湿度传感单元。与现有技术相比，可实现根据燃料电池电堆的实际工作需求及时准确地对空气湿度进行调节可稳定保持加湿器的内部状态不会干扰背压阀或尾排阀对电堆气压的控制效果。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池控制领域，尤其是涉及一种燃料电池电堆湿度控制系统及方法。
背景技术
在质子交换膜燃料电池工作过程中，质子交换膜需要保持一定的湿润度才能保持质子的高传导性和良好的运行特性。入堆空气湿度过低会导致膜过干，使质子交换膜失去传导质子的能力，严重时导致膜脱水、皱缩甚至破裂；入堆空气湿度过高，导致膜中含水量过多会造成水淹，堵塞气体流道，增大浓差极化导致电池性能大幅下降。因此，通过调节入堆空气湿度来保持燃料电池内部水平衡是提高燃料电池性能和寿命的一个关键问题。
目前，主要根据电堆输出功率或者输出电流设定阴极阳极气体的湿度，但该方法无法针对燃料电池电堆的实际工作需求及时准确地对空气湿度进行调节，易出现进入电堆的空气湿度过高或过低的情况，影响燃料电池电堆的输出性能及可靠性、耐久性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池电堆湿度控制系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种燃料电池电堆湿度控制系统，包括与燃料电池电堆连接的加湿器，空气依次通过加湿器的第一入口、加湿器的第一出口、燃料电池电堆的阴极气体进气口、燃料电池电堆的阴极气体排气口、加湿器的第二入口到达加湿器的第二出口，所述加湿器的第一入口通过阀体与燃料电池电堆的阴极气体进气口连通，所述加湿器的第一出口与燃料电池电堆的阴极气体进气口之间设有阀体，所述燃料电池电堆的阴极气体排气口与加湿器的第二入口之间设有控制器，所述控制器与阀体电气连接，所述控制器包含湿度传感单元。
所述的阀体为三通阀门，所述三通阀门的三端分别连接加湿器的第一入口、加湿器的第一出口和燃料电池电堆的阴极气体进气口，所述三通阀门与控制器电气连接。
所述的三通阀门为L型三通球阀。
所述的阀体为二通阀门，所述加湿器的第一入口通过第一二通阀门与燃料电池电堆的阴极气体进气口连通，所述加湿器的第一出口与燃料电池电堆的阴极气体进气口之间设有第二二通阀门，所述第一二通阀门和第二二通阀门分别与控制器电气连接。
所述的二通阀门为二通调节阀。
所述加湿器的第一入口连接空气滤清器，所述空气滤清器连接空气压缩机。
所述的燃料电池电堆的阴极气体排气口与背压阀连接，所述背压阀与尾排阀连接。
所述的控制器为单片机。
一种使用所述的燃料电池电堆湿度控制系统的湿度控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：控制器的温度传感单元采集阴极气体排气口排出气体的湿度信息；
步骤S2：控制器通过控制阀体实现对进入阴极气体进气口的空气湿度的控制，从而控制燃料电池电堆内部的湿度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
第一入口通过阀体与阴极气体进气口连通，第一出口与阴极气体进气口之间设有阀体，阴极气体排气口与第二入口之间设有控制器，控制器与阀体电气连接，控制器包含湿度传感单元，可实现根据燃料电池电堆的实际工作需求及时准确地对空气湿度进行调节；维持加湿器的含水尾气供给，可稳定保持加湿器的内部状态；通过阀体实现进气配比的调节，响应更迅速；电堆尾气排放无需经过三通阀的调整，尾部排气阻力不变，不会干扰背压阀或尾排阀对电堆气压的控制效果。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明的控制方法流程图；
附图标记：
1为加湿器；2为三通阀门；3为燃料电池电堆；4为控制器；21为第一二通阀门；22为第二二通阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
实施例1
本实施例提供一种燃料电池电堆湿度控制系统，包括与燃料电池电堆3连接的加湿器1，空气依次通过加湿器1的第一入口、加湿器1的第一出口、燃料电池电堆3的阴极气体进气口、燃料电池电堆3的阴极气体排气口、加湿器1的第二入口到达加湿器1的第二出口，加湿器1的第一入口通过阀体与燃料电池电堆3的阴极气体进气口连通，加湿器1的第一出口与燃料电池电堆3的阴极气体进气口之间设有阀体，燃料电池电堆3的阴极气体排气口与加湿器1的第二入口之间设有控制器4，控制器4与阀体电气连接，控制器4包含湿度传感单元；可实现根据燃料电池电堆3的实际工作需求及时准确地对空气湿度进行调节；维持加湿器1的含水尾气供给，可稳定保持加湿器1的内部状态；通过阀体实现进气配比的调节，响应更迅速；电堆尾气排放无需经过三通阀的调整，尾部排气阻力不变，不会干扰背压阀或尾排阀对电堆气压的控制效果。
具体而言：
如图1所示，阀体为三通阀门2，三通阀门2的三端分别连接加湿器1的第一入口、加湿器1的第一出口和燃料电池电堆3的阴极气体进气口，三通阀门2与控制器4电气连接。三通阀门2为L型三通球阀。加湿器1的第一入口连接空气滤清器，空气滤清器连接空气压缩机。燃料电池电堆3的阴极气体排气口与背压阀连接，背压阀与尾排阀连接。控制器4为单片机。
本实施例还提供一种使用所述燃料电池电堆湿度控制系统的湿度控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：控制器4的温度传感单元采集阴极气体排气口排出气体的湿度信息；
步骤S2：控制器4通过控制阀体实现对进入阴极气体进气口的空气湿度的控制，从而控制燃料电池电堆3内部的湿度。
针对不同的运行状态，设定不同的燃料电池电堆湿度目标上限和下限，例如正常运行状态的燃料电池电堆湿度目标上限和下限分别为80％RH和40％RH。
控制流程如图3所示，当湿度传感单元采集的湿度高于目标上限，说明燃料电池电堆3内部湿度太高，控制器4发出信号给阀体，降低气体增湿程度，直到湿度传感单元采集的湿度回到湿度目标上限和下限之间的合适范围之内。当湿度传感单元采集的湿度低于目标下限，说明燃料电池电堆3内部湿度太低，控制器4发出信号给阀体，提高气体增湿程度，直到湿度传感单元采集的湿度回到湿度目标上限和下限之间的合适范围之内。
实施例2
如图2所示，阀体为二通阀门，加湿器1的第一入口通过第一二通阀门21与燃料电池电堆3的阴极气体进气口连通，加湿器1的第一出口与燃料电池电堆3的阴极气体进气口之间设有第二二通阀门22，第一二通阀门21和第二二通阀门22分别与控制器4电气连接。二通阀门为二通调节阀。其余与实施例1相同。
Claims (9)
1.一种燃料电池电堆湿度控制系统，包括与燃料电池电堆(3)连接的加湿器(1)，空气依次通过加湿器(1)的第一入口、加湿器(1)的第一出口、燃料电池电堆(3)的阴极气体进气口、燃料电池电堆(3)的阴极气体排气口、加湿器(1)的第二入口到达加湿器(1)的第二出口，其特征在于，所述加湿器(1)的第一入口通过阀体与燃料电池电堆(3)的阴极气体进气口连通，所述加湿器(1)的第一出口与燃料电池电堆(3)的阴极气体进气口之间设有阀体，所述燃料电池电堆(3)的阴极气体排气口与加湿器(1)的第二入口之间设有控制器(4)，所述控制器(4)与阀体电气连接，所述控制器(4)包含湿度传感单元。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆湿度控制系统，其特征在于，所述的阀体为三通阀门(2)，所述三通阀门(2)的三端分别连接加湿器(1)的第一入口、加湿器(1)的第一出口和燃料电池电堆(3)的阴极气体进气口，所述三通阀门(2)与控制器(4)电气连接。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆湿度控制系统，其特征在于，所述的三通阀门(2)为L型三通球阀。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆湿度控制系统，其特征在于，所述的阀体为二通阀门，所述加湿器(1)的第一入口通过第一二通阀门(21)与燃料电池电堆(3)的阴极气体进气口连通，所述加湿器(1)的第一出口与燃料电池电堆(3)的阴极气体进气口之间设有第二二通阀门(22)，所述第一二通阀门(21)和第二二通阀门(22)分别与控制器(4)电气连接。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池电堆湿度控制系统，其特征在于，所述的二通阀门为二通调节阀。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆湿度控制系统，其特征在于，所述加湿器(1)的第一入口连接空气滤清器，所述空气滤清器连接空气压缩机。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆湿度控制系统，其特征在于，所述的燃料电池电堆(3)的阴极气体排气口与背压阀连接，所述背压阀与尾排阀连接。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆湿度控制系统，其特征在于，所述的控制器(4)为单片机。
9.一种使用权利要求1-8任一所述的燃料电池电堆湿度控制系统的湿度控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1：控制器(4)的温度传感单元采集阴极气体排气口排出气体的湿度信息；
步骤S2：控制器(4)通过控制阀体实现对进入阴极气体进气口的空气湿度的控制，从而控制燃料电池电堆(3)内部的湿度。
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|---|---|---|---|---|
| CN114744246A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-12 | 佛山仙湖实验室 | 一种燃料电池系统及其空气湿度调节方法 |
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2020
- 2020-01-21 CN CN202010071289.1A patent/CN113224351A/zh active Pending
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