CN113991142B - 风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法及装置，燃料电池系统包括分离设置的空气供给流道和冷却流道，方法包括以下步骤：在燃料电池启动后，获取燃料电池的实际工作温度；判断实际工作温度是否处于额定工作温度区间；如果未处于实际工作温度区间，则将冷却风扇的转速调整为目标冷却转速，以调整冷却流道的空气流实现燃料电池温度的调控，并将进气风扇的转速调整为目标进气转速，以调整空气供给流道的空气流量实现燃料电池湿度的调控。该方法通过将空气供给流道和冷却流道分离，分别通过调节进气风扇和冷却风扇实现燃料电池流量、湿度控制和温度控制的分离，以更好地维持燃料电池的工作状态。

Description

风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法及装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法及装置。

背景技术

目前低功率单风机风冷质子交换膜燃料电池阴极空气供给流道与冷却流道共用，导致燃料电池的湿度控制和温度控制相互影响，具体地：在干热的环境中，燃料电池工作温度过高时，需要增大空气流量以降低温度，同时由于燃料电池工作湿度过低，需要降低空气流量以提高湿度；在湿冷的环境中，燃料电池工作温度过低时，需要降低空气流量以提高温度，同时由于燃料电池工作湿度过高，需要提高空气流量以降低湿度。

因此，相关技术中的控制方式不利于燃料电池的温度和湿度保持在合理的范围内，亟待解决。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法，该方法通过将空气供给流道和冷却流道分离，分别通过调节进气风扇和冷却风扇实现燃料电池流量、湿度控制和温度控制的分离，以更好地维持燃料电池的工作状态。

本发明的另一个目的在于提出一种风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法，所述燃料电池系统包括分离设置的空气供给流道和冷却流道，所述方法包括以下步骤：在燃料电池启动后，获取所述燃料电池的实际工作温度；判断所述实际工作温度是否处于额定工作温度区间；如果未处于所述实际工作温度区间，则将冷却风扇的转速调整为目标冷却转速，以调整所述冷却流道的空气流实现所述燃料电池温度的调控，并将进气风扇的转速调整为目标进气转速，以调整所述空气供给流道的空气流量实现所述燃料电池湿度的调控。

本发明实施例的风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法，通过将燃料电池的冷却流道和空气供给流道分开，分别控制燃料电池的温度和湿度，实现燃料电池反应空气供给和热管理空气供给的解耦，更好地控制燃料电池的工作状况；并可以将燃料电池的散热单独控制，可以适当增大散热以满足更高功率的燃料电池的使用。

另外，根据本发明上述实施例的风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述将冷却风扇的转速调整为目标冷却转速，以调整所述冷却流道的空气流实现所述燃料电池温度的调控，包括：若所述实际工作温度小于所述额定工作温度区间的最小值，则通过第一目标冷却转速控制所述冷却风扇降低所述冷却流道的空气流量，以将所述实际工作温度提高至所述额定工作温度区间内；若所述实际工作温度大于所述额定工作温度区间的最大值，则通过第二目标冷却转速控制所述冷却风扇提高所述空气供给流道的空气流量，以将所述实际工作温度降低至所述额定工作温度区间内。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一目标冷却转速＝α₁r₁₁，α₁的取值范围为75％-95％；所述第二目标冷却转速＝β₁r₁₁，β₁的取值范围为105％-125％；其中，r₁₁为所述燃料电池处于额定工作温度区间时所述冷却风扇的转速，P_e为所述燃料电池的电功率，V_C为所述燃料电池的电压，c_p为空气的比热容，ΔT为所述燃料电池的实际温度与环境温度的差值，q₁为所述冷却风扇每圈提供的空气量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述将进气风扇的转速调整为目标进气转速，以调整所述空气供给流道的空气流量实现所述燃料电池湿度的调控，包括：若所述实际工作温度小于所述额定工作温度区间的最小值，则通过第一目标进气转速控制所述进气风扇提高所述冷却流道的空气流量，以将实际工作湿度降低至额定湿度工作区间内；若所述实际工作温度大于所述额定工作温度区间的最大值，则通过第二目标进气转速控制所述进气风扇降低所述空气供给流道的空气流量，以将所述实际工作湿度提高至所述额定湿度工作区间内。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一目标进气转速＝α₂r₁₂，α₂的取值范围为105％-125％；所述第二目标进气转速＝β₂r₁₂，β₂的取值范围为75％-95％；其中，r₁₂为所述燃料电池处于额定工作温度区间时所述进气风扇的转速，λ为所述进气风扇供给空气的空气计量数，取值范围为1.5-4，/>p为所述燃料电池所处当前位置的大气压，/>为所述燃料电池工作时的相对湿度，P_Sat为所述额定工作温度区间内温度T₀对应的水蒸气饱和蒸汽压，q₂为所述进气风扇每圈提供的空气量，P_e为所述燃料电池的电功率，V_C为所述燃料电池的电压。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置，所述燃料电池系统包括分离设置的空气供给流道和冷却流道，所述装置包括：获取模块，用于在燃料电池启动后，获取所述燃料电池的实际工作温度；判断模块，用于判断所述实际工作温度是否处于额定工作温度区间；调控模块，用于如果未处于所述实际工作温度区间，则将冷却风扇的转速调整为目标冷却转速，以调整所述冷却流道的空气流实现所述燃料电池温度的调控，并将进气风扇的转速调整为目标进气转速，以调整所述空气供给流道的空气流量实现所述燃料电池湿度的调控。

本发明实施例的风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置，通过将燃料电池的冷却流道和空气供给流道分开，分别控制燃料电池的温度和湿度，实现燃料电池反应空气供给和热管理空气供给的解耦，更好地控制燃料电池的工作状况；并可以将燃料电池的散热单独控制，可以适当增大散热以满足更高功率的燃料电池的使用。

另外，根据本发明上述实施例的风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述调控模块进一步用于若所述实际工作温度小于所述额定工作温度区间的最小值，则通过第一目标冷却转速控制所述冷却风扇降低所述冷却流道的空气流量，以将所述实际工作温度提高至所述额定工作温度区间内；若所述实际工作温度大于所述额定工作温度区间的最大值，则通过第二目标冷却转速控制所述冷却风扇提高所述空气供给流道的空气流量，以将所述实际工作温度降低至所述额定工作温度区间内。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一目标冷却转速＝α₁r₁₁，α₁的取值范围为75％-95％；所述第二目标冷却转速＝β₁r₁₁，β₁的取值范围为105％-125％；其中，r₁₁为所述燃料电池处于额定工作温度区间时所述冷却风扇的转速，P_e为所述燃料电池的电功率，V_C为所述燃料电池的电压，c_p为空气的比热容，ΔT为所述燃料电池的实际温度与环境温度的差值，q₁为所述冷却风扇每圈提供的空气量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述调控模块进一步用于若所述实际工作温度小于所述额定工作温度区间的最小值，则通过第一目标进气转速控制所述进气风扇提高所述冷却流道的空气流量，以将实际工作湿度降低至额定湿度工作区间内；若所述实际工作温度大于所述额定工作温度区间的最大值，则通过第二目标进气转速控制所述进气风扇降低所述空气供给流道的空气流量，以将所述实际工作湿度提高至所述额定湿度工作区间内。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一目标进气转速＝α₂r₁₂，α₂的取值范围为105％-125％；所述第二目标进气转速＝β₂r₁₂，β₂的取值范围为75％-95％；其中，r₁₂为所述燃料电池处于额定工作温度区间时所述进气风扇的转速，λ为所述进气风扇供给空气的空气计量数，取值范围为1.5-4，/>p为所述燃料电池所处当前位置的大气压，/>为所述燃料电池工作时的相对湿度，P_Sat为所述额定工作温度区内温度T₀对应的水蒸气饱和蒸汽压，q₂为所述进气风扇每圈提供的空气量，P_e为所述燃料电池的电功率，V_C为所述燃料电池的电压。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图l为根据本发明一个实施例的燃料电池系统的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的燃料电池阴极阳极示意图；

图3为根据本发明一个实施例的风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法的流程图；

图4为根据本发明一个具体实施例的风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法的流程图；

图5为根据本发明一个实施例的风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

温度控制：燃料电池的工作效率约为50％，这意味着燃料电池在工作中会产生大量的热。电池温度是影响质子交换膜燃料电池工作性能的重要参数之一，较低的电池温度会降低传质速率和催化剂活性，增加欧姆阻抗，使电化学反应速率和电池性能下降；温度过低影响电池内部的水排出，易发生电极淹没。电池温度升高时，反应物的扩散速率加快，降低极化电位和欧姆阻抗，提高电池的工作性能，一般质子交换膜燃料电池的最佳工作温度为50-80℃。过高的电池温度会加快质子交换膜的水分流失，造成膜收缩脱水甚至破裂，使反应无法正常进行。通过调控冷却风扇的转速，保证燃料电池产生的热量及时散出，保证燃料电池的正常工作。

湿度控制：质子交换膜的活性与内部温、湿度环境有关，质子交换膜中的含水量较少，质子在通过时就不能形成水合分子，造成电池的内阻升高，电池发电性能降低；膜内含水量较高，会引起电解质被淹没，并导致与其相连的电极或气体扩散层中的孔道被水堵塞。过于干燥的环境对膜的损害会非常大，为使反应正常工作，质子交换膜的相对湿度应控制在合适范围。燃料电池正常运行时，出口处蒸汽压力主要取决于空气计量数，可以通过调节阴极空气流速调节燃料电池出口处湿度。

为此，本发明实施例提出了一种风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法及装置，实现了燃料电池的启动控制、燃料电池温度和湿度的调节。其中，如图l所示，燃料电池系统包括燃料电池1、温度传感2、进气风扇3、冷却风4、第一开关5、控制装置6、启动电池7、负载8、第二开关9、第三开关10和第四开关11，并具有分离设置的空气供给流道和冷却流道。其中，燃料电池阴极阳极的气体进出口如图2所示。

需要说明的是，本发明实施例中可以将蓄电池作为启动电池7，以用于燃料电池1的启动，其中，燃料电池1的启动控制具体如下：

通过控制第一至第四开关的通断控制蓄电池的供电、充电和燃料电池的启动。当燃料电池启动时，通过第四开关使蓄电池与燃料电池的风扇等设备相连，蓄电池供电使燃料电池正常运行，当满足燃料电池的正常工作条件后断开蓄电池的供电，由燃料电池供电带动系统工作；燃料电池工作中，检测蓄电池的电压，若蓄电池电压低于额定电压，蓄电池电量不足时由燃料电池向蓄电池充电，蓄电池电量充足时断开第三开关，断开蓄电池和燃料电池的连接。

下面将参照附图描述根据本发明实施例提出的风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法。

图3是本发明一个实施例的风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法的流程图。

如图3所示，该风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法包括以下步骤：

在步骤S101中，在燃料电池启动后，获取燃料电池的实际工作温度。

其中，本发明实施例可以通过温度传感器检测燃料电池的实际工作温度。

在步骤S102中，判断实际工作温度是否处于额定工作温度区间。

其中，额定温度工作区间为燃料电池正常工作时的温度范围，可以根据燃料电池进行具体标定。如果实际工作温度T满足公式：T₀-ΔT₁＜T＜T₀-ΔT₂，则处于额定工作温度区间内，如果不满足，则未处于实际工作温度区间内。

在步骤S103中，如果未处于实际工作温度区间，则将冷却风扇的转速调整为目标冷却转速，以调整冷却流道的空气流实现燃料电池温度的调控，并将进气风扇的转速调整为目标进气转速，以调整空气供给流道的空气流量实现燃料电池湿度的调控。

可以理解的是，本发明实施例可以通过控制冷却风扇的转速控制燃料电池的工作温度，并通过控制进气风扇的转速控制燃料电池的工作湿度，简单有效的实现湿度与温度的控制；另外，相比较相关技术中低功率风冷式燃料电池进气流道和冷却流道为一条流道，温度控制和湿度控制相互制约的方案，本发明实施例通过进气流道和冷却流道的分别控制，可以更好地控制燃料电池的温度和湿度变化，实现温度控制和湿度控制的解耦，且由于温度控制和湿度控制的解耦，因此可以使得冷却风扇可以提供更大的散热空气流量以提高燃料电池的散热量，使得其可选用更大功率的燃料电池，有效提高燃料电池可选功率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，将冷却风扇的转速调整为目标冷却转速，以调整冷却流道的空气流实现燃料电池温度的调控，包括：若实际工作温度小于额定温度工作区间的最小值，则通过第一目标冷却转速控制冷却风扇降低冷却流道的空气流量，以将实际工作温度提高至额定温度工作区间内；若实际工作温度大于额定温度工作区间的最大值，则通过第二目标冷却转速控制冷却风扇提高空气供给流道的空气流量，以将实际工作温度降低至额定温度工作区间内。其中，第一目标冷却转速＝α₁r₁₁，α₁的取值范围为75％-95％；第二目标冷却转速＝β₁r₁₁，β₁的取值范围为105％-125％。

具体而言，本发明实施例可以通过调节冷却风扇的转速将燃料电池的温度控制在合理的范围内，燃料电池的冷却控制如下：

通过公式计算冷却风扇基准转速单位为r/min，其中，P_e为燃料电池电功率，单位为W；V_C为燃料电池电压，单位为V；c_p为空气的比热容，单位为J·kg^-1·K^-1；ΔT为温度变化，即燃料电池温度与所处位置实际温度的差值，单位为K；q₁为冷却风扇每转一圈的提供空气量，由风扇自身参数决定，单位为kg/r；r₁₁为冷却风扇转速，单位为r/min，若燃料电池的温度在额定工作温度区间内，即T₀-ΔT₁＜T＜T₀+ΔT₂时，将基准转速作为冷却风扇的转速输出，即r₁＝r₁₁。式中，T₀为燃料电池工作的最佳温度，ΔT₁为燃料电池工作的最佳温度与标定燃料电池工作温度范围最小值之差，ΔT₂为标定燃料电池工作温度范围最大值与燃料电池工作的最佳温度之差。若燃料电池的温度小于额定工作温度区间的最小值T₀-ΔT₁，减小冷却风扇转速，使温度适当增加，使其回到正常范围内，即r₁＝α₁r₁₁，α₁可取75％-95％；若燃料电池的温度大于温度范围的最大值T₀+ΔT₂，提高冷却风扇转速，使温度适当降低，使其回到正常范围内，即r₁＝β₁r₁₁，β₁可取105％-125％，达到控制燃料电池温度的目的。

进一步地，在本发明的一个实施例中，将进气风扇的转速调整为目标进气转速，以调整空气供给流道的空气流量实现燃料电池湿度的调控，包括：若实际工作温度小于额定温度工作区间的最小值，则通过第一目标进气转速控制进气风扇提高冷却流道的空气流量，以将实际工作湿度降低至额定湿度工作区间内；若实际工作温度大于额定温度工作区间的最大值，则通过第二目标进气转速控制进气风扇降低空气供给流道的空气流量，以将实际工作湿度提高至额定湿度工作区间内。其中，第一目标进气转速＝α₂r₁₂，α₂的取值范围为105％-125％；第二目标进气转速＝β₂r₁₂，β₂的取值范围为75％-95％。

具体而言，燃料电池湿度控制分为燃料电池启动时和正常工作时两种工作情况，具体如下：

燃料电池启动时，进气风扇的初始转速由确定，转速单位为r/min，其中，λ为供给空气的空气计量数，由此确定进气风扇的转速，初始时取λ的值为1.5-2；q₂为进气风扇每转一圈的提供空气量，由风扇自身参数决定，单位为kg/r；P_e为燃料电池电功率，由燃料电池自身参数确定，单位为W；V_c为燃料电池电压，由燃料电池自身参数确定，单位为V。

需要说明的是，若燃料电池的温度达到标定的适宜工作温度，可设置重新设置进气风扇和冷却风扇的转速。

本发明实施例可以通过调节进气风扇的转速将燃料电池的湿度控制在合理的范围内。通过公式计算进气风扇基准转速单位为r/min，其中，λ为供给空气的空气计量数，由此确定进气风扇的转速，通过/>确定λ，通常在1.5-4之间；p为空气总压力，即所在位置的大气压，单位为kPa；/>为燃料电池工作时的相对湿度，由燃料电池实际产品标定；P_Sat为T₀对应温度的水蒸气饱和蒸汽压；q₂为进气风扇每转一圈的提供空气量，由进气风扇自身参数决定，单位为kg/r；P_e为燃料电池电功率，由燃料电池自身参数确定，W；V_c为燃料电池电压，由燃料电池自身参数确定，若燃料电池的工作温度在合理的范围内，将基准转速作为进气风扇的转速输出，即r₂＝r₁₂。若燃料电池的温度小于正常工作温度范围的最小值，由于饱和蒸汽压减小，燃料电池工作的相对湿度增大，增大进气风扇转速，使湿度适当减小，使其回到正常范围内，即r₂＝α₂r₁₂，α₂可取105％-125％；若燃料电池的温度大于正常工作温度范围的最大值，由于饱和蒸汽压增大，燃料电池工作的相对湿度减小，降低进气风扇转速，使湿度适当提高，使其回到正常范围内，即r₂＝β₂r₁₂，β₂可取75％-95％，达到控制燃料电池湿度的目的。

下面将通过一个具体实施例对风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法进行阐述，如图4所示，具体如下：

(1)闭合燃料电池系统的第四开关，通过启动电池进行供电，以使得进气风扇在转速r₁₂进行工作，带动燃料电池启动；

(2)判断燃料电池的实际工作温度是否大于预设工作温度T₀，其中，预设工作温度T₀处于额定工作温度区间内，可以进行标定；

(3)如果没有大于预设工作温度T₀，则继续控制进气风扇工作带动燃料电池启动；如果大于预设工作温度T₀，则控制燃料电池系统的第四开关断开、第一开关和第二开关闭合，由燃料电池供电；

(4)在燃料电池供电期间，判断实际工作温度是否小于额定工作温度区间的最小温度T₀-ΔT₁，如果是，则令r₁＝α₁r₁₁，r₂＝α₂r₁₂；如果否，则判断实际工作温度是否大于额定工作温度区间的最大温度T₀+ΔT₂，如果大于，则令r₁＝β₁r₁₁，r₂＝β₂r₁₂；如果处于额定工作温度区间内，则令r₁＝r₁₁，r₂＝r₁₂；

(5)将r₁作为冷却风扇的转速输出，将r₂作为进气风扇的转速输出，从而实现了燃料电池的启动控制、燃料电池温度和湿度的调节。

根据本发明实施例提出的风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法，通过将燃料电池的冷却流道和空气供给流道分开，分别控制燃料电池的温度和湿度，实现燃料电池反应空气供给和热管理空气供给的解耦，更好地控制燃料电池的工作状况；并可以将燃料电池的散热单独控制，可以适当增大散热以满足更高功率的燃料电池的使用。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置。

图5是本发明一个实施例的风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置的方框示意图。

其中，燃料电池系统包括分离设置的空气供给流道和冷却流道，如图5所示，该风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置100包括：获取模块110、判断模块120和调控模块130。

其中，获取模块110用于在燃料电池启动后，获取燃料电池的实际工作温度；判断模块120用于判断实际工作温度是否处于额定工作温度区间；调控模块130用于如果未处于实际工作温度区间，则将冷却风扇的转速调整为目标冷却转速，以调整冷却流道的空气流实现燃料电池温度的调控，并将进气风扇的转速调整为目标进气转速，以调整空气供给流道的空气流量实现燃料电池湿度的调控。

进一步地，在本发明的一个实施例中，调控模块130进一步用于若实际工作温度小于额定温度工作区间的最小值，则通过第一目标冷却转速控制冷却风扇降低冷却流道的空气流量，以将实际工作温度提高至额定温度工作区间内；若实际工作温度大于额定温度工作区间的最大值，则通过第二目标冷却转速控制冷却风扇提高空气供给流道的空气流量，以将实际工作温度降低至额定温度工作区间内。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一目标冷却转速＝α₁r₁₁，α₁的取值范围为75％-95％；第二目标冷却转速＝β₁r₁₁，β₁的取值范围为105％-125％；其中， r₁₁为燃料电池处于额定工作温度区间时冷却风扇的转速，P_e为燃料电池的电功率，V_C为燃料电池的电压，c_p为空气的比热容，ΔT为燃料电池的实际温度与环境温度的差值，q₁为冷却风扇每圈提供的空气量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，调控模块130进一步用于若实际工作温度小于额定温度工作区间的最小值，则通过第一目标进气转速控制进气风扇提高冷却流道的空气流量，以将实际工作湿度降低至额定湿度工作区间内；若实际工作温度大于额定温度工作区间的最大值，则通过第二目标进气转速控制进气风扇降低空气供给流道的空气流量，以将实际工作湿度提高至额定湿度工作区间内。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一目标进气转速＝α₂r₁₂，α₂的取值范围为105％-125％；第二目标进气转速＝β₂r₁₂，β₂的取值范围为75％-95％；其中， r₁₂为燃料电池处于额定工作温度区间时进气风扇的转速，λ为进气风扇供给空气的空气计量数，取值范围为1.5-4，/>p为燃料电池所处当前位置的大气压，/>为燃料电池工作时的相对湿度，P_Sat为额定工作温度区内温度T₀对应的水蒸气饱和蒸汽压，q₂为进气风扇每圈提供的空气量，P_e为燃料电池的电功率，V_C为燃料电池的电压。

需要说明的是，前述对风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法实施例的解释说明也适用于该实施例的风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置，通过将燃料电池的冷却流道和空气供给流道分开，分别控制燃料电池的温度和湿度，实现燃料电池反应空气供给和热管理空气供给的解耦，更好地控制燃料电池的工作状况；并可以将燃料电池的散热单独控制，可以适当增大散热以满足更高功率的燃料电池的使用。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种风冷式燃料电池系统的温湿度调控方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括分离设置的空气供给流道和冷却流道，所述方法包括以下步骤：

在燃料电池启动后，获取所述燃料电池的实际工作温度；

判断所述实际工作温度是否处于额定工作温度区间；以及

如果未处于所述实际工作温度区间，则将冷却风扇的转速调整为目标冷却转速，以调整所述冷却流道的空气流实现所述燃料电池温度的调控，并将进气风扇的转速调整为目标进气转速，以调整所述空气供给流道的空气流量实现所述燃料电池湿度的调控；

所述将进气风扇的转速调整为目标进气转速，以调整所述空气供给流道的空气流量实现所述燃料电池湿度的调控，包括：

若所述实际工作温度小于所述额定工作温度区间的最小值，则通过第一目标进气转速控制所述进气风扇提高所述冷却流道的空气流量，以将实际工作湿度降低至额定湿度工作区间内；

若所述实际工作温度大于所述额定工作温度区间的最大值，则通过第二目标进气转速控制所述进气风扇降低所述空气供给流道的空气流量，以将所述实际工作湿度提高至所述额定湿度工作区间内；

所述第一目标进气转速＝α₂r₁₂，α₂的取值范围为105％-125％；

所述第二目标进气转速＝β₂r₁₂，β₂的取值范围为75％-95％；

其中，r₁₂为所述燃料电池处于额定工作温度区间时所述进气风扇的转速，λ为所述进气风扇供给空气的空气计量数，取值范围为1.5-4，/>p为所述燃料电池所处当前位置的大气压，/>为所述燃料电池工作时的相对湿度，P_Sat为所述额定工作温度区间内温度T₀对应的水蒸气饱和蒸汽压，q₂为所述进气风扇每圈提供的空气量，P_e为所述燃料电池的电功率，V_C为所述燃料电池的电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将冷却风扇的转速调整为目标冷却转速，以调整所述冷却流道的空气流实现所述燃料电池温度的调控，包括：

若所述实际工作温度小于所述额定工作温度区间的最小值，则通过第一目标冷却转速控制所述冷却风扇降低所述冷却流道的空气流量，以将所述实际工作温度提高至所述额定工作温度区间内；

若所述实际工作温度大于所述额定工作温度区间的最大值，则通过第二目标冷却转速控制所述冷却风扇提高所述空气供给流道的空气流量，以将所述实际工作温度降低至所述额定工作温度区间内。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述第一目标冷却转速＝α₁r₁₁，α₁的取值范围为75％-95％；

所述第二目标冷却转速＝β₁r₁₁，β₁的取值范围为105％-125％；

其中，r₁₁为所述燃料电池处于额定工作温度区间时所述冷却风扇的转速，P_e为所述燃料电池的电功率，V_C为所述燃料电池的电压，c_p为空气的比热容，ΔT为所述燃料电池的实际温度与环境温度的差值，q₁为所述冷却风扇每圈提供的空气量。

4.一种风冷式燃料电池系统的温湿度调控装置，其特征在于，所述燃料电池系统包括分离设置的空气供给流道和冷却流道，所述装置包括：

获取模块，用于在燃料电池启动后，获取所述燃料电池的实际工作温度；

判断模块，用于判断所述实际工作温度是否处于额定工作温度区间；以及

调控模块，用于如果未处于所述实际工作温度区间，则将冷却风扇的转速调整为目标冷却转速，以调整所述冷却流道的空气流实现所述燃料电池温度的调控，并将进气风扇的转速调整为目标进气转速，以调整所述空气供给流道的空气流量实现所述燃料电池湿度的调控；

所述调控模块进一步用于若所述实际工作温度小于所述额定工作温度区间的最小值，则通过第一目标进气转速控制所述进气风扇提高所述冷却流道的空气流量，以将实际工作湿度降低至额定湿度工作区间内；若所述实际工作温度大于所述额定工作温度区间的最大值，则通过第二目标进气转速控制所述进气风扇降低所述空气供给流道的空气流量，以将所述实际工作湿度提高至所述额定湿度工作区间内；

所述第一目标进气转速＝α₂r₁₂，α₂的取值范围为105％-125％；

所述第二目标进气转速＝β₂r₁₂，β₂的取值范围为75％-95％；

其中，r₁₂为所述燃料电池处于额定工作温度区间时所述进气风扇的转速，λ为所述进气风扇供给空气的空气计量数，取值范围为1.5-4，/>p为所述燃料电池所处当前位置的大气压，/>为所述燃料电池工作时的相对湿度，P_Sat为所述额定工作温度区间内温度T₀对应的水蒸气饱和蒸汽压，q₂为所述进气风扇每圈提供的空气量，P_e为所述燃料电池的电功率，V_C为所述燃料电池的电压。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述调控模块进一步用于若所述实际工作温度小于所述额定工作温度区间的最小值，则通过第一目标冷却转速控制所述冷却风扇降低所述冷却流道的空气流量，以将所述实际工作温度提高至所述额定工作温度区间内；若所述实际工作温度大于所述额定工作温度区间的最大值，则通过第二目标冷却转速控制所述冷却风扇提高所述空气供给流道的空气流量，以将所述实际工作温度降低至所述额定工作温度区间内。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述第一目标冷却转速＝α₁r₁₁，α₁的取值范围为75％-95％；

所述第二目标冷却转速＝β₁r₁₁，β₁的取值范围为105％-125％；

其中，r₁₁为所述燃料电池处于额定工作温度区间时所述冷却风扇的转速，P_e为所述燃料电池的电功率，V_C为所述燃料电池的电压，c_p为空气的比热容，ΔT为所述燃料电池的实际温度与环境温度的差值，q₁为所述冷却风扇每圈提供的空气量。