CN115498220A - 燃料电池电堆阴极湿度控制装置、方法及燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池电堆阴极湿度控制装置、方法及燃料电池。其中，燃料电池电堆阴极湿度控制装置，包括：电堆、加湿器、控制器和中冷器；中冷器的入口和出口之间设置第一旁通路，加湿器的第一入口与加湿器的第一出口之间设置第二旁通路，电堆的入口出设置温度传感器。通过在中冷器和加湿器各增加旁通路，并通过入堆处的温度传感器和两条旁通路联动，最后在控制器的调控下实现对发动机阴极侧入堆空气湿度的精准调控，减少膜干或膜过湿的出现，从而达到提升燃料电池发动机的性能、寿命及可靠性的目的。

Description

燃料电池电堆阴极湿度控制装置、方法及燃料电池
技术领域
本发明属于新能源技术领域，尤其是涉及一种燃料电池电堆阴极湿度控制装置、方法及燃料电池。
背景技术
目前氢燃料电池功率逐步向上突破，大功率发动机越来越多，当氢燃料电池大功率运行时，对增湿器的增湿要求越来越高，进气湿度过低时，会导致膜电极偏干，进而容易导致串漏，影响发动机的性能和使用寿命；进气湿度过高时，会导致膜电极过湿，可能会导致堵水单低，进而影响发动机的可靠性。
现有技术方案通过加湿器直接对空气路进行加湿，未精准在线调节，从而存在不能对入堆空气湿度的精准调节的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种燃料电池电堆阴极湿度控制装置、方法及燃料电池，至少部分的解决现有技术中存在的不能对入堆空气湿度精准调节问题。
第一方面，本公开实施例提供了一种燃料电池电堆阴极湿度控制装置，包括：电堆、加湿器、控制器和中冷器；
所述中冷器的出口与加湿器的第一入口连通，所述加湿器的第一出口与电堆的入口连通，所述电堆的出口与加湿器的第二入口连通，所述加湿器的第二出口与旁通阀的出口在混排点连通在一起，旁通阀的入口与中冷器的入口连通；
所述中冷器的入口和出口之间设置第一旁通路，所述加湿器的第一入口与加湿器的第一出口之间设置第二旁通路，所述电堆的入口出设置温度传感器；
所述温度传感器的输出端与控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端与第一旁通路上的电磁阀电连接，所述控制器的输出端与第二旁通路上的电磁阀电连接。
可选的，还包括空滤和空压机，所述空滤的出口与空压机的入口连通，所述空压机的出口与中冷器的入口连通。
第二方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池电堆阴极湿度控制方法，应用于第一方面任一所述的装置，
控制器基于接收的温度传感器的温度控制第一旁通路和第二旁通路的开度，从而控制中冷器的空气含量和加湿器对空气的增湿情况。
可选的，所述控制器基于接收的温度传感器的温度控制第一旁通路和第二旁通路的开度，包括：
当温度传感器的温度Tin＜设定温度T1时，控制器增大第一旁通路的开度，减少经过中冷器的空气含量；同时控制器增大第二旁通路的开度，减少加湿器对空气的增湿，防止冷凝水的出现。
可选的，当温度传感器的温度Tin＞设定温度T2时，控制器减小或关闭第一旁通路的开度，从而增大经过中冷器的空气含量，降低入堆空气温度；同时控制器减小或关闭第二旁通路的开度，增大加湿器对空气的增湿，防止膜干。
可选的，设定温度T1为50℃。
可选的，所述设定温度T1的误差为±5℃。
可选的，设定温度T2为75℃。
可选的，所述设定温度T2的误差为±5℃。
第三方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池，包括第二方面任一所述的控制方法。
本发明提供的燃料电池电堆阴极湿度控制装置、方法及燃料电池，其中燃料电池电堆阴极湿度控制装置，通过在中冷器和加湿器各增加旁通路，并通过入堆处的温度传感器和两条旁通路联动，最后在控制器的调控下实现对发动机阴极侧入堆空气湿度的精准调控，减少膜干或膜过湿的出现，从而达到提升燃料电池发动机的性能、寿命及可靠性的目的。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本公开实施例提供的燃料电池电堆阴极湿度控制装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
阴极：燃料电池的空气侧，发生还原反应、接收电子的场所。
平均电压：燃料电池电堆平均单片电压。
单低：燃料电池电堆中的一片或个别片电压明显低于平均电压的现象。
如图1所示，本实施例公开了一种燃料电池电堆阴极湿度控制装置，包括：电堆、加湿器、控制器和中冷器；
所述中冷器的出口与加湿器的第一入口连通，所述加湿器的第一出口与电堆的入口连通，所述电堆的出口与加湿器的第二入口连通，所述加湿器的第二出口与旁通阀的出口在混排点连通在一起，旁通阀的入口与中冷器的入口连通；
所述中冷器的入口和出口之间设置第一旁通路，所述加湿器的第一入口与加湿器的第一出口之间设置第二旁通路，所述电堆的入口出设置温度传感器；
所述温度传感器的输出端与控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端与第一旁通路上的电磁阀电连接，所述控制器的输出端与第二旁通路上的电磁阀电连接。
可选的，还包括空滤和空压机，所述空滤的出口与空压机的入口连通，所述空压机的出口与中冷器的入口连通。
本实施例还公开了一种燃料电池电堆阴极湿度控制方法，应用于本实施例公开的装置，
控制器基于接收的温度传感器的温度控制第一旁通路和第二旁通路的开度，从而控制中冷器的空气含量和加湿器对空气的增湿情况。
可选的，所述控制器基于接收的温度传感器的温度控制第一旁通路和第二旁通路的开度，包括：
当温度传感器的温度Tin＜设定温度T1时，控制器增大第一旁通路的开度，减少经过中冷器的空气含量；同时控制器增大第二旁通路的开度，减少加湿器对空气的增湿，防止冷凝水的出现。
可选的，当温度传感器的温度Tin＞设定温度T2时，控制器减小或关闭第一旁通路的开度，从而增大经过中冷器的空气含量，降低入堆空气温度；同时控制器减小或关闭第二旁通路的开度，增大加湿器对空气的增湿，防止膜干。
可选的，设定温度T1为50℃。
可选的，所述设定温度T1的误差为±5℃。
可选的，设定温度T2为75℃。
可选的，所述设定温度T2的误差为±5℃。
在一个具体的示例中，在中冷器处增加第一旁通路，在加湿器处增加第二旁通路，入堆处增加温度传感器，控制器可以同时调控温度传感器、第一旁通路和第二旁通路。规定空气入堆适宜温度范围为T1≤Tin≤T2之间(T1为50±5℃，T2为75±5℃)，从而保证入堆的相对湿度在适宜范围内，当Tin＜T1时，控制器可以增大第一旁通路的开度，减少经过中冷器的空气含量，此时为了防止冷凝水的出现，同时增大第二旁通路的开度，减少对空气的增湿；当Tin＞T2时，控制器可以减小或关闭第一旁通路的开度，增大经过中冷器的空气含量，从而降低入堆空气温度，此时为了防止膜干的出现，同时减小或关闭第二旁通路的开度，增大对空气的增湿。旁通路的开度通过其上设置的电磁阀进行控制来实现。
本实施例还公开了一种燃料电池，包括本实施例公开的控制方法。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC(即A和B和C)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆阴极湿度控制装置，其特征在于，包括：电堆、加湿器、控制器和中冷器；
所述中冷器的出口与加湿器的第一入口连通，所述加湿器的第一出口与电堆的入口连通，所述电堆的出口与加湿器的第二入口连通，所述加湿器的第二出口与旁通阀的出口在混排点连通在一起，旁通阀的入口与中冷器的入口连通；
所述中冷器的入口和出口之间设置第一旁通路，所述加湿器的第一入口与加湿器的第一出口之间设置第二旁通路，所述电堆的入口出设置温度传感器；
所述温度传感器的输出端与控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端与第一旁通路上的电磁阀电连接，所述控制器的输出端与第二旁通路上的电磁阀电连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆阴极湿度控制装置，其特征在于，还包括空滤和空压机，所述空滤的出口与空压机的入口连通，所述空压机的出口与中冷器的入口连通。
3.一种燃料电池电堆阴极湿度控制方法，应用于权利要求1至2任一所述的装置，其特征在于，
控制器基于接收的温度传感器的温度控制第一旁通路和第二旁通路的开度，从而控制中冷器的空气含量和加湿器对空气的增湿情况。
4.根据权利要求3所述的燃料电池电堆阴极湿度控制方法，其特征在于，所述控制器基于接收的温度传感器的温度控制第一旁通路和第二旁通路的开度，包括：
当温度传感器的温度Tin＜设定温度T1时，控制器增大第一旁通路的开度，减少经过中冷器的空气含量；同时控制器增大第二旁通路的开度，减少加湿器对空气的增湿，防止冷凝水的出现。
5.根据权利要求3所述的燃料电池电堆阴极湿度控制方法，其特征在于，当温度传感器的温度Tin＞设定温度T2时，控制器减小或关闭第一旁通路的开度，从而增大经过中冷器的空气含量，降低入堆空气温度；同时控制器减小或关闭第二旁通路的开度，增大加湿器对空气的增湿，防止膜干。
6.根据权利要求3所述的燃料电池电堆阴极湿度控制方法，其特征在于，设定温度T1为50℃。
7.根据权利要求6所述的燃料电池电堆阴极湿度控制方法，其特征在于，所述设定温度T1的误差为±5℃。
8.根据权利要求3所述的燃料电池电堆阴极湿度控制方法，其特征在于，设定温度T2为75℃。
9.根据权利要求8所述的燃料电池电堆阴极湿度控制方法，其特征在于，所述设定温度T2的误差为±5℃。
10.一种燃料电池，其特征在于，包括：权利要求3至9任一所述的控制方法。
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