CN116247253A - 一种燃料电池系统的温湿度调控方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池系统的温湿度调控方法及系统，所述温湿度调控方法包括：获取当前燃料电池的进堆空气的目标调整温度Tm和目标调整湿度Hm；获取出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度TC和实时湿度Hu；调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温和/或调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例，以使第一温差|TX|≤5℃、第一湿度差|HX|≤20％。本发明还公开了一种燃料电池系统的温湿度调控系统，可对进堆空气进行温度和湿度的主动调节，以满足不同工况燃料电池对进堆空气的要求。

Description

一种燃料电池系统的温湿度调控方法及系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池系统的温湿度调控方法及系统。
背景技术
燃料电池发动机或者发电装置一般有中冷器和增湿器给进气的空气分别进行冷却和增湿，从而使进入燃料电池的空气温度和湿度参数符合要求。燃料电池发动机或者发电装置，一般由空压机提供一定空气，在一定压力情况下，空压机出口流量越大，温度就越高；燃料电池发动机或者发电装置中一般使用中冷器和增湿器进行空气温度和湿度调节，不同的电流情况下，进入燃料电池的空气流量不一样。
目前，用于这种场景的中冷器和增湿器，一般无法主动进行温度和湿度调节，这就会导致进入燃料电池的空气温度和湿度无法在任何工况下都符合燃料电池的需求。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统的温湿度调控方法及系统，以解决现有技术中中冷器和增湿器无法主动对进入燃料电池的空气进行温度和湿度调节的技术问题。
为解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种燃料电池系统的温湿度调控方法，所述温湿度调控方法包括：
S100：获取当前燃料电池的进堆空气的目标调整温度Tm和目标调整湿度Hm；
S200：获取出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度TC和实时湿度Hu；
S300：调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温和/或调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例，以使第一温差TX≤5℃、第一湿度差HX≤20％；其中，TX＝Tm-TC，Hx＝Hm-Hu。
进一步的，还包括：
S400：获取进所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的第一进气实时温度TI，并计算第二温差TQ＝Tm-TI；
S500：判断所述第二温差TQ的大小，并调整所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水温，以使出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的出气温度接近所述目标调整温度Tm。
进一步的，在步骤S300当中，所述调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温具体包括：调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的进水口处的进水流量调节阀的开度。
可选的，在步骤S300当中，所述调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温具体包括：开启或关闭加热器以调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温。
可选的，在步骤S300当中，所述调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温具体包括：开启或关闭换热器以调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温。
进一步的，在步骤S300当中，所述调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例具体包括：调节不同的进气区域的的入气口处的进气流量调节阀的开度。
进一步的，在步骤S500当中，所述判断所述第二温差TQ的大小，并调整所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水温具体包括步骤：
S510：若TQ＞0，则调大所述燃料电池进气温湿度调节装置的进水口处的进水流量调节阀的开度，以增大燃料电池流向所述燃料电池进气温湿度调节装置的水流量，使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水升温；
S520：若TQ＜0，则调小所述燃料电池进气温湿度调节装置的进水口处的进水流量调节阀的开度，以降低燃料电池流向所述燃料电池进气温湿度调节装置的水流量，使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水降温；
S530：调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的出水口处的出水流量调节阀的开度，以调整所述燃料电池进气温湿度调节装置内的液位值，使所述液位值与目标液位的液位误差在设定范围内。
进一步的，步骤S300具体包括步骤：
当所述第一温差TX≥2℃时，执行步骤：
使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水升温，以提高出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的出气温度；
当所述第一温差TX≤-2℃时，执行步骤：
使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水降温，以降低出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的出气温度；
当所述第一湿度差HX≥5％时，执行步骤：
调节增湿度高的所述进气区域和增湿度低的所述进气区域的进气比例，使得增湿度高的所述进气区域的进气占比提高，而增湿度低的所述进气区域的进气占比降低；
当所述第一湿度差HX≤-5％时，执行步骤：
调节增湿度高的所述进气区域和增湿度低的所述进气区域的进气比例，使得增湿度高的所述进气区域的进气占比降低，而增湿度低的所述进气区域的进气占比提高。
本发明的第二目的在于提供一种燃料电池系统的温湿度调控系统，包括：燃料电池、空气系统和用于执行上述所述的燃料电池系统的温湿度调控方法的控制器；其中，所述空气系统包括空压机和燃料电池进气温湿度调节装置；所述燃料电池进气温湿度调节装置包括：用于存放液体的箱体和至少两个进气管；每个所述进气管的出气端均伸入到所述箱体内，且至少两个所述进气管的出气端与液体液面的距离不同；每个所述进气管的进气端设有进气流量调节阀；所述箱体设有出气口、进水口和出水口；所述出气口高于液体液面，所述出水口低于液体液面；
所述空压机的排气口与所述进气管相连通，所述出气口通过出气管与所述燃料电池的空气进口相连通；所述燃料电池的排水管路与所述进水口相连通；所述出气管上设有出气气体温度传感器和出气气体湿度传感器。
进一步的，所述出气管上设有空气流量计。
进一步的，所述进水口处连接有进水管，所述进水管上设有进水温度传感器和/或进水流量调节阀。
进一步的，所述进水管上设有进水流量计。
进一步的，所述箱体内设有箱内水温度传感器。
进一步的，所述出水口处连接有出水管，所述出水管上设有出水流量调节阀和/或出水流量计。
进一步的，每个所述进气管的出气端由多个相互独立的子出气孔构成，每一所述子出气孔与所述进气管的进气端连通。
进一步的，所述出水口与所述排水管路的进水端连通。
进一步的，所述燃料电池进气温湿度调节装置的出水口连通外环境。
进一步的，所述控制器包括：
获取单元，用于获取当前燃料电池的进堆空气的目标调整温度Tm和目标调整湿度Hm；还用于获取出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度TC和实时湿度Hu；
计算单元，用于根据所述目标调整温度Tm和所述目标调整湿度Hm与出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度TC和实时湿度Hu，确定第一温差TX和第一湿度差Hx，其中，TX＝Tm-TC，Hx＝Hm-Hu；
调节单元，用于调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温和/或调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例，以使第一温差TX≤5℃、第一湿度差HX≤20％。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本申请所述的燃料电池系统的温湿度调控方法，通过获取燃料电池的进堆空气的目标调整温度和目标调整湿度，再获取出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度和实时湿度，计算第一温差和第一湿度差以主动调节燃料电池进气温湿度调节装置的水温和调节燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例。其中燃料电池进气温湿度调节装置内的液体来对进气管进来的空气进行增湿，通过调节进入不同进气管的进气流量来调节对气体的增湿程度，达到调节出气口的出气湿度的目的；同时，该调控方法可对进入燃料电池的气体进行温度和湿度的主动调节，以满足不同工况下燃料电池对进入其的空气的温湿度要求，可广泛用于储能电站、燃料电池汽车、工业其他增湿等行业。
2、本发明中进气管的出气端设有多个子出气孔，使得出气更为分散，增加了气体与液体的接触面积，加湿换热效果更为优异。
3、本发明中箱体内置加热器和/或换热器，使得燃料电池进气温湿度调节装置满足低温环境(如-30℃及以下)下，对水进行加温，从而实现流经水的空气的升温，以满足空气进燃料电池的进堆温度需求，保护燃料电池，延长其使用寿命。
4、本发明中用于执行燃料电池系统的温湿度调控方法的控制器具有获取、计算、调节单元，可对进入燃料电池的空气进行温度和湿度的主动调节，以满足不同工况燃料电池对进堆空气的温湿度要求。
附图说明
图1为本发明实施例中燃料电池系统的温湿度调控方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中燃料电池系统的温湿度调控方法中步骤S400-S500的流程示意图；
图3为本发明实施例中燃料电池系统的温湿度调控方法中步骤S500的具体流程示意图；
图4为本发明实施例中燃料电池系统的温湿度调控系统的结构示意图；
图5为本发明实施例中燃料电池进气温湿度调节装置的流程结构示意图；
图6为本发明实施例中燃料电池进气温湿度调节装置的三维结构示意图；
图7为本发明实施例中燃料电池进气温湿度调节装置的主视构示意图；
图8为本发明实施例中控制器的结构示意图。
附图标记说明：
1-箱体；2-第一进气管；3-第二进气管；4-第三进气管；5-第一进气流量调节阀；6-第二进气流量调节阀；7-第三进气流量调节阀；8-出气管；9-温湿一体传感器；10-空气流量计；11-进水管；12-进水温度传感器；13-进水流量调节阀；14-进水流量计；15-出水管；16-出水流量调节阀；17-出水流量计；18-箱内水温度传感器；19-空气入口汇总管；100-液面线；101-出气口；102-进水口；103-出水口；
C-1、空气过滤器；C-2、流量和温度传感器；C-3、空压机；C-4、第一温度传感器；C-5、燃料电池进气温湿度调节装置；C-6、旁通阀；C-7、压力传感器；C-8、空气进气节气门；C-9、空气背压阀；C-10、储水室；C-11、空气排气管路；W-1、水泵；W-2、第二温度传感器；A-1、燃料电池。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参阅图1所示，本发明实施例提供一种燃料电池系统的温湿度调控方法，所述温湿度调控方法包括：
S100：获取当前燃料电池的进堆空气的目标调整温度Tm和目标调整湿度Hm；
S200：获取出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度TC和实时湿度Hu；
值得说明的是，本实施例中的燃料电池进气温湿度调节装置用于在燃料电池系统，此时进堆的气体为空气或者氢气，一般主要主要针对空气进行调温和增湿，对于特殊情况下才需要对氢气进行处理，当然基于但不限于上述实施例，所述温湿度调控方法也可广泛用于储能电站、工业等其他增湿等行业。
S300：调节燃料电池进气温湿度调节装置的水温和/或调节燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例，以使第一温差TX≤5℃、第一湿度差HX≤20％；其中，TX＝Tm-TC，Hx＝Hm-Hu。
本实施例中燃料电池进气温湿度调节装置的一侧设有出气口，通过在出气口上设置温度传感器，可实时检测出进堆空气经燃料电池进气温湿度调节装置调温后再经出气口输出的实时温度，并与进堆空气的目标调整温度Tm进行比较计算，可计算出第一温差TX。
在计算出第一温差TX后，为调整出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度Tc，以达到符合燃料电池的使用需求，由于燃料电池进气温湿度调节装置内装有循环水，通过调整进入燃料电池进气温湿度调节装置内的水流量，可使第一温差TX≤5。
燃料电池进气温湿度调节装置的出气口上还设置有湿度传感器，可实时检测出进堆空气经燃料电池进气温湿度调节装置调湿后再经出气口输出的实时湿度Hu，并与进堆空气的目标调整湿度Hm进行比较计算，可计算出第一湿度差Hx。
控制进入燃料电池进气温湿度调节装置的空气增湿度不同的进气区域的进气比例(即进气占比)，以使第一湿度差HX≤20％。
在计算出第一湿度差Hx后，为调整出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时湿度Hu，以达到符合燃料电池的使用需求，由于燃料电池进气温湿度调节装置的空气增湿度不同的进气区域的进气口分别设置有进气流量调节阀，因此，可通过调节各个流量调节阀的开度来控制进入燃料电池进气温湿度调节装置的进堆空气流量占比，可使第一湿度差HX≤20％。
在实际应用中，由于调节燃料电池进气温湿度调节装置的水温和调节燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例都会影响进堆空气的温湿度，因此，上述两个步骤可操作一个或两个，具体结果满足第一温差TX≤5℃、第一湿度差HX≤20％即可。
在本发明的一些实施例当中，请参阅如图2所示，所述温湿度调控方法还包括：
S400：获取进燃料电池进气温湿度调节装置的空气的第一进气实时温度TI，并计算第二温差TQ＝Tm-TI；
S500：判断所述第二温差TQ的大小，并调整所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水温，以使出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的出气温度接近所述目标调整温度Tm。
本实施例中，燃料电池进气温湿度调节装置的一侧还设有入气口，通过在入气口处设置进气温度传感器，可实时检测出进燃料电池进气温湿度调节装置的空气的第一进气实时温度TI，并与燃料电池的进堆空气的目标调整温度Tm进行比较计算，可计算出第二温差TQ。
通过第二温差TQ，调整燃料电池进气温湿度调节装置内的水温，以实现后续进入其内的进堆空气的温度的调整，缩小出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的出气温度与目标调整温度Tm之间的差距，实现进堆空气的温度初调和粗调，后续再根据第一湿度差Hx进行二次调整和精调，从而缩短调节所需时间，提高特别是调温的及时性和高效性。且在经过对进入燃料电池进气温湿度调节装置内的进堆空气进行初步的调温增湿后，可设置进气口的进气流量调节阀的开度以及进水口的进水流量调节阀的开度，并以此调节作为基准，方便后续调节。
具体地，在本发明的实施例当中，步骤S300当中，调节燃料电池进气温湿度调节装置的水温具体包括：调节燃料电池进气温湿度调节装置的进水口处的进水流量调节阀的开度。本实施例中，燃料电池进气温湿度调节装置内的水可来自燃料电池产生的水或其冷却液里的水，也可为单独设置的供水系统。
在一些其他的实施例当中，调节燃料电池进气温湿度调节装置的水温也可以采用开启或关闭加热器的方式，以调节燃料电池进气温湿度调节装置的水温。本实施例中，加热器的设置确保本申请在低温环境有效运行，通过加热器可化解水温不够、解冻等问题。
在另一些其他的实施例当中，调节燃料电池进气温湿度调节装置的水温也可以采取开启或关闭换热器的方式，以调节燃料电池进气温湿度调节装置的水温。本实施例中，通过换热器实现燃料电池进气温湿度调节装置的水温的调节，若换热器与应用本公开的技术中的其他部件(如燃料电池、电机、空调系统等)的能量回收或再利用。当然，换热器也可为单独设置的换热系统。
为能够控制进入燃料电池进气温湿度调节装置的进堆空气流量，在燃料电池进气温湿度调节装置的入气口上设置进气流量调节阀，通过调节进气流量调节阀的开度，可控制进气量。
具体地，在本发明的实施例当中，在步骤S300当中，调节燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例具体包括：调节不同的进气区域的的入气口处的进气流量调节阀的开度。
为能够检测出进入燃料电池进气温湿度调节装置内的水流量，在进水口处设置进水流量调节阀，通过调节进水流量调节阀的开度，可控制进水量以调节温度使得以使第一温差TX≤5℃。并调节燃料电池进气温湿度调节装置的入气口上的进气流量调节阀的开度，对空气增湿度不同的进气区域进行分别调节以使流向对空气增湿度不同的进气区域的空气量不同，从而确保第一湿度差HX≤20％，进而使得进堆空气的温湿度满足燃料电池当前运行工况，确保燃料电池的运行性能，提高产品品质。
请参阅图3所示，在本发明的另一实施例中，基于但不限于上述实施例，在步骤S500当中，所述判断所述第二温差TQ的大小，并调整所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水温具体包括步骤：
S510：若TQ＞0，则调大所述燃料电池进气温湿度调节装置的进水口处的进水流量调节阀的开度，以增大燃料电池流向所述燃料电池进气温湿度调节装置的水流量，使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水升温；
S520：若TQ＜0，则调小所述燃料电池进气温湿度调节装置的进水口处的进水流量调节阀的开度，以降低燃料电池流向所述燃料电池进气温湿度调节装置的水流量，使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水降温；
S530：调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的出水口处的出水流量调节阀的开度，以调整所述燃料电池进气温湿度调节装置内的液位值，使所述液位值与目标液位的液位误差在设定范围内。
本实施例中，利用燃料电池运行过程中产生的带有温度的排水，将其导向燃料电池进气温湿度调节装置，实现燃料电池产生的排水和废热的回收再利用，并通过设置在进水口处的进水流量调节阀调节其流量来实现燃料电池进气温湿度调节装置内的水温的调节，并通过出水口处的出水流量调节阀来确保液位值始终处于较为稳定的状态，以确保不同的进气区域的空气增湿度维持在相对恒定状态或者不能过低，同时确保换热效能，进而保证空气温湿度调节的可控性和顺畅性，同时可以简化本公开的逻辑控制，使得本公开调节更为及时，缩短响应时间。
燃料电池进气温湿度调节装置的出水口处设置有出水流量调节阀，通过调整出水流量调节阀的开度，来调整燃料电池进气温湿度调节装置中的液位值。具体到本实施例中，结合实际工况，本实施例中可通过使燃料电池进气温湿度调节装置中的液位值与目标液位的误差范围X0为5mm≤X0≤500mm，误差百分比则控制在30％以内。当然，在其他实施例中，液位值的控制也可以第一温差TX≤5℃、第一湿度差HX≤20％为调节标准，即在第一温差TX、第一湿度差Hx满足的情况下，可不用保持液位值在一定范围值内；当特别是第一湿度差Hx不满足的情况下，则使燃料电池进气温湿度调节装置中的液位值上升以满足湿度要求即可。
在本发明的另一实施例中，基于但不限于上述实施例，步骤S300具体包括步骤：
当所述第一温差TX≥2℃时，执行步骤：
使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水升温，以提高出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的出气温度；
当所述第一温差TX≥-2℃时，执行步骤：
使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水降温，以降低出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的出气温度；
当所述第一湿度差HX≥5％时，执行步骤：
调节增湿度高的所述进气区域和增湿度低的所述进气区域的进气比例，使得增湿度高的所述进气区域的进气占比提高，而增湿度低的所述进气区域的进气占比降低；
当所述第一湿度差HX≥-5％时，执行步骤：
调节增湿度高的所述进气区域和增湿度低的所述进气区域的进气比例，使得增湿度高的所述进气区域的进气占比降低，而增湿度低的所述进气区域的进气占比提高。
本实施例中，通过进一步限定误差范围，确保进堆空气实际进堆温湿度更为接近目标调整温湿度，确保燃料电池(电堆)的运行性能。
值得说明的是，本公开中步骤并未限定其先后关系，除非步骤之间确实存在先后关系，否则步骤间的先后关系可调。
请参阅图4所示，本发明实施例中还提供了一种燃料电池系统的温湿度调控系统，包括：燃料电池A-1、空气系统和用于执行上述燃料电池系统的温湿度调控方法的控制器；其中，空气系统包括空压机C-3和燃料电池进气温湿度调节装置C-5；燃料电池进气温湿度调节装置C-5包括：用于存放液体的箱体1和至少两个进气管；每个所述进气管的出气端均伸入到箱体1内，且至少两个进气管的出气端与液体液面(液面线100)的距离不同；每个进气管的进气端设有进气流量调节阀；箱体1设有出气口101、进水口102和出水口103；出气口101高于液体液面，出水口103低于液体液面；空压机C-3的排气口与进气管相连通，出气口101通过出气管8与燃料电池A-1的空气进口相连通；燃料电池A-1的排水管路与进水口102相连通；出气管8上设有出气气体温度传感器和出气气体湿度传感器(即温湿一体传感器9)。
在一些实施例中，空气系统包括空气过滤器C-1、流量和温度传感器C-2、空压机C-3、第一温度传感器C-4和燃料电池进气温湿度调节装置C-5。
本实施例中通过设置储水室C-10来保证供水水温、供水量的保障，而多余的水则可通过储水室C-10排出或者通过箱体1排放至外环境。在其他实施例中，当燃料电池A-1产生的水满足箱体1的水温和水量的调节，且无需回收箱体1排出的水时，则箱体1多余的水可直接排放至外环境。燃料电池进气温湿度调节装置C-5的出水口通过水管与储水室C-10连通，以将多余的水排到储水室C-10内，储水室C-10内多余的空气则通过空气排气管路排出。
请参阅图4所示，在本实施例中，燃料电池进气温湿度调节装置C-5与储水室C-10之间还连接有水泵W-1和第二温度传感器W-2，当燃料电池进气温湿度调节装置C-5的水量不足时，通过启动水泵W-1将储水室C-10中的水泵到燃料电池进气温湿度调节装置C-5内。
在实际应用中，燃料电池A-1工作温度Tfc一般为60～90℃；燃料电池A-1正常工作的湿度为Hp，一般为40～80％；燃料电池A-1正常工作的压力为Pm，一般为50kPa～150kPa(表压)；空压机C-3出口温度为TCP。
本发明实施例的燃料电池系统的温湿度调控系统在工作时，空气会进入空气过滤器C-1进行过滤，采用流量和温度传感器C-2监测进入燃料电池A-1的空气流量，经过空压机C-3进行空气增压，空气的温度也会升高，空气温度由第一温度传感器C-4测得，然后流过本发明实施例的燃料电池进气温湿度调节装置C-5进行空气温度和湿度的调节，经过压力传感器C-7测压和空气进气节气门C-8后进入燃料电池A-1，在燃料电池A-1内部与氢气发生电化学反应，产生电和水，以及热，没有反应的空气会通过空气背压阀C-9、储水室C-10、空气排气管路C-11排向大气，携带热能的水会被收集在储水室C-10。通常情况下旁通阀C-6是关闭状态。
本发明实施例的燃料电池系统的温湿度调控系统在低功率工况点时，此时燃料电池A-1需求的空气流量和压力较低，空压机C-3目标转速为Sc，可能会使空压机C-3出口空气温度小于燃料电池A-1正常工作的温度，即Tcp＜Tfc，此时需要增加空压机C-3转速Sc，使Tcp＞Tfc。同时需要打开旁通阀C-6到一定角度，打开空气进气节气门C-8，通过调整旁通阀C-6和空气背压阀C-9的开度，调整进入燃料电池A-1的空气流量和压力。
当然，在其他实施例中，为了保证空气的温度，也可通过加热器和换热器来升温箱体1内部的水，使得空气升温，如此，可降低空压机C-3的运行功率，同时确保空气供气量，此时旁通阀C-6根据实际需求可打开或关闭，如此，较之仅通过空压机C-3来保证空气的进堆温度更为节能。
本发明实施例的燃料电池进气温湿度调节系统在高功率工况点时，空压机C-3目标转速为Sc，空压机C-3出口空气温度大于燃料电池A-1正常工作的温度，即Tcp＞Tfc。高温和低湿度的空气进入本发明实施例的燃料电池进气温湿度调节装置C-5后可以进行主动降温和增湿。水从储水室C-10通过水泵W-1流入燃料电池进气温湿度调节装置C-5的进水口102，通过调整进水流量调节阀13的开度来调整进入箱体1内水的流量，进而调节箱体1内空气的温度，从燃料电池进气温湿度调节装置C-5的出水口103流出的水会再循环进入储水室C-10中，不浪费水，使水得到充分利用。
储水室C-10的水一般来源于燃料电池A-1产生的水，水通过压力降低、在管路流动以及在储水室C-10内会自然冷却降温，所以第二温度传感器W-2测得的水的温度TW小于Tfc。
本发明实施例的水来自于燃料电池A-1产生的水(自身携带一定的温度)，根据需求，可将适宜温度的水导入箱体1内实现流经其的空气的降温(如夏季或热带地区)和升温(如冬季或寒冷地区)，满足空气进堆的温湿度要求，同时节约能源和能耗。
另外，燃料电池进气温湿度调节装置C-5包括箱体1和至少两个进气管；每个进气管的一端均伸入到箱体1内，且至少两个进气管的出气端离与箱体1内液体液面的距离不同，即至少两个进气管伸入到箱体1内部的长度不同；每个进气管的进气端均设有进气流量调节阀；箱体1上设有出气口101、进水口102和出水口103，出气口101高于箱体1内液体液面，出水口103低于箱体1内液体液面。
具体到本实施例当中，请参阅如图5所示，燃料电池进气温湿度调节装置根据空气增湿度不同被划分为第一区域(也即为附图中的A区域)、第二区域(也即为附图中的B区域)和第三区域(也即为附图中的C区域)，箱体1上共设有三个进气管，分别为设置在第一区域内的第一进气管2、设置在第二区域内的第二进气管3和设置在第三区域内的第三进气管4；第一进气管2的进气端还设有第一进气流量调节阀5(也即为附图5中的N-1)，第二进气管3的进气端还设有第二进气流量调节阀6(也即为附图5中的N-2)，第三进气管4的进气端还设有第三进气流量调节阀7(也即为附图5中的N-3)。
另外箱体1的底部齐平设置，则第一进气管2的出气端距离箱体1底部的高度为H1，第二进气管3的出气端距离箱体1底部的高度为H2，第三进气管4的出气端距离箱体1底部的高度为H3，并且H1>H2>H3。即第一进气管2的出气端与液体液面(即液面线100)的距离＜第二进气管3的出气端与液体液面(即液面线100)的距离＜第三进气管4的出气端与液体液面(即液面线100)的距离。
在实际应用中，可通过在箱体1内设置液位传感器来检测水的液位高度以便监控。当然，在其他实施例中，箱体1的底部也可不齐平设置。
为清楚展示三个进气管在箱体1内部的布置形式，图6中的箱体1并未画盖板。
在本发明的实施例中，因第一进气管2、第二进气管3和第三进气管4的出气端(即图6、图7的下端)距离箱体1底部的高度各自不同，在箱体1内水位达到液面线100(附图7所示)时，由于第一进气管2、第二进气管3和第三进气管4各自浸入液面的高度也不相同，则从第一进气管2、第二进气管3和第三进气管4中各进气管出来的空气在进入箱体1内的水中后与水的接触时间各自不同，使得从第一进气管2、第二进气管3和第三进气管4出来的气体在箱体1内的增湿程度不同，这样，通过调节进入各个不同进气管的进气量，即可达到调节出气口101处的出气湿度的目的。
另外，空压机C-3的排气口与进气管(空气入口汇总管19)相连通，出气口101与燃料电池A-1的空气进口相连通；燃料电池A-1的排水管路与进水口102相连通。这样，可采用燃料电池进气温湿度调节装置C-5对燃料电池A-1的进堆空气进行温湿度调节，以满足燃料电池的使用需求。
在本发明的实施例中，第一进气管2的下端距离箱体1底部的高度H1最大，则从第一进气管2进来的气体与箱体1内水的接触时间最短，将经过第一进气管2出来的气体的相对湿度记为V1；
第三进气管4的下端距离箱体1底部的高度H3最小，则从第三进气管4进来的气体与箱体1内水的接触时间最长，将经过第三进气管4出来的气体的相对湿度记为V3；
同样地，将经过第二进气管3出来的气体的相对湿度记为V2，则有V3>V2>V1。
在本发明的实施例中，将高度H3设定为1/3额定流量气体通过第三进气管4能够增湿为相对湿度为V3的高度，V3＞85％；
将高度H2设定为1/3额定流量气体通过第二进气管3能够增湿为相对湿度为V2的高度，50％≤V2≤70％；
将高度H1设定为1/3额定流量气体通过第一进气管2能够增湿为相对湿度为V1的高度，0％≤V1≤30％。
当然，在其他实施例中，也可通过设置其他湿度梯度来实现对进气管的位置和数量的布置，确保本发明实施例的燃料电池进气温湿度调节装置公开的加湿换热性能，满足不同类型的燃料电池A-1不同工况下对进堆空气的温度和湿度的实时需求，确保燃料电池A-1稳定可靠运行，避免和降低空气因温湿度不满足当前工况而对燃料电池A-1或其运行工况产生不良影响，从而保障燃料电池A-1的正常稳定运行，同时延长燃料电池A-1的使用寿命。
请参阅图6、7所示，本发明实施例的第一进气管2、第二进气管3和第三进气管4的进气端汇集于空气入口汇总管19，即空气从空气入口汇总管19进来后被分成三个支气管路(第一进气管2、第二进气管3和第三进气管4)，然后通过三个支气管路各自进入到箱体1内，从三个进气管进来的空气在箱体1内与水进行换热并增湿。
因此，通过调节箱体1内水的温度，可以达到调节从出气口101出气温度的目的，即通过调节从进水口102进入箱体1内水的温度，可以调节出气口101的出气温度。如将燃料电池A-1产生的水(本身携带一定的温度)输送至箱体1来调节水箱1内的水的温度，比如增加流量或者加快流速、输入周期(因燃料电池A-1产生的水会随时间的延长热量会损失，因此将其排入箱体1的时间、流量和流速等均可调节箱体1内的水的温度)等方式。
在其他实施例中，也可以在箱体1内置有加热器或换热器，以对箱体1内的水进行加热或换热，以将箱体1内水的温度调到合适温度，使得本申请满足低温环境(如-30℃及以下)下，对水进行加温，从而实现流经水的空气的升温，以满足空气进燃料电池A-1的进堆温度需求，保护燃料电池A-1，延长其使用寿命。
当然，可同时在箱体1内设置加热器和换热器，确保极端环境下的正常使用。在实际应用中，加热器可为电加热器或电磁加热器。换热器的换热管可贯穿箱体1并穿出与热源连通，热源流经内置于箱体1的换热管便可实现其与水和/空气进行换热，进而实现空气的升温以满足其进堆温度需求。
通过调节从进水口102进入箱体1内水的温度，可以调节出气口101的出气温度。本实施例中的装置可对进入燃料电池的空气进行温度和湿度的主动调节，以满足不同工况下燃料电池对进入空气的要求。
本发明实施例的每个进气管的出气端由多个相互独立的子出气孔构成，每一子出气孔与进气管的进气端连通。这样可使得出气更为分散，增加了气体与液体的接触面积，加湿换热效果更为优异。
进一步地，子出气孔的内径D的范围可控制在1mm≤D≤40mm，确保其加湿换热效果。具体地，进气管包括筒体和出气板，出气板设有多个出气孔，出气板与筒体连接。在实际应用中，出气板的结构可为平板结构，也可为框架结构，其至少一个面设有多个出气孔。出气板与筒体可为焊接、一体成型、螺接或卡接等方式实现连接。
由此，本发明实施例中燃料电池进气温湿度调节装置C-5通过箱体1内的水来对进气管进来的空气进行增湿，通过调节进入不同进气管的进气流量来调节对空气的增湿程度，达到调节出气口101的出气湿度的目的；同时，通过调节从进水口102进入箱体1内水的温度，可以调节出气口101的出气温度。该装置可对进入燃料电池A-1的空气进行温度和湿度的主动调节，以满足不同工况燃料电池A-1对进入空气的要求。
请参阅图6、7所示，本发明实施例中的出气口101处连接有出气管8，出气管8上设有出气气体温度传感器和出气气体湿度传感器。通过在出气管8上设置了温湿一体传感器9，以用来同时检测出气温度和出气湿度。
进一步地，本发明实施例中出气管8上设有空气流量计10，以用来检测出气流量。
本发明实施例中的进水口102处连接有进水管11，进水管11上设有进水温度传感器12，用来检测进水温度。
进一步地，请参阅图7所示，本发明实施例中进水管11上还设有进水流量调节阀13和进水流量计14，其中进水流量调节阀13用来调节进水流量，进水流量计14用来检测进水流量。
请参阅图7所示，本发明实施例中出水口103处连接有出水管15，出水管15上设有出水流量调节阀16和出水流量计17，其中出水流量调节阀16用来调节出水流量，出水流量计17用来检测出水流量。
本发明实施例中的箱体1内设有箱内水温度传感器18，用来检测箱体1内水的温度，当然也可在箱体1内的不同位置设置多个箱内水温度传感器18，用来检测箱体1内水的平均温度。
采用本发明实施例的燃料电池进气温湿度调节装置C-5来对出气温度进行调节，可以按照以下步骤进行：
燃料电池A-1运行过程中的某个工况下的出气口101处的目标调整温度为Tm，测定空气入口汇总管19处的第一进气实时温度为TI，另TQ＝Tm-TI。
若TQ＞0，则说明进气温度低于目标值，需要对空气进行升温，则调整进入箱体1内水的温度，使进入箱体1内水的温度(通过进水温度传感器12检测)＞Tm；
然后，通过调大进入箱体1内水的流量(通过进水流量调节阀13调节，并通过进水流量计14检测)调节箱体1内水的平均温度Tc(因由燃料电池A-1排出的水的水温高于箱体1内的水温)，进而达到升高出气温度的目的。通过调节出水流量调节阀16的开度，可以调节箱体1内水的液位高度。
若TQ＜0，则说明进气温度高于目标值，需要对空气进行将温，则调整进入箱体1内水的温度，使进入箱体1内水的温度＜Tm；
然后，通过调小进入箱体1内水的流量，调节箱体1内水的平均温度Tc，进而达到降低出气温度的目的。
采用本发明实施例的燃料电池进气温湿度调节装置C-5来对出气湿度进行调节，可以按照以下步骤进行：
燃料电池A-1运行过程中的某个工况下的空气的目标调整湿度为Hm，通过温湿一体传感器9测定出气口101处的实时湿度为Hu，其中，HX＝Hm-Hu。
若HX≥5％，说明出气湿度偏低，则减小第一进气流量调节阀5的开度、增大第二进气流量调节阀6和第三进气流量调节阀7的开度，从而提高出气湿度。
若HX≤-5％，则说明出气湿度偏高，则增大第一进气流量调节阀5的开度、减小第二进气流量调节阀6和第三进气流量调节阀7的开度，从而降低出气湿度。
本发明实施例的燃料电池进气温湿度调节装置C-5的出水口103(出水管15)可以与燃料电池A-1的排水管路的进水端连通，也可以连通外环境。在实际应用中，出水口(出水管15)与排水管路、进水口102(进水管11)、箱体1内部形成循环，以保证任何工况下箱体1内部水温的稳定维持。
请参阅图8所示，本发明实施例中用于燃料电池系统的温湿度调控方法的控制器包括获取单元、计算单元和调节单元，其中：
获取单元，用于获取当前燃料电池的进堆空气的目标调整温度Tm和目标调整湿度Hm；还用于获取出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度TC和实时湿度Hu；
计算单元，用于根据所述目标调整温度Tm和所述目标调整湿度Hm与出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度TC和实时湿度Hu，确定第一温差TX和第一湿度差Hx，其中，TX＝Tm-TC，Hx＝Hm-Hu；
调节单元，用于调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温和/或调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例，以使第一温差TX≤5℃、第一湿度差HX≤20％。
具体到本实施例中，控制器与燃料电池、温度传感器、压力传感器、湿度传感器、流量调节阀等电性连接，控制器可接收燃料电池、温度传感器、压力传感器、湿度传感器、流量调节阀等的相关指令，并根据相关信息控制各流量调节阀的动作。
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统的温湿度调控方法，其特征在于，所述温湿度调控方法包括：
S100：获取当前燃料电池的进堆空气的目标调整温度Tm和目标调整湿度Hm；
S200：获取出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度TC和实时湿度Hu；
S300：调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温和/或调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例，以使第一温差|TX|≤5℃、第一湿度差|HX|≤20％；其中，TX＝Tm-TC，Hx＝Hm-Hu。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的温湿度调控方法，其特征在于，还包括：
S400：获取进所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的第一进气实时温度TI，并计算第二温差TQ＝Tm-TI；
S500：判断所述第二温差TQ的大小，并调整所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水温，以使出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的出气温度接近所述目标调整温度Tm。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统的温湿度调控方法，其特征在于，在步骤S300当中，所述调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温具体包括：调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的进水口处的进水流量调节阀的开度；或，启或关闭加热器以调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温；或，开启或关闭换热器以调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统的温湿度调控方法，其特征在于，在步骤S300当中，所述调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例具体包括：调节不同的进气区域的的入气口处的进气流量调节阀的开度。
5.根据权利要求2所述的燃料电池系统的温湿度调控方法，其特征在于，在步骤S500当中，所述判断所述第二温差TQ的大小，并调整所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水温具体包括步骤：
S510：若TQ＞0，则调大所述燃料电池进气温湿度调节装置的进水口处的进水流量调节阀的开度，以增大燃料电池流向所述燃料电池进气温湿度调节装置的水流量，使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水升温；
S520：若TQ＜0，则调小所述燃料电池进气温湿度调节装置的进水口处的进水流量调节阀的开度，以降低燃料电池流向所述燃料电池进气温湿度调节装置的水流量，使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水降温；
S530：调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的出水口处的出水流量调节阀的开度，以调整所述燃料电池进气温湿度调节装置内的液位值，使所述液位值与目标液位的液位误差在设定范围内。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的燃料电池系统的温湿度调控方法，其特征在于，步骤S300具体包括步骤：
当所述第一温差TX≥2℃时，执行步骤：
使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水升温，以提高出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的出气温度；
当所述第一温差TX≤-2℃时，执行步骤：
使所述燃料电池进气温湿度调节装置内的水降温，以降低出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的出气温度；
当所述第一湿度差HX≥5％时，执行步骤：
调节增湿度高的所述进气区域和增湿度低的所述进气区域的进气比例，使得增湿度高的所述进气区域的进气占比提高，而增湿度低的所述进气区域的进气占比降低；
当所述第一湿度差HX≤-5％时，执行步骤：
调节增湿度高的所述进气区域和增湿度低的所述进气区域的进气比例，使得增湿度高的所述进气区域的进气占比降低，而增湿度低的所述进气区域的进气占比提高。
7.一种燃料电池系统的温湿度调控系统，其特征在于，包括：燃料电池、空气系统和用于执行上述权利要求1-6任意一项所述的燃料电池系统的温湿度调控方法的控制器；其中，所述空气系统包括空压机和燃料电池进气温湿度调节装置；其中，所述燃料电池进气温湿度调节装置包括：用于存放液体的箱体和至少两个进气管；每个所述进气管的出气端均伸入到所述箱体内，且至少两个所述进气管的出气端与液体液面的距离不同；每个所述进气管的进气端设有进气流量调节阀；所述箱体设有出气口、进水口和出水口；所述出气口高于液体液面，所述出水口低于液体液面；
所述空压机的排气口与所述进气管相连通，所述出气口通过出气管与所述燃料电池的空气进口相连通；所述燃料电池的排水管路与所述进水口相连通；所述出气管上设有出气气体温度传感器和出气气体湿度传感器。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统的温湿度调控系统，其特征在于：
所述出气管上设有空气流量计；和/或，
所述进水口处连接有进水管，所述进水管上设有进水温度传感器和/或进水流量调节阀；和/或，
所述进水管上设有进水流量计；和/或，
所述箱体内设有箱内水温度传感器；和/或，
所述出水口处连接有出水管，所述出水管上设有出水流量调节阀和/或出水流量计。
9.根据权利要求7所述的燃料电池系统的温湿度调控系统，其特征在于：
每个所述进气管的出气端由多个相互独立的子出气孔构成，每一所述子出气孔与所述进气管的进气端连通；和/或，
所述出水口与所述排水管路的进水端连通；和/或，
所述燃料电池进气温湿度调节装置的出水口连通外环境。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的燃料电池系统的温湿度调控系统，其特征在于，所述控制器包括：
获取单元，用于获取当前燃料电池的进堆空气的目标调整温度Tm和目标调整湿度Hm；还用于获取出所述燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度TC和实时湿度Hu；
计算单元，用于根据所述目标调整温度Tm和所述目标调整湿度Hm与出燃料电池进气温湿度调节装置的空气的实时温度TC和实时湿度Hu，确定第一温差TX和第一湿度差Hx，其中，TX＝Tm-TC，Hx＝Hm-Hu；
调节单元，用于调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的水温和/或调节所述燃料电池进气温湿度调节装置的使流经其的空气增湿度不同的进气区域的进气比例，以使第一温差|TX|≤5℃、第一湿度差|HX|≤20％。
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