CN116505024A - 一种燃料电池的增湿系统和增湿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池的增湿系统和增湿方法，该增湿系统包括燃料电池电堆、第一减压阀、气液分离器、第一开关阀、第二开关阀、储液箱、第三开关阀、第四开关阀、第二减压阀、雾化器和至少一个液位传感器，液位传感器的检测端位于储液箱内，通过收集燃料电池电堆的排气口排出的水作为增湿的基础介质，基于高压氢气驱动的雾化器自动抽取储水箱的水，通过调节燃料电池电堆的进气口主通道上减压阀与加湿通道上减压阀的比例开度，相对现有技术，在没有新增额外辅助系统功耗的前提下，可以实现对燃料电池电堆内燃料气体加湿、减湿以及燃料气体浓度的有效控制。
Description
技术领域
本发明实施例涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池的增湿系统和增湿方法。
背景技术
燃料电池汽车以其加注快、长续航、耐低温等特点，已经与纯电动汽车共同成为未来零排放问题的解决方案，近些年来得到了主要国家与企业的广泛关注。作为燃料电池汽车的核心总成，燃料电池系统为整车提供所需功率，一般由燃料电池电堆、空气供应子系统、氢气供应子系统、热管理子系统、电子电气子系统构成。
燃料电池电堆的是物质发生电化学反应的场所，其工作原理为：氢气进入阳极，通过扩散作用到达阳极催化剂表面，在阳极催化剂的作用下分解成带正电的质子（H+）和带负电的电子（e-），质子通过水的运载，穿越质子交换膜到达阴极电子则沿外电路通过负载流向阴极。同时，氧气（O2）通过扩散作用到达阴极催化剂表面，在阴极催化剂作用下，电子、质子和氧气发生氧还原反应（ORR）生成水与能量。
在反应过程中，电堆内部的水平衡状态的控制是燃料电池的核心技术。质子传导率与膜水含量密切相关，电堆内部水含量过高会产生水淹故障，而水含量不足则会导致膜干故障。行业现阶段通常考虑应用电化学反应实时生成的水，采用阴极侧加湿器的自增湿方案或阳极侧氢循环的自增湿方案。但加湿的水与电堆功率没有实现解耦，小功率区间产水量少而不足以满足膜水含量需求，高功率区间产水量多而不得不加快尾排频率，自生成的水没有实现合理的有效利用。
目前，行业内已提出的方案是利用空气路进行主动加湿，通过空压机增压、加热装置加热或水泵抽水等方式，对空气路的气体进行增湿，这些方式均会产生系统的额外寄生功率，同时，也没有充分利用阳极排出的水，造成能源的浪费。
发明内容
本发明提供了一种，燃料电池的增湿系统和增湿方法，在没有新增额外辅助系统功耗的前提下，可以实现对燃料电池电堆内燃料气体加湿、减湿以及燃料气体浓度的有效控制。
第一方面，本申请提供了一种燃料电池的增湿系统，包括燃料电池电堆、第一减压阀、气液分离器、第一开关阀、第二开关阀、储液箱、第三开关阀、第四开关阀、第二减压阀、雾化器和至少一个液位传感器，所述液位传感器的检测端位于所述储液箱内；
所述增湿系统的高压进气口分别与所述第一减压阀的第一端口和所述第二减压阀的第一端口连接，所述第一减压阀的第二端口与所述燃料电池电堆的进气口连接，所述燃料电池电堆的排气口与所述气液分离器的进气口连接，所述气液分离器的出气口与所述第一开关阀的第一端口连接，所述第一开关阀的第二端口与所述增湿系统的出气口连接，所述气液分离器的出水口与所述第二开关阀的第一端口连接，所述第二开关阀的第二端口与所述储液箱的进气口连接，所述储液箱的第一出水口与所述第三开关阀的第一端口连接，所述储液箱的第二出水口与所述第四开关阀的第一端口连接，所述第四开关阀的第二端口与所述雾化器的进水口连接，所述雾化器的进气口与所述第二减压阀的第二端口连接，所述雾化器的出气口与所述燃料电池电堆的进气口连接。
可选的，还包括引射器，所述引射器的第一端口与所述第一减压阀的第二端口连接，所述引射器的第二端口与所述燃料电池电堆的进气口连接，所述引射器的第三端口与所述气液分离器的出气口连接。
可选的，还包括电堆状态检测装置，所述电堆状态检测装置包括阻抗检测仪；所述电堆状态检测装置设置在所述燃料电池电堆的内部或者所述燃料电池电堆的外部，用于检测所述燃料电池电堆的电堆状态。
可选的，还包括至少一个气体浓度传感器，所述气体浓度传感器的检测端位于所述燃料电池电堆内部；
其中，所述气体浓度传感器至少包括氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器用于检测所述燃料电池电堆内部的氢气浓度。
可选的，还包括控制器，所述控制器分别与所述燃料电池电堆、所述第一减压阀、所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀、所述第四开关阀、所述第二减压阀、所述雾化器和所述液位传感器连接。
第二方面，本申请还提供了一种燃料电池的增湿方法，所述增湿方法包括：
获取燃料电池电堆所需的气体流量；
根据所述所需的气体流量，控制第一减压阀和第二减压阀的比例开度；
获取储液箱中的检测水位；
根据所述检测水位与标准水位的大小关系，控制雾化器的雾化状态。
可选的，所述标准水位包括第一水位和第二水位，所述第一水位小于所述第二水位；
根据所述检测水位与标准水位的大小关系，控制雾化器的雾化状态，包括：
当所述检测水位≥第二水位，控制第三开关阀和第四开关阀开启，控制雾化器开启；
当所述检测水位≤第一水位，控制第三开关阀和控制第四开关阀关闭，控制雾化器关闭；
当所述第一水位＜所述检测水位＜所述第二水位，控制第三开关阀关闭，控制第四开关阀开启，控制雾化器开启。
可选的，所述增湿方法包括：
当所述检测水位≥第二水位，控制第三开关阀持续开启第一时间；
当所述检测水位≤第一水位，控制第四开关阀持续关闭第二时间；
其中，所述第一时间和所述第二时间为标定值。
可选的，当所述第一水位＜所述水位＜所述第二水位，所述增湿方法还包括：
判断当前所述燃料电池电堆的电堆状态；
当所述燃料电池电堆的电堆状态为膜干状态，控制第四开关阀开启，同时调节第二开关阀的开度，以控制所述雾化器的出气口输出的加湿气体流量；
当燃料电池电堆的电堆状态为水淹状态，控制第四开关阀关闭，同时调节第二开关阀的开度，以控制所述雾化器的出气口输出的干燥气体流量。
可选的，当所述第一水位＜所述水位＜所述第二水位，所述增湿方法还包括：
获取燃料电池电堆内的氢气浓度；
根据所述氢气浓度与标准浓度的大小关系，控制第一减压阀和第二减压阀的比例开度，以控制燃料电池电堆内的气体浓度。
综上，本申请提供的燃料电池的增湿系统，通过收集燃料电池电堆的排气口排出的水作为增湿的基础介质，基于高压氢气驱动的雾化器自动抽取储水箱的水，通过调节燃料电池电堆的进气口主通道上减压阀与加湿通道上减压阀的比例开度，相对现有技术，在没有新增额外辅助系统功耗的前提下，可以实现对燃料电池电堆内燃料气体加湿、减湿以及燃料气体浓度的有效控制。
附图说明
图1是本申请提供的一种燃料电池的增湿系统的示意图；
图2是本申请提供的又一种燃料电池的增湿系统的示意图；
图3是本申请提供的又一种燃料电池的增湿系统的示意图；
图4是本申请提供的一种燃料电池的增湿方法的示意图；
图5是本申请提供的又一种燃料电池的增湿方法的示意图。
其中，附图说明为：
100-燃料电池电堆；1-第一减压阀；2-气液分离器；3-第一开关阀；4-第二开关阀；5-储液箱；6-第三开关阀；7-第四开关阀；8-第二减压阀；9-雾化器；10-液位传感器；11-引射器；12-气体浓度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明鉴于现有技术中所存在的上述问题中的一个或多个而提出的一种燃料电池的增湿系统。图1是本申请提供的一种燃料电池的增湿系统的示意图。
结合图1所示，本申请提供的燃料电池的增湿系统包括燃料电池电堆100、第一减压阀1、气液分离器2、第一开关阀3、第二开关阀4、储液箱5、第三开关阀6、第四开关阀7、第二减压阀8、雾化器9和至少一个液位传感器10，液位传感器10的检测端位于储液箱5内；增湿系统的高压进气口A0分别与第一减压阀1的第一端口和第二减压阀8的第一端口连接，燃料电池电堆100的排气口B1与气液分离器2的进气口连接，气液分离器2的出气口与第一开关阀3的第一端口连接，第一开关阀3的第二端口与增湿系统的出气口A1连接；气液分离器2的出水口与第二开关阀4的第一端口连接，第二开关阀4的第二端口与储液箱5的进气口连接，储液箱5的第一出水口与第三开关阀6的第一端口连接，储液箱5的第二出水口与第四开关阀7的第一端口连接，第四开关阀7的第二端口与雾化器9的进水口连接，雾化器9的进气口与第二减压阀8的第二端口连接，雾化器9的出气口与燃料电池电堆100的进气口B0连接。
具体的，结合图1所示，增湿系统的高压进气口A0可以持续提供高压氢气燃料，燃料电池电堆100是氢氧电化学反应的场所。
通过调节燃料电池电堆100的进气口B0主通道上第一减压阀1的开度，可以调节燃料电池电堆100的氢气供给压力。其中，开度越大，减压阀的开启程度越大，氢气供给压力越大。气液分离器2用于分离燃料电池电堆100的排气口B1排出的液态水与混合气；第一开关阀3用于控制氮气等杂质气体从增湿系统的出气口A1排出；第二开关阀4用于控制气液分离器2中的液态水排入储液箱5；储液箱5用于存储燃料电池电堆100阳极排出的液态水；第三开关阀6用于控制储液箱5内多余液态水的排出，第四开关阀7用于向雾化器9供给液态水。
进一步，通过调节燃料电池电堆100的进气口B0加湿通道上第二减压阀8的开度，可以调节雾化器9氢气供给的压力，高压氢气燃料经第二减压阀8减压增速后进入雾化器9，基于高压氢气驱动，雾化器9可自动抽取储液箱5的液态水，雾化器9将吸入的液态水雾化，经加湿后的氢气进入燃料电池电堆100的进气口B0，向燃料电池电堆100提供加湿后的燃料气体，可以实现电堆功率与加湿的解耦。
其中，减压阀是通过调节进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。从流体力学的观点看，减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的。然后依靠控制与调节系统的调节，使阀后压力的波动与弹簧力相平衡，使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定。
开关阀指阀门式样的开关，比如水龙头，高压锅阀门，等等这样起截止作用的开关。开关阀分为气动开关阀与电动开关阀，作为一个示例，本申请可以采用电动开关阀。
气液分离器采用离心分离、丝网过滤的原理，实现除液的一种分离装置。它主要由筒体、旋风分离器、高效破沫网、排污阀等主要部件组成。一般安装在干燥装置的前面，实现粗过滤除去空气中部分水分，以减轻干燥装置的工作负荷。
液位传感器位于储液箱5内，用于检测储液箱5内的液体水位。液位传感器也可称之为静压液位计、液位变送器、液位传感器、水位传感器等，是一种测量液位的压力传感器，是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为4～20mA，DC：1～5V），适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。
本申请利用液位传感器10检测储液箱5内的液体水位，时刻对储液箱5内的液体水位进行检测，进而对储液箱5内的液体水位进行实时自动控制，以保证燃料电池电堆的进气口加湿通道上雾化器的水的供给，保证对燃料电池电堆内燃料气体加湿、减湿的控制。
综上，本身申请提供的燃料电池的增湿系统，通过收集燃料电池电堆的排气口排出的水作为增湿的基础介质，基于高压氢气驱动的雾化器自动抽取储水箱的水，通过调节燃料电池电堆的进气口主通道上减压阀与加湿通道上减压阀的比例开度，相对现有技术，在没有新增额外辅助系统功耗的前提下，可以实现对燃料电池电堆内燃料气体加湿、减湿以及燃料气体浓度的有效控制。
图2是本申请提供的又一种燃料电池的增湿系统的示意图。
在上述实施例的基础上，结合图2所示，本申请实施例提供的燃料电池的增湿系统还包括引射器11，引射器11的第一端口与第一减压阀1的第二端口连接，引射器11的第二端口与燃料电池电堆100的进气口B0连接，引射器11的第三端口与气液分离器2的出气口连接。
具体的，引射器11利用第一减压阀1的第二端口输出的高压高速高能燃料气体，将气液分离器2的出气口未反应完全的混合气体引射回流进入燃料电池电堆100的进气口B0，从而使未反应完全的混合气体的再次利用，提高燃料气体的转化效率，节约能源。
图3是本申请提供的又一种燃料电池的增湿系统的示意图。
在上述实施例的基础上，结合图3所示，本申请实施例提供的燃料电池的增湿系统还包括至少一个气体浓度传感器12，气体浓度传感器12的检测端位于燃料电池电堆100内；其中，气体浓度传感器至少包括氢气浓度传感器，氢气浓度传感器用于检测燃料电池电堆100内部的氢气浓度。
具体的，气体浓度传感器12可以设置燃料电池电堆100的内部或者燃料电池电堆100的外部，这里不做具体限制。
作为一个示例，通过气体浓度传感器12检测燃料电池电堆100内部气体的浓度，例如氢气、氧气、氮气等。利用氢气浓度传感器检测燃料电池电堆100内部的氢气浓度，在氢气浓度满足电堆使用需求的前提下，调节燃料电池电堆的进气口主通道上减压阀与加湿通道上减压阀的比例开度，减少杂质气体的回流，使电堆恢复正常的气体浓度，实现电堆功率与加湿的解耦。
在上述实施例的基础上，结合图1-图4所示，本申请实施例提供的燃料电池的增湿系统还包括电堆状态检测装置（图中未示出），电堆状态检测装置包括阻抗检测仪；电堆状态检测装置用于检测燃料电池电堆100的电堆状态。
具体的，电堆状态检测装置可以设置燃料电池电堆100的内部或者燃料电池电堆100的外部，这里不做具体限制。
作为一个示例，电堆状态检测装置为阻抗检测仪，通过检测燃料电池电堆100的阻抗值，判断当前时刻燃料电池电堆100的电堆状态。
在上述实施例的基础上，继续结合图1-图3所示，本申请实施例提供的燃料电池的增湿系统还包括控制器（图中未示出），图1中，控制器分别与燃料电池电堆100、第一减压阀1、第一开关阀3、第二开关阀4、第三开关阀6、第四开关阀7、第二减压阀8、雾化器9和液位传感器10。
通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器。控制器用于控制第一减压阀1和第二减压阀8的开度，控制第一开关阀3、第二开关阀4、第三开关阀6、第四开关阀7、雾化器9和引射器11的开启和关闭，以及用于接收液位传感器10检测的储液箱5内的液体水位，并对接收到的液体水位进行解析处理。
图2中，控制器分别与燃料电池电堆100、第一减压阀1、第一开关阀3、第二开关阀4、第三开关阀6、第四开关阀7、第二减压阀8、雾化器9和液位传感器10和引射器11连接；图3中，控制器分别与燃料电池电堆100、第一减压阀1、第一开关阀3、第二开关阀4、第三开关阀6、第四开关阀7、第二减压阀8、雾化器9、液位传感器10、和引射器11、气体浓度传感器12和电堆状态检测装置。
具体的，控制器可以是中央处理器 (Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Rray，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。
基于同一个发明构思，本发明实施例还提供了一种燃料电池的增湿方法，用于控制上述实施例提供的增湿系统。图4是本申请提供的一种燃料电池的增湿方法的示意图。结合图1-图4所示，本申请实施例提供的燃料电池的增湿方法包括：
S101、获取燃料电池电堆所需的气体流量。
S102、根据所需的气体流量，控制第一减压阀和第二减压阀的比例开度。
具体的，结合图1-图4所示，所示增湿系统的控制器获取当前时刻燃料电池电堆所需的气体流量，通过调节第一减压阀1开度，控制燃料电池电堆100的进气口B0主通道上氢气供给压力，通过调节第二减压阀8的开度，控制燃料电池电堆100的进气口B0加湿通道上的氢气供给压力，根据当前时刻燃料电池电堆所需的气体流量，合理调节第一减压阀1和第二减压阀8的比例开度，不仅可以控制燃料电池电堆100内的气体流量，从而使得燃料电池电堆100的进气口B0的气体浓度满足当前时刻燃料电池电堆需求量；还可以利用高压气体将燃料电池电堆100的多余湿气从燃料电池电堆100的排气口B1排出，从而对燃料电池电堆100的减湿。同时该系统没有新增额外辅助系统功耗，具有成本低的优势。
S103、获取储液箱中的检测水位。
S104、根据检测水位与标准水位的大小关系，控制雾化器的雾化状态。
具体的，液位传感器10实时监测储液箱5内液态水的水位，并将获取的监测水位传输至控制器，储液箱5内的液态水来自燃料电池电堆100阳极排出。
控制器比较检测水位与已存储的标准水位的大小，控制第三开关阀6和第四开关阀7以及雾化器9的启动或关闭，利用第二减压阀8通道的高压气体，基于高压氢气驱动，雾化器9自动抽取储液箱5的液态水。
当雾化器9启动时，可将吸入的液态水雾化，在高压驱动的带动下将加湿后的氢气进入燃料电池电堆100的进气口，向燃料电池电堆100提供加湿后的燃料气体，实现对从而对燃料电池电堆100的加湿。本申请通过控制第一减压阀和第二减压阀的比例开度以及雾化器9的雾化状态，在没有新增额外辅助系统功耗的前提下，实现电堆加湿、减湿以及气体浓度的控制，实现电堆功率与加湿的解耦。
图5是本申请提供的又一种燃料电池的增湿方法的示意图。
在上述实施例的基础上，标准水位包括第一水位和第二水位，第一水位小于第二水位。第一水位小于第二水位，作为一个示例，第一水位为储液箱满水位的20%位置处，第二水位为储液箱满水位的80%位置处。步骤104中，结合图1-图5所示，本申请提供的增湿方法包括：
S1、当检测水位≥第二水位，控制第三开关阀和第四开关阀开启，控制雾化器开启。
具体的，当监测到的储液箱5内的液态水检测水位大于或者等于第二水位（80%），说明此时储液箱5临近满水位，需要开启第三开关阀6，作为一个示例，控制第三开关阀6持续开启第一时间t1，以使多余的液态水排除；开启第四开关阀7，以使液态水进入雾化器9；开启雾化器9，将液态水雾化后，对第二减压阀8通道输入的高压气体加湿后，从燃料电池电堆100的进气口B0的输入。
S2、当水位≤第一水位，控制第三开关阀和控制第四开关阀关闭，控制雾化器关闭。
具体的，当监测到的储液箱5内的液态水检测水位小于或者等于第一水位（20%），说明此时储液箱5为低水位，需要关闭第三开关阀6，阻止液态水排放，同时控制第四开关阀7和雾化器9关闭。作为一个示例，控制第四开关阀7持续关闭第二时间t2，以阻止雾化器9雾化。进一步，通过第一减压阀1和第二减压阀8的比例开度，调节燃料电池电堆100的进气口B0的气体流量，利用高压气体将燃料电池电堆100的多余湿气从燃料电池电堆100的排气口B1排除，从而对燃料电池电堆100的减湿。其中，比例开度开度越大，开关阀的开启程度越大，气体流量越大。
其中，第一时间t1和第二时间t2为标定值。示例性的，第一时间t1可以为1分钟，第二时间t2为可以为2分钟，具体时间可以根据储液箱5的水位设置。
S3、当第一水位＜水位＜第二水位，控制第三开关阀关闭，控制第四开关阀开启，控制雾化器开启。
具体的，当监测到的储液箱5内的液态水检测水位介于第一水位（20%）和第二水位（80%）之间，说明此时储液箱5的液态水水位适中，需要关闭第三开关阀6，阻止液态水排放，同时控制第四开关阀7和雾化器9开启，利用第二减压阀8通道的高压气体，基于高压氢气驱动，雾化器9自动抽取储液箱5的液态水，将液态水雾化后，对第二减压阀8通道输入的高压气体加湿后，从燃料电池电堆100的进气口B0的输入，实现对燃料电池电堆100的加湿。
在上述实施例的基础上，在步骤S3中，当第一水位＜水位＜第二水位，增湿方法还包括：
S31、判断燃料电池电堆的电堆状态。
具体的，采用电堆状态检测装置检测燃料电池电堆100的电堆状态。其中，电堆状态包括膜干状态、水淹状态和水平衡状态。
作为一个示例，结合图1-图3所示，电堆状态检测装置为阻抗检测仪，通过检测燃料电池电堆100的阻抗值，判断当前时刻燃料电池电堆100的电堆状态
S32、当燃料电池电堆的电堆状态为膜干状态，控制第四开关阀开启，同时调节第二开关阀的开度。
具体的，结合图1-图3所示，当电堆状态检测装置检测到当前燃料电池电堆100的电堆状态为膜干状态，说明此时燃料电池电堆100内部水含量不足易导致膜干故障，因此，控制器自动控制第四开关阀7开启，雾化器9启动，同时调节第二减压阀8的开度，控制雾化器9的出气口输出的加湿气体流量，使得电堆恢复至正常水平衡状态。
其中，水平衡状态指的是电堆内部水含量达到预期值，可以实现电堆功率与加湿的解耦。
S33、当燃料电池电堆的电堆状态为水淹状态，控制第四开关阀关闭，同时调节第二开关阀的开度。
结合图3所示，当电堆状态检测装置检测到当前燃料电池电堆的电堆状态为水淹状态，说明此时燃料电池电堆100内部水含量过易高产生水淹故障，因此，控制器自动控制第四开关阀7关闭，阻止液体水进入雾化器9，同时调节第二减压阀8的开度，以控制雾化器9的出气口输出的干燥气体流量，使得电堆恢复至正常水平衡状态。
在上述实施例的基础上，在步骤S3中，当第一水位＜水位＜第二水位，增湿方法还包括：
S34、获取燃料电池电堆内的氢气浓度。
S35、根据氢气浓度与标准浓度的大小关系，控制第一减压阀和第二减压阀的比例开度。
具体的，结合图2和图3所示，采用氢气浓度传感器实时检测燃料电池电堆100内部的氢气浓度，在氢气浓度满足电堆使用需求的前提下，可以调节燃料电池电堆的进气口主通道上减压阀与加湿通道上减压阀的比例开度，减少杂质气体的回流，从而控制燃料电池电堆内的气体浓度。
作为一个示例，当燃料电池电堆100内部的杂质气体浓度较高时，可以适当减小第一减压阀1的开度，同时增加第二减压阀8的开度，减小燃料电池电堆的进气口B0主通道上的气体流量，增大燃料电池电堆的进气口B0加湿通道上的气体流量，对燃料电池电堆100内部加湿，提高电堆功率与加湿的解耦效率，从而减小杂质气体从引射器11回流至燃料电池电堆100内部，使得电堆恢复正常的气体浓度。
需要说明的是，结合图1-图3所示，在燃料电池电堆反应过程中，第一开关阀3开启，以便氮气等杂质气体从增湿系统的出气口A1排出；第二开关阀4开启，以便控制气液分离器2中的液态水排入储液箱5中。
综上，本身申请提供的燃料电池的增湿方法，通过多个比例阀、开关阀的联合控制，在没有新增额外辅助系统功耗的前提下，实现了对燃料电池电堆内燃料气体加湿、减湿以及燃料气体浓度的有效控制。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种燃料电池的增湿系统，其特征在于，包括燃料电池电堆、第一减压阀、气液分离器、第一开关阀、第二开关阀、储液箱、第三开关阀、第四开关阀、第二减压阀、雾化器和至少一个液位传感器，所述液位传感器的检测端位于所述储液箱内；
所述增湿系统的高压进气口分别与所述第一减压阀的第一端口和所述第二减压阀的第一端口连接，所述第一减压阀的第二端口与所述燃料电池电堆的进气口连接，所述燃料电池电堆的排气口与所述气液分离器的进气口连接，所述气液分离器的出气口与所述第一开关阀的第一端口连接，所述第一开关阀的第二端口与所述增湿系统的出气口连接，所述气液分离器的出水口与所述第二开关阀的第一端口连接，所述第二开关阀的第二端口与所述储液箱的进气口连接，所述储液箱的第一出水口与所述第三开关阀的第一端口连接，所述储液箱的第二出水口与所述第四开关阀的第一端口连接，所述第四开关阀的第二端口与所述雾化器的进水口连接，所述雾化器的进气口与所述第二减压阀的第二端口连接，所述雾化器的出气口与所述燃料电池电堆的进气口连接。
2.根据权利要求1所述的增湿系统，其特征在于，还包括引射器，所述引射器的第一端口与所述第一减压阀的第二端口连接，所述引射器的第二端口与所述燃料电池电堆的进气口连接，所述引射器的第三端口与所述气液分离器的出气口连接。
3.根据权利要求1所述的增湿系统，其特征在于，还包括电堆状态检测装置，所述电堆状态检测装置包括阻抗检测仪；
所述电堆状态检测装置设置在所述燃料电池电堆的内部或者所述燃料电池电堆的外部，用于检测所述燃料电池电堆的电堆状态。
4.根据权利要求1所述的增湿系统，其特征在于，还包括至少一个气体浓度传感器，所述气体浓度传感器的检测端位于所述燃料电池电堆的内部；
其中，所述气体浓度传感器至少包括氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器用于检测所述燃料电池电堆内部的氢气浓度。
5.根据权利要求1所述的增湿系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述燃料电池电堆、所述第一减压阀、所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀、所述第四开关阀、所述第二减压阀、所述雾化器和所述液位传感器连接。
6.一种燃料电池的增湿方法，其特征在于，所述增湿方法包括：
获取燃料电池电堆所需的气体流量；
根据所述所需的气体流量，控制第一减压阀和第二减压阀的比例开度；
获取储液箱中的检测水位；
根据所述检测水位与标准水位的大小关系，控制雾化器的雾化状态。
7.根据权利要求6所述的增湿方法，其特征在于，所述标准水位包括第一水位和第二水位，所述第一水位小于所述第二水位；
根据所述检测水位与标准水位的大小关系，控制雾化器的雾化状态，包括：
当所述检测水位≥第二水位，控制第三开关阀和第四开关阀开启，控制雾化器开启；
当所述检测水位≤第一水位，控制第三开关阀和控制第四开关阀关闭，控制雾化器关闭；
当所述第一水位＜所述检测水位＜所述第二水位，控制第三开关阀关闭，控制第四开关阀开启，控制雾化器开启。
8.根据权利要求7所述的增湿方法，其特征在于，所述增湿方法还包括：
当所述检测水位≥第二水位，控制第三开关阀持续开启第一时间；
当所述检测水位≤第一水位，控制第四开关阀持续关闭第二时间；
其中，所述第一时间和所述第二时间为标定值。
9.根据权利要求7所述的增湿方法，其特征在于，当所述第一水位＜所述水位＜所述第二水位，所述增湿方法还包括：
判断当前所述燃料电池电堆的电堆状态；
当所述燃料电池电堆的电堆状态为膜干状态，控制第四开关阀开启，同时调节第二开关阀的开度，以控制所述雾化器的出气口输出的加湿气体流量；
当燃料电池电堆的电堆状态为水淹状态，控制第四开关阀关闭，同时调节第二开关阀的开度，以控制所述雾化器的出气口输出的干燥气体流量。
10.根据权利要求8所述的增湿方法，其特征在于，当所述第一水位＜所述水位＜所述第二水位，所述增湿方法还包括：
获取燃料电池电堆内的氢气浓度；
根据所述氢气浓度与标准浓度的大小关系，控制第一减压阀和第二减压阀的比例开度，从而控制燃料电池电堆内的气体浓度。
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