CN116598544A - 燃料电池湿度控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池湿度控制方法及装置。该装置包括：电池电堆、汽水分离器、湿度检测装置、储液箱、氢循环泵和加湿装置；电池电堆的阳极入口分别与氢循环泵和供氢系统连接；电池电堆的阳极出口与汽水分离器连接，汽水分离器用于将阳极出口上产生的水进行液化，得到液态水；电池电堆与湿度检测装置连接；加湿装置位于水输入路径中，当湿度检测装置检测到电池电堆的湿度低于预设湿度阈值时，加湿装置向水输入路径中注入水；水输入路径包括从汽水分离器起始，经过汽水分离器的第一出口至氢循环泵，经氢循环泵至电池电堆的阳极入口结束。能够及时为电堆补水，提高电池寿命。
Description
技术领域
本发明实施例涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池湿度控制方法及装置。
背景技术
目前，自增湿燃料电池系统将燃料电池电堆运行过程中生成水的一部分重新引入电堆，以维持电堆内部的湿度，保持膜电极能够正常工作。
然而在特殊工况和情形下，完全靠电堆内部产水无法满足电堆对湿度的需求，导致电堆因为膜干内阻升高，性能降低。若长时间处于这种情况下，电堆性能会发生明显衰减，导致耐久性下降，寿命降低。
发明内容
本发明提供一种燃料电池湿度控制方法及装置，以实现稳定控制电池电堆湿度，进而提高电池寿命。
第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池湿度控制装置，包括：
电池电堆、汽水分离器、湿度检测装置、储液箱、氢循环泵和加湿装置；
所述电池电堆的阳极入口分别与所述氢循环泵和供氢系统连接；
所述电池电堆的阳极出口与所述汽水分离器连接，所述汽水分离器用于将所述阳极出口上产生的水进行液化，得到液态水；
所述电池电堆与湿度检测装置连接；
所述加湿装置位于水输入路径中，当所述湿度检测装置检测到所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值时，所述加湿装置向所述水输入路径中注入水；所述水输入路径包括从所述汽水分离器起始经，经过所述汽水分离器的第一出口至过所述氢循环泵，经所述氢循环泵至所述电池电堆的阳极入口结束。
第二方面，本发明实施例还提供了一种燃料电池湿度控制方法，所述方法基于如本申请实施例所示的燃料电池湿度控制装置实现，包括：
获取电池电堆的湿度；
若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制所述加湿装置产生水，以便所述水通过水输入路径进入所述电池电堆。
第三方面，本发明实施例还提供了一种燃料电池，包括如本申请实施例所示的燃料电池湿度控制装置。
本发明实施例提供的燃料电池湿度控制装置，湿度检测装置能够对电堆的湿度进行检测，当检测到电堆的湿度低于预设湿度阈值时，控制所述加湿装置产生水蒸气或水雾，以便所述水蒸气或水雾通过水输入路径进入所述电池电堆，实现在已有自增湿燃料电池系统的基础上，额外增加水的输入，因此能够在电堆的湿度低于预设湿度阈值时，及时对电堆进行补水，避免电堆缺水导致内阻升高性能下降，提高电池性能稳定性。同时，能够避免电池长时间处于缺水状态，提高电池耐久性，提高电池寿命。尤其是在干燥、高温等环境长时间停机，频繁启停吹扫以及长时间低负载运行等能够引起电堆内部过干的场景和工况下，能够显著提升电堆内部湿度，提高电堆稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例一中的燃料电池湿度控制装置的结构示意图。
图2是本发明实施例一中的另一个燃料电池湿度控制装置的结构示意图。
图3是本发明实施例二中的燃料电池湿度控制方法的流程图。
1-电池电堆、2-汽水分离器、3-湿度检测装置、4-氢循环泵，5-雾化器、6-液位传感器、7-储液箱、71-补液阀、8-尾排系统、81-排水阀，82-排氢阀，9-供氢系统，10-电控喷嘴。
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。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的燃料电池湿度控制装置的结构示意图，本实施例可适用于自增湿燃料电池内电堆缺水的场景，该装置位于燃料电池中，包括：电池电堆1、汽水分离器2、湿度检测装置3、氢循环泵4和加湿装置。
所述电池电堆1的阳极入口分别与所述氢循环泵4和供氢系统9连接。所述电池电堆1的阳极出口与所述汽水分离器2连接，所述汽水分离器2用于将所述阳极出口上产生的水进行液化，得到液态水。所述电池电堆1与湿度检测装置3连接。
所述加湿装置位于水输入路径中，当所述湿度检测装置3检测到所述电池电堆1的湿度低于预设湿度阈值时，所述加湿装置向所述水输入路径中注入水；所述水输入路径包括从所述汽水分离器2起始经，经过所述汽水分离器2的第一出口至过所述氢循环泵4，经所述氢循环泵4至所述电池电堆1的阳极入口结束。
湿度检测装置3用于检测电池电堆1内的含水量。可以通过下述任意一种或多种方法的组合测量含水量：检测阴阳极流阻、电堆性能、高频阻抗或膜电极内阻。
加湿装置用于向水输入路径中输入水。只要能在水输入路径输入水的装置均可作为加湿装置。加湿装置的包括但不限于下面两种实现方式。加湿装置向所述水输入路径中注入的水为水蒸气或水雾。
在一种实现方式中，所述加湿装置位于所述汽水分离器2中；所述加湿装置为雾化器5，所述雾化器5用于将所述汽水分离器2中的液态水转换为水蒸气或水雾。
在常规汽水分离器2中，设置雾化器5。雾化器5的进水口位于汽水分离器2的液面下。输出口位于汽水分离器2的液面上。雾化器5产生的水通过汽水分离器2的第一出口进入氢循环泵4，然后进入电池电堆1，实现为电堆补水。
需要说明的是，目前汽水分离器2通常用于将电池电堆1的阳极出口上的水转换为液态水，并进行存储。本实施例中通过在汽水分离器2中增加雾化器5，实现反向的从液体到气体的转换，进而实现额外增加水份。
在上述实施方式的基础上，所述汽水分离器2还包括：液位传感器6，所述汽水分离器2的第二出口通过补液阀71与储液箱7连接。
为了避免雾化器5转换过多的液态水，在汽水分离器2中设置液位传感器6。当所述液位传感器6检测到所述汽水分离器2中液位低于预设液位高度时，打开所述补液阀71，以便所述储液箱7中的液体通过所述第二出口进入所述汽水分离器2。实现根据汽水分离器2中水位自动进行液态水补充。
在上述实施方式的基础上，所述汽水分离器2的第二出口通过排水阀81与尾排系统8连接；所述汽水分离器2的第一出口与排氢阀82的入端连接，所述排氢阀82的出端与所述尾排系统8。
当所述雾化器5触发转换时，关闭所述排水阀81，打开所述排氢阀82。关闭排水阀81，避免汽水分离器2中水位下降过快。打开排氢阀82用于将产生的氢或水排出。
在另一种实施方式中，如图2所示，所述加湿装置为电控喷嘴10，所述电控喷嘴10的输入端与给水池连接。
所述电控喷嘴10的喷头位于所述水输入路径中的管道内，所述管道为所述汽水分离器2与所述氢循环泵4之间的管道或所述氢循环泵4与所述电池电堆1的阳极出口之间的管道。
电控喷嘴10与湿度检测装置3连接。当湿度检测装置3检测到电池电堆1湿度低于预设湿度阈值时，向电控喷嘴10发送喷水信号。电控喷嘴10接收到该信号后，向水输入路径中喷入水蒸气或水雾。本实施方式与图1所示方式不同在于，取消了汽水分离器2中设置的雾化器5，改为电控喷嘴10。
本发明实施例提供的燃料电池湿度控制装置，湿度检测装置3能够对电堆的湿度进行检测，当检测到电堆的湿度低于预设湿度阈值时，控制所述加湿装置产生水蒸气或水雾，以便所述水蒸气或水雾通过水输入路径进入所述电池电堆1，实现在已有自增湿燃料电池系统的基础上，额外增加水的输入，因此能够在电堆的湿度低于预设湿度阈值时，及时对电堆进行补水，避免电堆缺水导致内阻升高性能下降，提高电池性能稳定性。同时，能够避免电池长时间处于缺水状态，提高电池耐久性，提高电池寿命。尤其是在干燥、高温等环境长时间停机，频繁启停吹扫以及长时间低负载运行等能够引起电堆内部过干的场景和工况下，能够显著提升电堆内部湿度，提高电堆稳定性。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的燃料电池湿度控制方法的流程图，本实施例可适用于自增湿燃料电池内电堆缺水的场景，该方法基于实施例一中的燃料电池湿度控制装置实施，包括：
S110、获取电池电堆的湿度。
S120、若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制所述加湿装置产生水，以便所述水通过水输入路径进入所述电池电堆。
在一种实现方式中，若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制所述加湿装置产生水蒸气或水雾，以便所述水蒸气或水雾通过水输入路径，进入所述电池电堆，包括：
若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制雾化器吸收汽水分离器中的液态水，形成水蒸气或水雾，水蒸气或水雾通过水输入路径进入所述电池电堆。
在上述实施方式的基础上，在若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制所述加湿装置产生水之后，还包括：
通过液位传感器获取汽水分离器中的液位高度；
若所述液位高度小于预设液位高度时，打开补液阀关闭排水阀；
对汽水分离器进行补液，使所述液位高度大于所述预设液位高度。
在另一种实现方式中，所述若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制所述加湿装置产生水，以便所述水通过水输入路径进入所述电池电堆，包括：
若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制电动喷嘴向水输入路径中喷入水蒸气或水雾，以便所述水蒸气或水雾通过水输入路径进入所述电池电堆。
本发明实施例提供的燃料电池湿度控制方法，能够当检测到电堆的湿度低于预设湿度阈值时，控制所述加湿装置产生水蒸气或水雾，以便所述水蒸气或水雾通过水输入路径进入所述电池电堆，实现在已有自增湿燃料电池系统的基础上，额外增加水的输入，因此能够在电堆的湿度低于预设湿度阈值时，及时对电堆进行补水，避免电堆缺水导致内阻升高性能下降，提高电池性能稳定性。同时，能够避免电池长时间处于缺水状态，提高电池耐久性，提高电池寿命。尤其是在干燥、高温等环境长时间停机，频繁启停吹扫以及长时间低负载运行等能够引起电堆内部过干的场景和工况下，能够显著提升电堆内部湿度，提高电堆稳定性。
实施例三
本发明实施例还提供了一种燃料电池，包括本发明任一实施例所示的燃料电池湿度控制装置。
本发明提供的一种燃料电池，具有上述方面的任一项燃料电池湿度控制装置和上述方面的任一项燃料电池湿度控制方法。
湿度检测装置能够对电堆的湿度进行检测，当检测到电堆的湿度低于预设湿度阈值时，控制所述加湿装置产生水，以便所述水通过水输入路径进入所述电池电堆，实现在已有自增湿燃料电池系统的基础上，额外增加水的输入，因此能够在电堆的湿度低于预设湿度阈值时，及时对电堆进行补水，避免电堆缺水导致内阻升高性能下降，提高电池性能稳定性。同时，能够避免电池长时间处于缺水状态，提高电池耐久性，提高电池寿命。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
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)
1.一种燃料电池湿度控制装置，其特征在于，包括：
电池电堆、汽水分离器、湿度检测装置、储液箱、氢循环泵和加湿装置；
所述电池电堆的阳极入口分别与所述氢循环泵和供氢系统连接；
所述电池电堆的阳极出口与所述汽水分离器连接，所述汽水分离器用于将所述阳极出口上产生的水进行液化，得到液态水；
所述电池电堆与湿度检测装置连接；
所述加湿装置位于水输入路径中，当所述湿度检测装置检测到所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值时，所述加湿装置向所述水输入路径中注入水；所述水输入路径包括从所述汽水分离器起始，经过所述汽水分离器的第一出口至所述氢循环泵，经所述氢循环泵至所述电池电堆的阳极入口结束。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加湿装置位于所述汽水分离器中；
所述加湿装置为雾化器，所述雾化器用于将所述汽水分离器中的液态水转换为水蒸气或水雾。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述汽水分离器还包括：液位传感器，所述汽水分离器的第二出口通过补液阀与储液箱连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述汽水分离器的第二出口通过排水阀与尾排系统连接；所述汽水分离器的第一出口与排氢阀的入端连接，所述排氢阀的出端与所述尾排系统。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加湿装置为电控喷嘴，所述电控喷嘴的输入端与给水池连接；
所述电控喷嘴的喷头位于所述水输入路径中的管道内，所述管道为所述汽水分离器与所述氢循环泵之间的管道或所述氢循环泵与所述电池电堆的阳极出口之间的管道。
6.一种燃料电池湿度控制方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1-5中任一项所述的燃料电池湿度控制装置实现，包括：
获取电池电堆的湿度；
若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制所述加湿装置产生水，以便所述水通过水输入路径进入所述电池电堆。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制所述加湿装置产生水，以便所述水通过水输入路径，进入所述电池电堆，包括：
若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制雾化器吸收汽水分离器中的液态水，形成水蒸气或水雾，所述水蒸气或水雾通过水输入路径进入所述电池电堆。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制所述加湿装置产生水之后，还包括：
通过液位传感器获取汽水分离器中的液位高度；
若所述液位高度小于预设液位高度时，打开补液阀关闭排水阀；
对汽水分离器进行补液，使所述液位高度大于所述预设液位高度。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制所述加湿装置产生水，以便所述水通过水输入路径进入所述电池电堆，包括：
若所述电池电堆的湿度低于预设湿度阈值，控制电动喷嘴向水输入路径中喷入水蒸气或水雾，以便所述水蒸气或水雾通过水输入路径进入所述电池电堆。
10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的燃料电池湿度控制装置。
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