CN116742048A - 燃料电池的供气增湿系统、供气增湿方法及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃料电池的供气增湿系统，空压机、中冷器、水雾喷射装置和控制装置，中冷器内设有空气通道，空气通道具有空气进口端和空气出口端，空压机的出口端与中冷器的空气进口端连通，中冷器的空气出口端设有连接管路，连接管路用于连接燃料电池的电堆以向其导送进堆空气，水雾喷射装置连接于连接管路，可向连接管路内喷射水雾以对进堆空气进行增湿，控制装置与水雾喷射装置电性连接，用于根据燃料电池的电堆的负荷控制水雾喷射装置的喷射量。本发明的燃料电池的供气增湿系统，相较于目前采用被动外部空气增湿器的增湿方式，可以灵活调整燃料电池在不同的电堆负荷下的进堆空气的湿度，以满足不同的工作条件下的空气湿度要求。

Description

燃料电池的供气增湿系统、供气增湿方法及存储介质
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池的供气增湿系统、供气增湿方法及存储介质。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。
燃料电池系统对内部的湿度状态要求较高，在不同工作负荷或电流密度下，均要求有合适的膜电极湿度状态以调节电堆内部湿度状态。
目前，燃料电池通常采用被动外部空气增湿器的增湿方式，虽可实现对空气路进堆空气的增湿，但难以满足不同工作负荷或电流密度下的空气湿度要求。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种燃料电池的供气增湿系统，旨在解决目前采用被动外部空气增湿器难以满足不同工作负荷或电流密度下的空气湿度要求的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种燃料电池的供气增湿系统，该燃料电池的供气增湿系统包括空压机、中冷器、水雾喷射装置和控制装置，所述中冷器内设有空气通道，所述空气通道具有空气进口端和空气出口端，所述空压机的出口端与所述中冷器的空气进口端连通，所述中冷器的空气出口端设有连接管路，所述连接管路用于连接所述燃料电池的电堆以向其导送进堆空气，所述水雾喷射装置连接于所述连接管路，可向所述连接管路内喷射水雾以对进堆空气进行增湿，所述控制装置与所述水雾喷射装置电性连接，用于根据所述燃料电池的电堆的负荷控制所述水雾喷射装置的喷射量。
在一些实施例中，所述连接管路内设置有湿度传感器，用于检测进堆空气的湿度；
所述控制装置与所述湿度传感器电性连接，还用于根据所检测的进堆空气的湿度控制所述水雾喷射装置的喷射量。
在一些实施例中，所述水雾喷射装置包括雾化喷嘴、水泵和水箱，所述水箱与所述水泵的进水端连通，所述水泵的出水端与所述雾化喷嘴连通，所述雾化喷嘴的喷射端位于所述连接管路内。
在一些实施例中，所述水雾喷射装置还包括液位检测组件和报警组件，所述液位检测组件设于所述水箱内，用于检测所述水箱的水位并向所述控制装置发送检测信号，所述报警组件用于接收所述控制装置的控制信号进行报警提示。
在一些实施例中，所述水雾喷射装置至少为两个。
本发明还提出一种燃料电池的供气增湿方法，应用于燃料电池的供气增湿系统，所述燃料电池的供气增湿系统包括空压机、中冷器、水雾喷射装置和控制装置，所述中冷器内设有空气通道，所述空气通道具有空气进口端和空气出口端，所述空压机的出口端与所述中冷器的空气进口端连通，所述中冷器的空气出口端设有连接管路，所述连接管路用于连接所述燃料电池的电堆以向其导送进堆空气，所述水雾喷射装置连接于所述连接管路，可向所述连接管路内喷射水雾以对进堆空气进行增湿，所述控制装置与所述水雾喷射装置电性连接，用于根据所述燃料电池的电堆的负荷控制所述水雾喷射装置的喷射量；所述燃料电池的供气增湿方法包括：
获取所述燃料电池的电堆的负荷；
根据所获取的所述燃料电池的电堆的负荷，控制所述水雾喷射装置的喷射量。
在一些实施例中，所述连接管路内设置有湿度传感器，用于检测所述连接管路内进堆空气的湿度；所述燃料电池的供气增湿方法还包括：
获取所述连接管路内进堆空气的湿度；
根据所获取的所述连接管路内进堆空气的湿度，控制所述水雾喷射装置的喷射量。
在一些实施例中，所述水雾喷射装置包括雾化喷嘴、水泵和水箱，所述水箱与所述水泵的进水端连通，所述水泵的出水端与所述雾化喷嘴连通，所述雾化喷嘴的喷射端位于所述连接管路内；所述水雾喷射装置还包括与所述控制装置电性连接的液位检测组件和报警组件，所述液位检测组件设于所述水箱内，用于检测所述水箱的水位并向所述控制装置发送检测信号，所述报警组件用于接收所述控制装置的控制信号进行报警提示；所述燃料电池的供气增湿方法还包括：
获取所述水箱的水位，并判断所述水箱的水位是否低于预设水位值；
若是，则控制所述报警组件进行水量不足的报警提示。
在一些实施例中，所述水雾喷射装置至少为两个；所述燃料电池的供气增湿方法还包括：
监测当前启动使用的所述水雾喷射装置的工作状态；
若工作状态异常，则切换启动使用另一个所述水雾喷射装置。
本发明还提出一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如前述的燃料电池的供气增湿方法。
本发明的燃料电池的供气增湿系统，经空压机压缩后的空气输入至中冷器的空气通道中，中冷器对空压机排出的高温干空气进行冷却降温，以形成进堆空气输入至连接管路中，进而导送至燃料电池的电堆；水雾喷射装置向连接管路内喷射水雾，以对进堆空气进行增湿。通过在中冷器和电堆的连接管路处设置一个喷射水雾量可调的水雾喷射装置，并采用控制装置根据燃料电池的电堆的负荷控制水雾喷射装置的喷射量，相较于目前采用被动外部空气增湿器的增湿方式，可以灵活调整燃料电池在不同的电堆负荷下的进堆空气的湿度，以满足不同的工作条件下的空气湿度要求。
附图说明
图1为本发明燃料电池的供气增湿系统一实施例的系统图；
图2为本发明燃料电池的供气增湿方法一实施例的流程图；
图3为本发明燃料电池的供气增湿方法另一实施例的流程图；
图4为本发明燃料电池的供气增湿方法又一实施例的流程图；
图5为本发明燃料电池的供气增湿方法又一实施例的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种燃料电池的供气增湿系统，参照图1，该燃料电池的供气增湿系统包括空压机1、中冷器2、水雾喷射装置3和控制装置，中冷器2内设有空气通道，空气通道具有空气进口端和空气出口端，空压机1的出口端与中冷器2的空气进口端连通，中冷器2的空气出口端设有连接管路4，连接管路4用于连接燃料电池的电堆5以向其导送进堆空气，水雾喷射装置3连接于连接管路4，可向连接管路4内喷射水雾以对进堆空气进行增湿，控制装置与水雾喷射装置3电性连接，用于根据燃料电池的电堆5的负荷控制水雾喷射装置3的喷射量。
本实施例中，由空压机1压缩后经空压机1的出口端排出空压机1的为高温干空气，高温干空气从中冷器2的空气进口端输入，中冷器2对高温干空气进行冷却降温，冷却后的空气从中冷器2的空气出口端输出至连接管路4中，将水雾喷射装置3连接于所述连接管路4上，水雾喷射装置3可受控制装置控制向连接管路4内喷出雾状的液体，其在连接管路4中与经中冷器2的空气混合，以增加进堆空气的湿度。
本发明的燃料电池的供气增湿系统，经空压机1压缩后的空气输入至中冷器2的空气通道中，中冷器2对空压机1排出的高温干空气进行冷却降温，以形成进堆空气输入至连接管路4中，进而导送至燃料电池的电堆5；水雾喷射装置3向连接管路4喷射水雾，以对进堆空气进行增湿。通过在中冷器2和电堆5的连接管路4处设置一个喷射水雾量可调的水雾喷射装置3，并采用控制装置根据燃料电池的电堆5的负荷控制水雾喷射装置3的喷射量，相较于目前采用被动外部空气增湿器的增湿方式，可以灵活调整燃料电池在不同的电堆5负荷下的进堆空气的湿度，以满足不同的工作条件下的空气湿度要求。
在一些实施例中，参照图1，连接管路4内设置有湿度传感器(未图示)，用于检测进堆空气的湿度；
控制装置与湿度传感器电性连接，还用于根据所检测的进堆空气的湿度控制水雾喷射装置3的喷射量。
本实施例中，在连接管路4设置湿度传感器，可检测到进堆空气的湿度数据，并向控制装置发送检测信号，进而控制器控制水雾喷射装置3的喷射量。其中，当湿度传感器检测到连接管路4的湿度符合当前电堆5负荷的湿度要求时，控制装置控制水雾喷射装置3维持当前的喷射量，以保持满足当前电堆5负荷要求的湿度，湿度传感器可检测不同负荷的湿度，控制装置对不同湿度环境采取不同喷射量的控制调节，以恰好满足湿度调节的要求。
在一些实施例中，参照图1，水雾喷射装置3包括雾化喷嘴31、水泵32和水箱33，水箱33与水泵32的进水端连通，水泵32的出水端与雾化喷嘴31连通，雾化喷嘴31的喷射端位于连接管路4内。
本实施例中，水泵32从水箱33中抽取液态水，加压后从雾化喷嘴31中喷出雾化的液态水雾，液态水雾与中冷器2的空气出口端输出的气体在连接管路4混合，以增加进堆空气的湿度。当电堆5处于不同的工况时，可对雾化喷嘴31的开度和/或水泵32的转速进行调节，以获得合适的喷射量，以满足不同工况下的加湿要求。其中，对雾化喷嘴31的具体结构不作限定。
在一些实施例中，水雾喷射装置3还包括液位检测组件和报警组件，液位检测组件设于水箱33内，用于检测水箱33的水位并向控制装置发送检测信号，报警组件用于接收控制装置的控制信号进行报警提示。
本实施例中，液位检测组件检测到水箱33的水位较低时，向控制装置发送检测信号，进而控制装置发出控制信号，报警组件接收到控制信号后进行报警提示或预警，以提前补足水箱33的水量，保持有足够的水量来满足电堆5的湿度需求。可选地，液位检测组件包括液位传感器。
在一些实施例中，水雾喷射装置3至少为两个。
本实施例中，水雾喷射装置3至少为两个，可以是两个或两个以上，两个或两个以上的水雾喷射装置3均连接于连接管路。增湿系统运行时，可以是其中一个水雾喷射装置3向连接管路内喷射水雾，并且可以进行水雾喷射装置3的喷射切换，即切换至其它的水雾喷射装置3向连接管路内喷射水雾。在燃料电池的供气增湿系统中至少设置两个水雾喷射装置3，可以避免当只有一个水雾喷射装置3，该水雾喷射装置3异常时无法对燃料电池的电堆5进行增湿操作，故通过切换至其它的水雾喷射装置3进行增湿操作，从而保持有持续的水雾喷射装置3的喷射量来满足电堆5的湿度需求。
本发明还提出一种燃料电池的供气增湿方法，应用于燃料电池的供气增湿系统，燃料电池的供气增湿系统包括空压机1、中冷器2、水雾喷射装置3和控制装置，中冷器2内设有空气通道，空气通道具有空气进口端和空气出口端，空压机1的出口端与中冷器2的空气进口端连通，中冷器2的空气出口端设有连接管路4，连接管路4用于连接燃料电池的电堆5以向其导送进堆空气，水雾喷射装置3连接于连接管路4，可向连接管路4内喷射水雾以对进堆空气进行增湿，控制装置与水雾喷射装置3电性连接，用于根据燃料电池的电堆5的负荷控制水雾喷射装置3的喷射量；参照图2，燃料电池的供气增湿方法包括：
步骤S10：获取燃料电池的电堆5的负荷；
步骤S20：根据所获取的燃料电池的电堆5的负荷，控制水雾喷射装置3的喷射量。
本实施例中，获取燃料电池的电堆5的在不同工作条件下的负荷，根据所获取的燃料电池的电堆5的不同负荷对水雾喷射装置3的喷射量进行控制，以满足在不同工作条件下的负荷的湿度需求。其中，在燃料电池启动时，首先获取燃料电池的电堆5的负荷，由于燃料电池自身反应所生成的水量较少，控制装置控制水雾喷射装置3对进堆空气进行高增湿操作，使进堆空气增湿达到湿度要求，避免在启动过程中的过干效应；在燃料电池的电堆5低负荷时，首先获取燃料电池的电堆5的负荷，控制装置再根据所获取的燃料电池的电堆5的负荷控制水雾喷射装置3对进堆空气进行湿度调节；在燃料电池的电堆5中高负荷时，首先获取燃料电池的电堆5的负荷，由于电堆5自身产生的大量的水产生的湿度效应，不需要额外进行加湿，控制装置再根据所获取的燃料电池的电堆5的负荷控制水雾喷射装置3停止对进堆空气进行增湿操作，减少对空气路的操作阻力。当然，此仅为示例性，并非限制性的。
在一些实施例中，参照图3，连接管路4内设置有湿度传感器，用于检测连接管路内进堆空气的湿度；燃料电池的供气增湿方法还包括：
步骤S30：获取连接管路内进堆空气的湿度；
步骤S40：根据所获取的连接管路内进堆空气的湿度，控制水雾喷射装置3的喷射量。
本实施例中，获取在不同工作条件下的进堆空气的湿度，根据所获取的不同工作条件下的进堆空气的湿度对水雾喷射装置3的喷射量进行控制，控制装置根据所获取的燃料电池的电堆5在不同的工作负荷下结合湿度传感器检测到的电堆5湿度来控制水雾喷射装置3的喷射量，可以在不同的工作负荷下获取到进堆空气的湿度，这样可以更精准的控制水雾喷射装置3的喷射量。
在一些实施例中，水雾喷射装置3包括雾化喷嘴31、水泵32和水箱33，水箱33与水泵32的进水端连通，水泵32的出水端与雾化喷嘴31连通，雾化喷嘴31的喷射端位于连接管路4内；水雾喷射装置3还包括与控制装置电性连接的液位检测组件和报警组件，液位检测组件设于水箱33内，用于检测水箱33的水位并向控制装置发送检测信号，报警组件用于接收控制装置的控制信号进行报警提示；参照图4，燃料电池的供气增湿方法还包括：
步骤S50：获取水箱33的水位，并判断水箱33的水位是否低于预设水位值；
步骤S60：若是，则控制报警组件进行水量不足的报警提示。
本实施例中，首先设置一个低水位值，在液位检测组件检测到水箱33的水位低于低水位值时，液位检测组件向控制装置发送检测信号，进而控制装置发出控制信号，报警组件接收到控制信号后进行水量不足的报警提示或预警，以提前补足水箱33的水量，保持水箱33有足够的水量供雾化喷嘴31使用。
在一些实施例中，水雾喷射装置3至少为两个；参照图5，燃料电池的供气增湿方法还包括：
步骤S70：监测当前启动使用的水雾喷射装置3的工作状态；
步骤S80：若工作状态异常，则切换启动使用另一个水雾喷射装置3。
本实施例中，在燃料电池的供气增湿系统中至少设置两个水雾喷射装置3，并监测正在启动使用的水雾喷射装置3的工作状态是否出现异常，当该水雾喷射装置3工作状态异常时，可以切换启动使用另一个水雾喷射装置3，保持有持续的水雾喷射装置3的喷射量来满足电堆5的湿度需求。
本发明还提出一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如前述的燃料电池的供气增湿方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池的供气增湿系统，其特征在于，包括空压机、中冷器、水雾喷射装置和控制装置，所述中冷器内设有空气通道，所述空气通道具有空气进口端和空气出口端，所述空压机的出口端与所述中冷器的空气进口端连通，所述中冷器的空气出口端设有连接管路，所述连接管路用于连接所述燃料电池的电堆以向其导送进堆空气，所述水雾喷射装置连接于所述连接管路，可向所述连接管路内喷射水雾以对进堆空气进行增湿，所述控制装置与所述水雾喷射装置电性连接，用于根据所述燃料电池的电堆的负荷控制所述水雾喷射装置的喷射量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的供气增湿系统，其特征在于，所述连接管路内设置有湿度传感器，用于检测进堆空气的湿度；
所述控制装置与所述湿度传感器电性连接，还用于根据所检测的进堆空气的湿度控制所述水雾喷射装置的喷射量。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的供气增湿系统，其特征在于，所述水雾喷射装置包括雾化喷嘴、水泵和水箱，所述水箱与所述水泵的进水端连通，所述水泵的出水端与所述雾化喷嘴连通，所述雾化喷嘴的喷射端位于所述连接管路内。
4.根据权利要求3所述的燃料电池的供气增湿系统，其特征在于，所述水雾喷射装置还包括液位检测组件和报警组件，所述液位检测组件设于所述水箱内，用于检测所述水箱的水位并向所述控制装置发送检测信号，所述报警组件用于接收所述控制装置的控制信号进行报警提示。
5.根据权利要求1所述的燃料电池的供气增湿系统，其特征在于，所述水雾喷射装置至少为两个。
6.一种燃料电池的供气增湿方法，应用于燃料电池的供气增湿系统，其特征在于，所述燃料电池的供气增湿系统包括空压机、中冷器、水雾喷射装置和控制装置，所述中冷器内设有空气通道，所述空气通道具有空气进口端和空气出口端，所述空压机的出口端与所述中冷器的空气进口端连通，所述中冷器的空气出口端设有连接管路，所述连接管路用于连接所述燃料电池的电堆以向其导送进堆空气，所述水雾喷射装置连接于所述连接管路，可向所述连接管路内喷射水雾以对进堆空气进行增湿，所述控制装置与所述水雾喷射装置电性连接，用于根据所述燃料电池的电堆的负荷控制所述水雾喷射装置的喷射量；所述燃料电池的供气增湿方法包括：
获取所述燃料电池的电堆的负荷；
根据所获取的所述燃料电池的电堆的负荷，控制所述水雾喷射装置的喷射量。
7.根据权利要求6所述的燃料电池的供气增湿方法，其特征在于，所述连接管路内设置有湿度传感器，用于检测所述连接管路内进堆空气的湿度；所述燃料电池的供气增湿方法还包括：
获取所述连接管路内进堆空气的湿度；
根据所获取的所述连接管路内进堆空气的湿度，控制所述水雾喷射装置的喷射量。
8.根据权利要求6所述的燃料电池的供气增湿方法，其特征在于，所述水雾喷射装置包括雾化喷嘴、水泵和水箱，所述水箱与所述水泵的进水端连通，所述水泵的出水端与所述雾化喷嘴连通，所述雾化喷嘴的喷射端位于所述连接管路内；所述水雾喷射装置还包括与所述控制装置电性连接的液位检测组件和报警组件，所述液位检测组件设于所述水箱内，用于检测所述水箱的水位并向所述控制装置发送检测信号，所述报警组件用于接收所述控制装置的控制信号进行报警提示；所述燃料电池的供气增湿方法还包括：
获取所述水箱的水位，并判断所述水箱的水位是否低于预设水位值；
若是，则控制所述报警组件进行水量不足的报警提示。
9.根据权利要求6所述的燃料电池的供气增湿方法，其特征在于，所述水雾喷射装置至少为两个；所述燃料电池的供气增湿方法还包括：
监测当前启动使用的所述水雾喷射装置的工作状态；
若工作状态异常，则切换启动使用另一个所述水雾喷射装置。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求6至9任一项所述的燃料电池的供气增湿方法。
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