CN213660460U - 一种燃料电池气体增湿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池气体增湿系统。该增湿系统包括燃料电池本体、燃料电池单体电压巡检系统、燃料电池控制单元、单向DC、空气供给回路和冷却循环回路，所述燃料电池单体电压巡检系统和所述单向DC均与所述燃料电池本体通讯连接，所述燃料电池控制单元分别与所述燃料电池单体电压巡检系统、所述单向DC、所述空气供给回路、所述冷却循环回路、所述温压检测单元、所述温度检测单元和所述湿度检测单元通讯连接。本实用新型所述的增湿系统，具有反应灵敏、调节速度快、结构集成度高、操作方便和实施成本低等优点。

Description

一种燃料电池气体增湿系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池气体增湿系统。

背景技术

燃料电池水管理对燃料电池的性能、效率、冷启动以及寿命等极其重要。在燃料电池运行过程中质子交换膜需要结合水才能保持质子的传导性，水含量太少,会导致燃料电池内阻增大；若水含量过多,又会导致阴极水淹。燃料电池的欧姆内阻是燃料电池运行时的一个重要的参数，它反映了燃料电池内部的运行状态。从短时间跨度来看，欧姆内阻的变化与质子交换膜的湿度变化之间存在着很大的关系，通过对欧姆内阻的估计可以对膜的湿度进行间接估计，是膜的加湿控制策略的提供输入。但是现有的燃料电池增湿结构中，主要倾向于对燃料电池空气供给一侧湿度的检测和控制，对燃料电池内部增湿情况改善不明显。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种燃料电池气体增湿系统。

本实用新型提供一种燃料电池气体增湿系统，包括燃料电池本体、燃料电池单体电压巡检系统、燃料电池控制单元、单向DC、空气供给回路和冷却循环回路，所述燃料电池单体电压巡检系统和所述单向DC均与所述燃料电池本体通讯连接，所述空气供给回路分别与所述燃料电池本体的阴极入口和阴极出口连接，其用于向所述燃料电池本体内输送湿润空气，所述冷却循环回路分别与所述燃料电池本体的冷却液入口和冷却液出口连接，其用于向所述燃料电池本体内输送冷却液，所述燃料电池本体的阴极入口和和冷却液入口处均设有温压检测单元，其阴极入口和阴极出口处均设有湿度检测单元，其冷却液出口处设有温度检测单元，其中，所述温压检测单元用于检测输入所述燃料电池本体内部空气和冷却液的温度和湿度信息，所述湿度检测单元用于检测所述燃料电池本体阴极入口和阴极出口处空气湿度信息，所述温度检测单元用于检测所述燃料电池本体冷却液出口处冷却液温度信息，所述燃料电池控制单元分别与所述燃料电池单体电压巡检系统、所述单向DC、所述空气供给回路、所述冷却循环回路、所述温压检测单元、所述温度检测单元和所述湿度检测单元通讯连接。

进一步地，所述空气供给回路包括空气压缩机、中冷器、增湿器和空气压缩机控制器，其中，所述空气压缩机、所述中冷器和所述增湿器沿空气的输送方向依次连接，所述增湿器与所述燃料电池本体的阴极入口连接，所述空气压缩机控制器分别与所述空气压缩机和所述燃料电池控制单元通讯连接。

进一步地，所述空气供给回路还包括节气门，所述节气门设置在所述燃料电池本体的阴极出口处，其与所述燃料电池控制单元通讯连接。

进一步地，所述空气压缩机和所述中冷器间设有流量计。

进一步地，所述冷却循环回路包括水箱、散热器、水泵和三通阀，所述三通阀的三个连接端依次与所述水箱、所述散热器和所述水泵连接，所述燃料电池控制单元分别与所述散热器和所述水泵通讯连接。

进一步地，所述温压检测单元为温压一体传感器。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型所述的增湿系统，可同时调动三条回路对燃料电池内反应物气体的湿度进行调节，不仅具有反应灵敏、调节速度快、结构集成度高、操作方便和实施成本低等优点，还可提高对燃料电池水管理效率和工作性能。

附图说明

图1是本实用新型所述一种燃料电池气体增湿系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种燃料电池气体增湿系统，包括燃料电池本体10、燃料电池单体电压巡检系统(CVM)20、燃料电池控制单元 (FCU)30、单向DC40、空气供给回路和冷却循环回路，所述燃料电池单体电压巡检系统CVM20和所述单向DC40均与所述燃料电池本体10通讯连接，所述空气供给回路分别与所述燃料电池本体10的阴极入口和阴极出口连接，其用于向所述燃料电池本体10内输送湿润空气，所述冷却循环回路分别与所述燃料电池本体10的冷却液入口和冷却液出口连接，其用于向所述燃料电池本体10内输送冷却液，所述燃料电池本体10的阴极入口和和冷却液入口处均设有温压检测单元50，其阴极入口和阴极出口处均设有湿度检测单元51，其冷却液出口处设有温度检测单元52，其中，所述温压检测单元50用于检测输入所述燃料电池本体10内部空气和冷却液的温度和湿度信息，所述湿度检测单元51用于检测所述燃料电池本体10阴极入口和阴极出口处空气湿度信息，所述温度检测单元52用于检测所述燃料电池本体10冷却液出口处冷却液温度信息，所述燃料电池控制单元30分别与所述燃料电池单体电压巡检系统20、所述单向DC40、所述空气供给回路、所述冷却循环回路、所述温压检测单元50、所述温度检测单元52和所述湿度检测单元51通讯连接。

在本实用新型中，燃料电池本体10为质子交换膜燃料电池，其与FCU 30、 CVM 20和单向DC40均为现有技术。FCU 30内包括燃料电池欧姆内阻估计模块、燃料电池质子交换膜含水量计算模块，这也为现有技术。温压检测单元50 为温压一体传感器，湿度检测单元51为湿度传感器，温度检测单元52为温度传感器，其均通过燃料电池汽车的CAN网络与FCU30通讯连接。其中，CVM 对燃料电池本体10电压进行监测，并将检测信息发送至FCU 30，FCU30通过其内的燃料电池内阻估算算法和燃料电池本体10欧姆内阻，计算出燃料电池本体10的增湿情况，并通过同时控制单向DC40设置燃料电池本体10的输出电流，空气供给回路输送至燃料电池本体10内空气的温度、湿度和压力，以及冷却循环回路输送至燃料电池本体10内冷却液的温度和压力，达到调节燃料电池本体 10内反应物气体湿度的目的，进而实现对燃料电池进行目标内阻控制，有效地对燃料电池进行水管理。而温压一体传感器一方面可实时监控进入燃料电池本体10内空气和冷却液的温度和压力信息，另一方面还可便于FCU 30实时对空气供给回路输送的空气温度的和压力，以及冷却循环回路输送的冷却液的温度和压力进行实时调节，以提高调节燃料电池本体10内反应物气体湿度的精准度；同理，湿度传感器也便于实现对燃料电池阴极入口和阴极出口处空气湿度的实时监控和调节，温度传感器则便于实现对燃料电池冷却液出口处冷却液温度的实时监控和调节。本实用新型所述的增湿系统，可同时调动三条回路对燃料电池内反应物气体的湿度进行调节，不仅具有反应灵敏、调节速度快、结构集成度高、操作方便和实施成本低等优点，还可提高对燃料电池水管理效率和工作性能。

在上述实施例中，所述空气供给回路包括空气压缩机60、中冷器62、增湿器63和空气压缩机控制器64，其中，所述空气压缩机60、所述中冷器62和所述增湿器63沿空气的输送方向依次连接，所述增湿器63与所述燃料电池本体 10的阴极入口连接，所述空气压缩机控制器64分别与所述空气压缩机60和所述燃料电池控制单元30通讯连接。

在本实用新型中，空气压缩机60一方面用于向燃料电池本体10提供所需的空气，另一方面还可达到给空气增压的目的；中冷器62用于降低压缩后空气的温度；增湿器63则是提高空气的相对湿度；而空气压缩机控制器64则可根据FCU 30的控制命令实现对空气压缩机60的增压压力进行调节。在空气压缩机60、中冷器62、增湿器63和和空气压缩机60的共同作用下，可将符合温度和压力要求的空气输送至燃料电池本体10内。其中，空气压缩机60、中冷器 62、增湿器63和燃料电池本体10依次通过管路进行气路连接。此外，空气压缩机60和中冷器62间设有流量计61，流量计61用于记录进入燃料电池本体 10内的空气流量信息，其与FCU 30通过CAN网路进行通讯连接。

在上述实施例中，所述空气供给回路还包括节气门65，所述节气门65设置在所述燃料电池本体10的阴极出口处，其与所述燃料电池控制单元30通讯连接。

在本实用新型中，FCU 30通过控制并调节节气门65的开度，来达到调节从燃料电池本体10阴极出口输出的气体的压力，以达到改善空气的湿度即气体的含水量。

在上述实施例中，所述冷却循环回路包括水箱70、散热器73、水泵72和三通阀71，所述三通阀71的三个连接端依次与所述水箱70、所述散热器73和所述水泵72连接，所述燃料电池控制单元30分别与所述散热器73和所述水泵 72通讯连接。

在本实用新型中，水箱70用于存储冷却液，三通阀71用于汇聚冷却液，使得冷却液可重新回流至水箱70内，已达到对水箱70内冷却液进行补充的目的。水泵72的转速可以起到调节冷却液的流量和压力的作用。冷却液流量的变化可以使自身流出燃料电池本体11时热量的携带量发生变化从而影响燃料电池本体11内部温度，间接影响到反应气体的温度从而改善气体湿度。而通过FCU 30控制水泵72和散热器73的工作，可达到将进入燃料电池本体10内部冷却液的温度可控在目标范围内。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃料电池气体增湿系统，其特征在于，包括燃料电池本体(10)、燃料电池单体电压巡检系统(20)、燃料电池控制单元(30)、单向DC(40)、空气供给回路和冷却循环回路，所述燃料电池单体电压巡检系统(20)和所述单向DC(40)均与所述燃料电池本体(10)通讯连接，所述空气供给回路分别与所述燃料电池本体(10)的阴极入口和阴极出口连接，其用于向所述燃料电池本体(10)内输送湿润空气，所述冷却循环回路分别与所述燃料电池本体(10)的冷却液入口和冷却液出口连接，其用于向所述燃料电池本体(10)内输送冷却液，所述燃料电池本体(10)的阴极入口和和冷却液入口处均设有温压检测单元(50)，其阴极入口和阴极出口处均设有湿度检测单元(51)，其冷却液出口处设有温度检测单元(52)，其中，所述温压检测单元(50)用于检测输入所述燃料电池本体(10)内部空气和冷却液的温度和湿度信息，所述湿度检测单元(51)用于检测所述燃料电池本体(10)阴极入口和阴极出口处空气湿度信息，所述温度检测单元(52)用于检测所述燃料电池本体(10)冷却液出口处冷却液温度信息，所述燃料电池控制单元(30)分别与所述燃料电池单体电压巡检系统(20)、所述单向DC(40)、所述空气供给回路、所述冷却循环回路、所述温压检测单元(50)、所述温度检测单元(52)和所述湿度检测单元(51)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池气体增湿系统，其特征在于，所述空气供给回路包括空气压缩机(60)、中冷器(62)、增湿器(63)和空气压缩机控制器(64)，其中，所述空气压缩机(60)、所述中冷器(62)和所述增湿器(63)沿空气的输送方向依次连接，所述增湿器(63)与所述燃料电池本体(10)的阴极入口连接，所述空气压缩机控制器(64)分别与所述空气压缩机(60)和所述燃料电池控制单元(30)通讯连接。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池气体增湿系统，其特征在于，所述空气供给回路还包括节气门(65)，所述节气门(65)设置在所述燃料电池本体(10)的阴极出口处，其与所述燃料电池控制单元(30)通讯连接。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池气体增湿系统，其特征在于，所述空气压缩机(60)和所述中冷器(62)间设有流量计(61)。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池气体增湿系统，其特征在于，所述冷却循环回路包括水箱(70)、散热器(73)、水泵(72)和三通阀(71)，所述三通阀(71)的三个连接端依次与所述水箱(70)、所述散热器(73)和所述水泵(72)连接，所述燃料电池控制单元(30)分别与所述散热器(73)和所述水泵(72)通讯连接。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池气体增湿系统，其特征在于，所述温压检测单元(50)为温压一体传感器。

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