CN215771231U - 一种车载燃料电池的湿度调控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种车载燃料电池的湿度调控装置，属于燃料电池湿度调控技术领域，解决了现有技术无法应对复杂电气环境的问题。该装置包括依次连接的电流功率测量设备、湿度传感器、控制器和执行机构；其中，所述电流功率测量设备、湿度传感器的输出端分别于所述控制器的输入端连接；所述控制器的输出端经执行机构与车载燃料电池中与湿度相关的对应器件连接。该装置可适应不同气候，提升了燃料电池运行的可靠性和耐久性。

Description

一种车载燃料电池的湿度调控装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池湿度调控技术领域，尤其涉及一种车载燃料电池的湿度调控装置。

背景技术

随着国家提出碳中和的战略目标，燃料电池作为终极清洁能源在路面交通和轨道交通方面得到大力推广。为了媲美传统汽车发动机，要求燃料电池发动机实现长寿命、高可靠。燃料电池作为一个复杂的耦合系统，有效的水管理是实现系统运行长寿命的必经之路，因此很多燃料电池企业及高校为此投入了大量人力物力进行研究。

当前行业内实现电堆内部湿度监控以及水管理闭环控制多是基于以DC施加扰动或者CVM（云服务器）施加电气扰动的在线锂电池阻抗谱（EIS）技术。

EIS技术的实现需要复杂的电气硬件设计以及大量的数据标定建模，技术开发难度大，成本高。同时，对于燃料电池系统企业来说，平台产品需要适配不同的客户车辆，面对不可控的复杂电气环境，当前开发的EIS监控技术仍存在可靠性问题。

实用新型内容

本实用新型实施例旨在提供一种提供一种车载燃料电池的湿度调控装置，用以解决现有技术无法应对复杂电气环境的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，包括电流功率测量设备、湿度传感器、控制器和执行机构；其中，

所述电流功率测量设备、湿度传感器的输出端分别于所述控制器的输入端连接；所述控制器的输出端经执行机构与车载燃料电池中与湿度相关的对应器件连接。

上述方案的有益效果如下：在不引入新的硬件基础上，充分利用当前燃料电池系统的电流与气体湿度的关系，依据电流在时间上的变化趋势，稳步调控燃料电池系统的水平衡。

基于上述装置的进一步改进，所述与湿度相关的对应器件包括：空压机、进排气节气门、系统散热器、与电堆相连的排氢阀。

进一步，所述电流功率测量设备设置于燃料电池中氢循环泵的输入端，与所述氢循环泵串联；并且，

所述湿度传感器设置于燃料电池的阳极入口，其数量不止一个。

进一步，所述控制器进一步包括依次连接的数据收发单元、分析控制单元、平衡监测单元；并且

所述数据收发单元的输入端与所述电流功率测量设备、湿度传感器的输出端分别连接，其输出端一与所述分析控制单元的输入端一连接，其输出端二与所述平衡监测单元的输入端一连接；所述分析控制单元的输出端一与所述平衡监测单元的启动控制端连接，其输出端二与执行机构连接；所述平衡监测单元的输出端与所述分析控制单元的输入端二连接。

进一步，所述执行机构包括排气阀控制单元、温度控制单元、供气控制单元中的至少一种。

进一步，所述排气阀控制单元进一步包括：设置于排氢阀前端的可控电磁阀，或者分别设置于排氢阀前后端的可控电磁阀。

进一步，所述温度控制单元包括设置于系统散热器前端的可变电阻器或电抗器；并且，

所述可变电阻器或电抗器与所述系统散热器串联。

进一步，所述供气控制单元包括设置于空压机前端的可变电阻器或电抗器，以及节气门开度控制器；其中，

所述可变电阻器或电抗器与所述空压机串联。

进一步，还包括电流传感器；

所述电流传感器设置于燃料电池的输出端，与用电负载串联。

进一步，所述控制器还包括显示操作单元；所述显示操作单元的输入端与所述分析控制单元的输出端二连接；并且，

所述显示操作单元的显示屏上显示：湿度传感器的输出作为车载燃料电池的湿度，以及供用户选择的执行机构，和平衡监测单元获得的平衡监测结果。

上述进一步改进方案的有益效果是：利用燃料电池系统自带的硬件特性建立与燃料电池堆内湿度的关联关系，不引入额外复杂硬件实现湿度监控；无需EIS等复杂技术，可适应不同气候，智能调整燃料电池适应工况，提升燃料电池运行可靠性和耐久性。

提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本实用新型实施例1湿度调控装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例2湿度调控装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

需说明的是，实施例中的燃料电池采用现有的燃料电池系统，例如参见CN201810252908.X中所述，具体结构和各部件功能本领域技术人员能够理解，下文不再赘述。

实施例1

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种车载燃料电池的湿度调控装置，如图1所示，包括电流功率测量设备、湿度传感器、控制器和执行机构。

电流功率测量设备、湿度传感器的输出端分别于控制器的输入端连接；控制器的输出端经执行机构与车载燃料电池中与湿度相关的对应器件连接。

电流功率测量设备，用于实时采集燃料电池中最能体现燃料电池内部湿度的设备的电流或功率。

湿度传感器，用于实时采集电堆输出部位的湿度。

控制器，用于根据当前时刻湿度传感器的输出判断燃料电池电堆内部湿度是否需要调整；以及，如果需要调整，控制执行机构在当前时刻的下一时刻调整燃料电池中对应器件的目标控制参数，以改变电堆内部湿度，并在调整过程中根据电流功率测量设备输出的实时变化判断电堆内部湿度是否达到平衡状态，在达到平衡状态后关闭。

实施时，由于燃料电池系统（优选氢循环泵）的供电电压比较稳定，其电流或功率的实时变化均可用来判断电堆内部湿度是否达到平衡状态。具体采用电流还是功率可视采集设备的类型以及上传信号种类，两者意义相同。

与现有技术相比，本实施例提供的湿度调控装置在不引入新的硬件基础上，充分利用当前系统已有的电流与气体湿度的关系，依据电流在时间上的变化趋势，稳步调控燃料电池系统的水平衡。

实施例2

在实施例1的基础上进行优化，燃料电池中，与湿度相关的对应器件包括：空压机、进排气节气门、系统散热器、与电堆相连的排氢阀。

优选地，电流功率测量设备设置于燃料电池中氢循环泵的输入端，与氢循环泵串联；同时，湿度传感器设置于燃料电池的阳极入口，其数量不止一个。

电流功率测量设备，用于实时采集燃料电池中氢循环泵的运行电流、功率，发送至控制器。可选地，电流功率测量设备可采用与氢循环泵串联的电流表、并联的电压表，或者直接采用功率表，或者采用现有车载燃料电池系统的数据采集控制器，该控制器一般随系统布置在车上，可再将电流、功率上传至外部数据显示控制平台，或云服务器上。

湿度传感器，置于燃料电池电堆的阳极入口处，用于实时采集电堆阳极出口处被引射氢气的湿度，发送至控制器。

优选地，所述控制器进一步包括依次连接的数据收发单元、分析控制单元、平衡监测单元，如图2所示。

所述数据收发单元的输入端与所述电流功率测量设备、湿度传感器的输出端分别连接，其输出端一与所述分析控制单元的输入端一连接，其输出端二与所述平衡监测单元的输入端一连接；所述分析控制单元的输出端一与所述平衡监测单元的启动控制端连接，其输出端二与执行机构连接；所述平衡监测单元的输出端与所述分析控制单元的输入端二连接。可选地，所述分析控制单元和所述平衡监测单元之间也可通过双向数据线连接。

数据收发模块，用于接收电堆阳极出口处被引射氢气的湿度，以及燃料电池中氢循环泵的电流或功率；以及，将所述湿度发送至分析控制模块，并根据平衡监测模块的请求将所述电流或功率发送至平衡监测模块。

分析控制模块，用于将当前时刻电堆阳极出口处被引射氢气的湿度与预设阈值比较，判断燃料电池电堆内部湿度是否需要调整；以及，如果需要调整，启动平衡监测模块，并控制执行机构在当前时刻的下一时刻按照预设方案调整对应目标控制参数，直到接收到平衡监测模块发出的平衡指令，向执行机构发出关闭指令。

平衡监测模块，用于启动后，向数据收发模块发出获取所述电流或功率的请求，根据反馈的当前时刻起预设时段内氢循环泵的电流或功率变化率与预设阈值比较，判断电堆内部湿度是否达到平衡状态，一旦达到平衡状态立即向分析控制模块发出平衡指令。

优选地，所述执行机构包括排气阀控制单元、温度控制单元、供气控制单元中的至少一种。

排气阀控制单元，用于控制燃料电池中与电堆相连的排氢阀的开启与关闭。优选地，所述排气阀控制单元进一步包括设置于排氢阀前端的可控电磁阀，或者分别设置于排氢阀前后端的可控电磁阀。具体地，燃料电池中，电堆的尾气口经分水器分别与排水阀、排氢阀的输入端连接，所述排水阀、排氢阀的输出端与混排管道连接，至少在分水器与排氢阀之间设置电磁阀。

温度控制单元，用于通过控制燃料电池中系统散热器的转速，对电堆内温度进行提升或降低。优选地，所述温度控制单元包括设置于系统散热器前端的可变电阻器或电抗器。并且，所述可变电阻器或电抗器与所述系统散热器串联。系统散热器的转速的转速取决于输入电流大小，通过可变电阻可调整系统散热器的转速。

供气控制单元，用于控制燃料电池中空压机转速、节气门开度，对电堆的供气计量比进行提升或降低。优选地，所述供气控制单元包括设置于空压机前端的可变电阻器或电抗器，以及节气门开度控制器。其中，所述可变电阻器或电抗器与所述空压机串联。节气门开度的调整参见专利CN201810694172.1。

优选地，该湿度调控装置还包括电流传感器；所述电流传感器设置于燃料电池的输出端，与用电负载串联，其输出端与控制器的输入端连接。

优选地，所述控制器还包括显示操作单元；所述显示操作单元的输入端与所述分析控制单元的输出端二连接。

显示操作单元的显示屏上显示：湿度传感器的输出作为车载燃料电池的湿度，以及供用户选择的执行机构，和平衡监测单元获得的平衡监测结果。

与实施例1相比，本实施例提供的装置利用系统自带的硬件特性建立与燃料电池堆内湿度的关联关系，不引入额外复杂硬件实现湿度监控；利用在线数据平台进行分时判定，非实时调整，避免系统工况紊乱无法收敛；无需EIS等复杂技术，可适应不同气候，智能调整燃料电池适应工况，提升燃料电池运行可靠性和耐久性。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中控制器所涉及的程序为现有技术常见的方法，本实用新型不涉及任何软件方面的改进。本实用新型仅需要将各个具有相应功能的装置通过本实用新型实施例所给出的连接关系进行连接即可，其中并不涉及任何程序软件方面的改进。而至于各个相应功能的硬件装置之间的连接方式，均是本领域技术人员可以采用现有技术实现的，在此不做详细说明。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，包括电流功率测量设备、湿度传感器、控制器和执行机构；其中，

所述电流功率测量设备、湿度传感器的输出端分别于所述控制器的输入端连接；所述控制器的输出端经执行机构与车载燃料电池中与湿度相关的对应器件连接。

2.根据权利要求1所述的车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，所述与湿度相关的对应器件包括：空压机、进排气节气门、系统散热器、与电堆相连的排氢阀。

3.根据权利要求2所述的车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，所述电流功率测量设备设置于燃料电池中氢循环泵的输入端，与所述氢循环泵串联；并且，

所述湿度传感器设置于燃料电池的阳极入口，其数量不止一个。

4.根据权利要求3所述的车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，所述控制器进一步包括数据收发单元、分析控制单元、平衡监测单元；其中，

所述数据收发单元的输入端与所述电流功率测量设备、湿度传感器的输出端分别连接，其输出端一与所述分析控制单元的输入端一连接，其输出端二与所述平衡监测单元的输入端连接；所述分析控制单元的输出端一与所述平衡监测单元的启动控制端连接，其输出端二与执行机构连接；所述平衡监测单元的输出端与所述分析控制单元的输入端二连接。

5.根据权利要求4所述的车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，所述执行机构包括排气阀控制单元、温度控制单元、供气控制单元中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，所述排气阀控制单元进一步包括：设置于排氢阀前端的可控电磁阀，或者分别设置于排氢阀前后端的可控电磁阀。

7.根据权利要求5或6所述的车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，所述温度控制单元包括设置于系统散热器前端的可变电阻器或电抗器；并且，

所述可变电阻器或电抗器与所述系统散热器串联。

8.根据权利要求5或6所述的车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，所述供气控制单元包括设置于空压机前端的可变电阻器或电抗器，以及节气门开度控制器；其中，

所述可变电阻器或电抗器与所述空压机串联。

9.根据权利要求1-2、4-6任意一项所述的车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，还包括电流传感器；

所述电流传感器设置于燃料电池的输出端，与用电负载串联，其输出端还与控制器的输入端连接。

10.根据权利要求4-6任意一项所述的车载燃料电池的湿度调控装置，其特征在于，所述控制器还包括显示操作单元；所述显示操作单元的输入端与所述分析控制单元的输出端二连接；并且，

所述显示操作单元的显示屏上显示：湿度传感器的输出作为车载燃料电池的湿度，以及供用户选择的执行机构，和平衡监测单元获得的平衡监测结果。

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