[发明专利]燃料电池内部含水量控制系统及方法

说明书

本发明提供了一种燃料电池内部含水量控制系统及方法，该系统包括水量检测系统，安装于燃料电池电堆的两端，用于检测燃料电池电堆中质子膜的含水量，其中水量检测系统包括超声波发生器和超声波接收器，控制器连接至水量检测系统，用于根据从水量检测系统接收的质子膜的含水量调整燃料电池进排气系统的气体供应量。水量检测系统检测出燃料电池内部含水量，根据此内部含水量可推算出质子膜含水量，控制器根据质子膜含水量调节燃料电池进排气系统的气体供应量。通过本发明解决了现有技术中燃料电池在使用时由于质子膜含水量不均匀会导致燃料电池发电功率下降和质子膜使用寿命降低的问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池内部含水量控制系统及方法。

背景技术

氢燃料电池工作时，氢气和空气中的氧气在电化学方应中会产生水，其中一部分水会湿润质子膜，质子膜在湿润的状态下能够增加发电效率，从而电堆发电，一部分水会随着氢气或空气的流动排出电堆。

因此需要对燃料电池电堆中质子膜的含水量进行检测和控制，这部分水是电堆电化学反应之后产生的水，以分散的形式附着在质子膜表面或渗透在质子膜中，或以雾化的状态存在电堆的氢气道和空气道中，最后集中通过水路排出。电堆中的质子膜需要靠水来提高反应的催化活性，如果电堆中氢气和空气流量相对小，水会在氢气道或者空气道中存积多把气道堵塞，气体没法通过电堆，如果电堆中氢气和空气流量相对大，质子膜被吹干，也会使燃料电池发电功率下降，长期不均匀反应会使质子膜的使用寿命大大缩减。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种燃料电池内部含水量控制系统及方法，以解决现有技术中燃料电池在使用时由于质子膜含水量不均匀会导致燃料电池发电功率下降和质子膜使用寿命降低的问题。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种燃料电池内部含水量控制系统，包括水量检测系统，安装于燃料电池电堆的两端，用于检测燃料电池电堆中质子膜的含水量，其中，所述水量检测系统包括超声波发生器和超声波接收器；控制器，连接至所述水量检测系统，用于根据从所述水量检测系统接收的质子膜的含水量调整燃料电池进排气系统的气体供应量。

可选地，所述超声波发生器安装于所述燃料电池电堆的一侧端板上，所述超声波接收器安装于所述燃料电池电堆的另一侧端板上；所述超声波接收器接收所述超声波发生器发送的波段信号，并根据所述波段信号检测所述燃料电池电堆中质子膜的含水量。

可选地，所述控制器还用于将所述质子膜的含水量与预定阈值进行比较；当所述质子膜的含水量大于所述预定阈值时，所述控制器控制所述燃料电池进排气系统增加进气量，直至所述质子膜含水量等于所述预定阈值；当所述质子膜的含水量小于所述预定阈值时，所述控制器控制所述燃料电池进排气系统减少进气量，同时增加所述燃料电池的输出功率直至所述质子膜含水量等于所述预定阈值。

可选地，所述燃料电池进排气系统包括：第一电机和第一节流阀，所述第一电机用于根据从所述控制器接收到的第一控制信号控制所述第一节流阀的开度；所述第一节流阀安装在所述燃料电池电堆的空气进气口处，用于通过控制所述第一节流阀的开度控制所述燃料电池电堆的空气进气量；和/或，第二电机和第二节流阀，所述第二电机用于根据从所述控制器接收到的第二控制信号控制所述第二节流阀的开度；所述第二节流阀安装在所述燃料电池电堆的氢气进气口处，用于通过控制所述第二节流阀的开度控制所述燃料电池电堆的氢气进气量。

可选地，燃料电池进排气系统还包括：第一背压阀，安装在所述燃料电池电堆的空气出口处，用于调整所述燃料电池电堆的空气流道内的空气流量；和/或，第二背压阀，安装在所述燃料电池电堆的氢气出口处，用于调整所述燃料电池电堆的氢气流道内的氢气流量。

可选地，所述控制器还用于当所述质子膜的含水量大于预定阈值时，控制所述第一背压阀和/或所述第二背压阀增大开启角度；当所述质子膜的含水量小于所述预定阈值时，控制所述第一背压阀和/或所述第二背压阀减小开启角度。