[发明专利]一种燃料电池测试系统加湿装置及加湿方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池测试系统加湿装置及加湿方法，鼓泡加湿与喷淋加湿相互叠加，取长补短，可以有效实现加湿过程的稳定性与快速性。在稳定运行状态和气体流量减小的动态调节状态中，主要采用鼓泡加湿，提高温湿度控制稳定性；在气体流量增加的动态调节状态中，短期内同时采用鼓泡加湿与喷淋加湿，同时开启电加热，以满足温湿度调节快速性要求，待鼓泡加湿器液位达到设定值后，逐渐减小甚至关闭喷淋加湿，最终到达新稳态。温度和湿度的控制是基于热力计算的前馈控制，在湿度传感器测量值到达稳定点之前，通过理论计算，间接的保证加湿的准确性与快速性。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池测试系统加湿装置及加湿方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是当今最有前途的清洁能源技术之一。它可以应用于车辆和固定式发电机。质子交换膜燃料电池具有零排放、低噪声、高能量密度和高可靠性等优点。与其他类型的燃料电池相比，PEMFC具有更好的动态功率响应和更快的启动速度。为提高燃料电池的性能，一个重要指标是膜的含水量，足够的膜含水量可以保证其具有较高的质子导电性，从而减小内阻。膜含水量可以通过对反应气体加湿来控制。

燃料电池加湿方式主要有鼓泡加湿、喷淋加湿与膜加湿。其中鼓泡加湿由于加湿水存在热容，因此对设定温度的响应较慢，无法满足加湿快速性需求。而喷淋加湿后的气体中存在小液滴，因此影响加湿效果，通过测量加热板的温度来调节加热功率，可能会导致水雾蒸发不完全或湿气过热，且调节过程中水流量和加热管功率的波动会引起湿度较大的变化。使用出电堆气体加湿进电堆气体的膜加湿方式，不能主动精确的调节入堆气体湿度，并且在流量突然改变时，湿度调节存在滞后，膜加湿方式不能满足加湿快速性要求。此外，湿度传感器本身的滞后也会影响温度调节的稳定性与准确性。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种燃料电池测试系统加湿装置，鼓泡加湿器与喷淋加湿器相互叠加，取长补短，可以有效实现加湿过程的稳定性与快速性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种燃料电池测试系统加湿装置，包括：

鼓泡加湿器；所述鼓泡加湿器包括用于储存加湿液的第一储液箱、浸没在所述加湿液中的气体分布器、开设于所述第一储液箱上的且位于所述气体分布器下方的进气口、开设于所述第一储液箱上的用于通出湿化气体的第一出气口、用于为所述湿化气体加热的加热机构、用于为所述加湿液控温的控温机构；

喷淋加湿器；所述喷淋加湿器包括用于储存所述加湿液的第二储液箱、与所述第二储液箱连通的喷嘴、用于通入所述湿化气体的混合室、用于测量所述混合室中湿度的湿度传感器、开设于所述混合室中的第二出气口，所述喷嘴位于所述混合室中；

液位控制系统；所述液位控制系统包括用于检测所述第一储液箱中液位高度的液位传感器、连通在所述第一储液箱上的排水管路、连通在所述第一储液箱和所述第二储液箱之间的补水管路；

所述加热机构，用于加热所述湿化气体使其用于完全气化所述混合室中由于喷淋加湿产生的小液滴。

优选地，所述加热机构为电阻丝网，所述电阻丝网位于所述第一储液箱中，且位于所述加湿液液面上方。

优选地，所述控温机构包括用于检测所述第一储液箱中所述加湿液温度的第一温度传感器、两端均与所述第一储液箱连通的控温回路管,所述控温回路管上设有第一水泵、电加热器和风冷换热器。

优选地，所述喷淋加湿器还包括设于所述喷嘴和所述第二储液箱之间的喷淋流量计和第二水泵。

优选地，所述液位控制系统还包括设于所述排水管路上的排水电磁阀和排水流量计。

优选地，所述液位控制系统还包括设于所述补水管路上的第三水泵和补水流量计。

优选地，所述装置还包括与所述进气口连通的气体质量流量控制器。