[发明专利]一种集成冷却加湿功能的燃料电池系统装置及其控制方法

说明书

本发明提供了一种集成冷却加湿功能的燃料电池系统装置及其控制方法，该燃料电池系统装置包括依次连接的压缩装置、集成式加湿冷却装置和燃料电池；还包括检测控制模组。集成式加湿冷却装置内部设置有中通膜管，通过输送装置冷却液以外循环形式对集成式加湿冷却装置进行加湿冷却，集成式加湿冷却装置与电堆的连接管路上设置有流量调节阀和空气干燥装置。所述控制方法包括：检测控制模组分别获取进入集成式加湿冷却装置的空气温度和燃料电池内湿度，根据空气温度控制输送装置的转速，根据燃料电池内的湿度控制流量调节阀的开度。本发明取消了中冷器与加湿器，对中冷器和加湿器进行了集成设计，具有集成度高和体积小等特点。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及燃料电池系统装置，尤其涉及一种集成冷却加湿功能的燃料电池系统装置及其控制方法。

背景技术

燃料电池是一种使用氢气等作为燃料，通过与氧气的化学反应而产生电能的装置，并且副产物只有水，具有零排放、效率高、启动速度快和低温运行等优点。因此燃料电池具有广泛的应用领域，可作为动力电源应用于汽车、航天和无人机等领域。

燃料电池膜是反应的核心，由于燃料电池反应需要在特定的条件下进行，为了保证反应正常高效的运行，需要保证进入燃料电池阴极的空气需要满足一定的湿度和温度要求。当燃料电池的湿度低于要求时，质子交换膜会产生膜干的问题，当燃料电池的湿度高于要求时，质子交换膜会产生水淹的问题，从而降低燃料电池的反应效率。当燃料电池的温度不满足要求时，燃料电池内的反应不能高效进行，严重时会损伤质子交换膜，降低系统寿命。

现有技术当中，进入燃料电池阴极温度调节通过中冷器实现，湿度调节通过加湿器来实现，中冷器和加湿器的体积较大，系统集成度差。

CN105226312A公开了一种使用注射器的燃料电池用空气加湿装置及空气加湿方法，该空气加湿装置包括设置在与空气压缩机的空气供应管线上的注射器，以及设置在空气压缩机出口连接注射器入口的旁通管线上的旁通阀。将空气压缩机一部分压缩空气通过旁通管线进入注射器，混合燃料电池系统排出的冷凝水注射到空气压缩机的入口中，对进入燃料电池阴极的空气进行冷却加湿。但是该发明不能对进入燃料电池阴极的空气的温度和湿度进行调控，不能满足不同燃料电池工况需求，适应性差。

CN109818012A公开了一种燃料电池发动机系统的水热管理系统，包括氢气供应系统、空气供应系统和散热系统，其中，所述空气供应系统先对空气进行压缩进入中冷器进行适当降温，然后进入气/气膜增湿器中进行加湿，当空气的温度与湿度达到一定要求后进入电堆参与反应。该发明采用电堆出口的部分湿空气对进入电堆前干空气进行加湿，不需要额外增加湿源，但是其仍需要设置中冷器和加湿器，使系统体积大，集成度差，并且不能对进入燃料电池阴极的空气的温度和湿度进行调控。

CN109478663A公开了一种用于燃料电池的加湿和冷却设备，该设备包括壳体，所述壳体包括设置于壳体底部的储藏器、设置于壳体内的水喷射装置、以及连接所述储藏器和所述水喷射装置的回收管；压缩后的空气进入该设备进行加湿冷却，当空气温度较高时，通过水喷射装置喷射水以降低空气温度并同时调节湿度。但是该发明不能对进入燃料电池阴极的空气的温度和湿度进行调控，适应性差。

现有燃料电池冷却加湿系统装置均存在体积大和适应性差的问题。因此，如何在保证燃料电池冷却加湿系统装置对进入燃料电池空气湿度和温度的情况下，同时还能保证燃料电池冷却加湿系统装置结构简单、体积小和适应性强，成为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种集成冷却加湿功能的燃料电池系统装置及其控制方法，通过集成式加湿冷却装置和检测控制模组，能够对进入燃料电池的空气进行温度和湿度的调控，并且整个系统具有集成度高和体积小等特点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：