[发明专利]一种燃料电池空气湿度调节系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池空气湿度调节系统及其控制方法，控制方法包括：采集电堆阴极运行数据，获得入口处的实际空气湿度RH，将运行数据处理得到当前工况下入口处的目标空气湿度RH₀，当RH＞RH₀时计算差值ΔRH，根据ΔRH进行联合控制来调节电堆阴极入口空气湿度，联合控制包括控制可使将进入增湿器的新鲜空气部分旁通向混排器的泄压阀、控制可使将进入增湿器的新鲜空气部分旁通向电堆阴极入口的入口调湿阀、控制可使将进入增湿器的废空气旁通向混排器的出口调湿阀、控制空压机。本发明通过入口调湿阀、出口调湿阀、空压机、背压阀联合调节，精确控制电堆入口的空气湿度，同时提高了动态工况电堆湿度响应速率。

技术领域

本发明涉及燃料电池，具体地指一种燃料电池空气湿度调节系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池系统包括电堆、空气系统、氢气系统、冷却系统以及相应控制系统。其中空气系统由空滤、空压机、中冷器、增湿器和背压阀等组件构成，主要是为电堆提供运行时所需的空气，由于电堆在不同工况下的工作边界不同，对空气系统所供应空气的流量、温度、压力和湿度等参数需求也会相应发生变化。空压机一般为离心式，作用是为电堆提供空气流量，背压阀联合空压机转速调节可以控制进入电堆的空气压力。泄压阀可旁通多余的空气，避免空压机出现喘振。增湿器可以有效利用电堆排出的高湿度尾气对电堆入口的空气进行增湿，满足电堆入口空气湿度要求。现有技术方案中，一般在增湿器干空气侧加旁通阀或在增湿器湿空气侧加旁通阀来调节电堆入口空气湿度，类似这些湿度调节方案，在燃料电池系统实际运行中，电堆入口空气湿度无法实时和精确调节，且湿度调节的范围比较窄，不满足动态工况的湿度变化需求。

通用汽车环球科技运作有限责任公司申请的中国发明专利(公开号CN101494292A)公开燃料电池系统阴极入口相对湿度控制，提供了传感器输入和部件模式的组合以使得系统阴极出流选择性地绕过阴极出流处理部件，从而获得保持所希望的阴极入口相对湿度或露点。该专利中采用了旁通阀来控制电堆空气出口的湿空气旁通增湿器比例来调节进入增湿器干空气侧的增湿度，从而改变电堆的空气湿度以满足目标湿度要求。该技术的存在动态工况湿度响应慢，湿度控制精度较差的问题。

本田技研工业株式会社申请的中国发明专利(公开号CN104247120A)公开了一种燃料电池系统，构成为具备：涡轮型氧化剂泵，其旋转轴通过空气轴承被轴支承，通过旋转运动取入氧化剂气体并向燃料电池送出；氧化剂气体的实际流量检测单元；氧化剂气体的压力调整单元；氧化剂泵的转速确认单元和控制单元，其在氧化剂泵的转速处于能够进行空气轴承的轴支承的最低转速区域的情况下，在氧化剂气体的实际流量比目标流量多时，通过压力调整单元来提高氧化剂气体的压力。该专利采用了旁通阀来控制进入增湿器干空气侧的空气流量，从而改变进入电堆的空气湿度以满足目标湿度要求。该技术的存在湿度调节范围窄，动态工况湿度控制精度较差的问题。

因此，需要开发出一种对电堆入口空气湿度可动态精确调节的燃料电池空气湿度调节系统及其控制方法。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种对电堆入口空气湿度可实时精确调节的燃料电池空气湿度调节系统及其控制方法。

本发明的技术方案为：一种燃料电池空气湿度调节系统，包括电堆、控制器、空滤器、空压机、中冷器、增湿器、混排器，所述空滤器、空压机、中冷器、增湿器沿进气方向依次连接通向电堆阴极入口，所述电堆阴极出口沿排气方向依次连通增湿器、混排器，其特征在于，

所述中冷器与混排器之间设置有用于调节电堆阴极入口压力的泄压阀，所述中冷器与电堆阴极入口间设有可使将进入增湿器的新鲜空气部分旁通的入口调湿阀，所述电堆阴极出口与混排器间设有可使将进入增湿器的废空气部分旁通的出口调湿阀，所述电堆阴极入口和出口设有用于监测压力、湿度和温度的监测结构，

所述空滤器、空压机间设有流量计，电堆内部设有含水量检测器，所述控制器与流量计、空压机、泄压阀、入口调湿阀、出口调湿阀、含水量检测器、监测结构电连接。