[发明专利]一种车用燃料电池增湿器系统及增湿方法

说明书

本发明公开了一种车用燃料电池增湿器系统及增湿方法，燃料电池增湿器系统包括增湿器体、空气供给机构、燃料电池堆、旁通管路和鼓泡水箱，增湿器体包括增湿器壳体、膜增湿部件，膜增湿部件将增湿器壳体的内部分隔为第二流路通道和第一流路通道；空气供给机构包括空气供给流路，空气供给流路与第二流路进口连接，电堆阴极排气口与第一流路进口连接，电堆阴极入气口与第二流路出口连接；旁通管路连接于空气供给流路与电堆阴极入气口之间，旁通管路安装有第一旁通阀；水箱进气口通过水箱进气管与空气供给流路连接，水箱进气管安装有第二旁通阀，水箱出气口通过水箱出气管与电堆阴极入气口连接。实现多状态工况下对电堆阴极入气口空气的湿度控制。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池发动机增湿器技术领域，特别涉及一种车用燃料电池增湿器系统及增湿方法。

背景技术

在质子交换膜燃料电池中，保持电解质膜合适的膜水含量，有助于维持较高的质子传导率，提高电池发电效率，延长膜的使用寿命。合适的膜水含量一般通过增湿器对进入电堆的氧化气体进行增湿来保持。目前主要采用外增湿器对电堆阴极入口的空气进行增湿，膜增湿器又分为气/气增湿和气/液增湿，气/气增湿是利用电堆阴极反应生成的湿热气体对进入电堆阴极的干燥气体进行增湿；气/液增湿为采用液态水对进入电堆阴极的干燥气体进行增湿。目前燃料电池车用增湿器普遍采用气/气增湿。

其中气/气增湿器的原理为电堆阴极反应生成的湿热气体进入湿侧气体通道，干燥气体进入干侧通道增湿后达到电堆阴极入口，干湿侧通道之间采用全氟磺酸膜或磺化聚砜膜隔开。增湿器内部的湿气体中水分子因膜两侧压力差和浓度差的存在，从湿侧扩散到干侧，同时还将热量传输给干侧空气。此种增湿器方式由于气体流动的滞后性，对电堆系统负载突然变化的适应性较弱易导致突然加载时增湿不够，突然减载时增湿过度，不利于电堆性能的发挥且影响电堆使用寿命；在大流量时流经增湿器的气体压降较大导致系统寄生功率增加，且大流量增湿效果不佳；当燃料电池系统刚启动及短暂停车后再次启动时，无湿热空气生成，无法通过膜增湿器对干侧气体进行增湿。因此，目前车用燃料电池系统膜增湿器在变工况下的增湿存在一定的局限性。

发明内容

本发明目的在于提供一种车用燃料电池增湿器系统及增湿方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

首先本发明提供一种车用燃料电池增湿器系统，其包括：增湿器体、空气供给机构、燃料电池堆、旁通管路和鼓泡水箱，增湿器体包括增湿器壳体、设置于增湿器壳体内的膜增湿部件，所述膜增湿部件将所述增湿器壳体的内部分隔为第二流路通道和第一流路通道，所述增湿器壳体设置有与所述第二流路通道连通的第二流路进口和第二流路出口，所述增湿器壳体设置有与所述第一流路通道连通的第一流路进口和第一流路出口；空气供给机构包括空气供给流路，所述空气供给流路与所述第二流路进口连接；燃料电池堆设置有电堆阴极排气口和电堆阴极入气口，所述电堆阴极排气口与所述第一流路进口连接，所述电堆阴极入气口与所述第二流路出口连接；旁通管路连接于空气供给流路与所述电堆阴极入气口之间，所述旁通管路安装有第一旁通阀；鼓泡水箱设置有水箱进气口和水箱出气口，所述水箱进气口通过水箱进气管与空气供给流路连接，所述水箱进气管安装有第二旁通阀，所述水箱出气口通过水箱出气管与所述电堆阴极入气口连接。

本车用燃料电池增湿器系统通过控制第一旁通阀及第二旁通阀的开闭及开度，使得空气供给流路的空气分为三路，第一路就是进入增湿器体内第二流路通道，并通过膜增湿部件与经过第一流路通道的湿热尾气进湿度和温度的交换；第二路就是经过旁通管路直接进入燃料电池堆；第三路就是经过鼓泡水箱内部的加湿后再进入燃料电池堆，实现多状态工况下对电堆阴极入气口空气的湿度控制。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空气供给机构还包括沿所述空气供给流路进气方向依次设置的滤清器、空气压缩机、中冷器。本方案中供给的空气会经过滤清器过滤，空气压缩机压缩增压，中冷器冷却后，再分配至不同的管路，使得供给的空气可满足燃料电池堆的工况。