[发明专利]燃料电池增湿系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池增湿系统及控制方法，能够缓解“膜干”的问题，提高燃料电池系统瞬变工况应对能力，提高了电堆性能和寿命。该系统包括：燃料电池电堆，设置有电堆阴极进口和电堆阴极出口；膜增湿器，包括湿度传感器、电控涡轮风扇、液态水喷射机构、干侧流道和湿侧流道；干侧流道与湿侧流道之间设置有加湿膜；湿度传感器设置于干空气出口处；液态水喷射机构设置于湿侧流道上；电控涡轮风扇设置于湿侧流道内；空压机，用于将干空气吹入干侧流道；增湿控制器，与湿度传感器、液态水喷射机构以及电控涡轮风扇均电连接，用于接收检测到的干空气出口的空气湿度，并发送控制信号。

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，尤其涉及一种燃料电池增湿系统及控制方法。

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干空气进行增湿来保持。从增湿方式角度增湿器可以分为内部增湿和外部增湿。相关技术中，主要采用外增湿器对电堆阴极进口的空气进行增湿。平板膜式增湿器是常见的一种外增湿器，其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。然而，在燃料电池处于低电流密度，特别是启动阶段，或者急加速个瞬变工况下，增湿系统加湿效果差，极易发生“膜干”状况，降低燃料电池性能及寿命。

发明内容

为了解决上述技术问题的至少之一，本发明提出一种燃料电池增湿系统及控制方法，能够有效缓解“膜干”的问题，实现干侧流道内空气湿度的快速响应，提高燃料电池系统瞬变工况应对能力，从而提高了电堆性能和寿命。

第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池增湿系统，包括：

燃料电池电堆，所述燃料电池电堆设置有电堆阴极进口和电堆阴极出口；

膜增湿器，所述膜增湿器包括湿度传感器、电控涡轮风扇、液态水喷射机构、干侧流道以及湿侧流道，所述干侧流道设置有干空气出口和干空气入口，所述湿侧流道设置有湿空气入口和湿空气出口，所述电堆阴极进口与所述干空气出口连接，所述电堆阴极出口与所述湿空气入口连接，所述湿空气出口用于排出所述湿侧流道内的尾气；所述干侧流道与所述湿侧流道内的空气对流，且所述干侧流道与所述湿侧流道之间设置有加湿膜；所述湿度传感器设置于所述干空气出口处，所述湿度传感器用于采集进入所述燃料电池电堆的空气湿度；所述液态水喷射机构设置于所述湿侧流道上，所述液态水喷射机构用于根据控制信号为所述湿侧流道内的空气提供水分；所述电控涡轮风扇设置于所述湿侧流道内，所述电控涡轮风扇用于将所述液态水喷射机构的液态水液滴破碎并吹入所述湿侧流道；

空压机，所述空压机用于将干空气吹入所述干侧流道；

增湿控制器，所述增湿控制器与所述湿度传感器、所述液态水喷射机构以及所述电控涡轮风扇均电连接，所述增湿控制器用于接收所述湿度传感器检测到的所述干空气出口的空气湿度，以及发送控制信号。