一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统，包括：检测模块，用于检测进入燃料电池堆的空气的进气温度和进气湿度；控制模块，用于将检测到的进气温度和进气湿度与设定的最优温度范围和最优湿度范围进行比较，并在所述进气温度不在所述最优温度范围内或者所述进气湿度不在所述最优湿度范围内时，向执行模块发送调节指令；执行模块，用于根据所述调节指令对所述进气温度和所述进气湿度进行调节，使所述进气温度和所述进气湿度分别满足所述最优温度范围和所述最优湿度范围。本发明专利技术能够将进堆空气的温湿度根据燃料电池所需的最优温湿度作出快速的调整，使提供给燃料电池的进气能够满足载运工具在不同工况和环境下的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统及方法
本专利技术涉及载运工具用质子交换膜燃料电池
，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统及方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种高效的发电装置，其利用氢气和氧化物之间的电化学反应获得电能。目前我国大力发展新能源电动汽车，质子交换膜燃料电池具有启动速度快、温度适用范围广、无污染、可靠性高的特点，是适合新能源电动汽车发展的一种理想动力来源。目前燃料电池用于汽车、特种车辆、航空航天飞行器等载运工具上时，其输出的电功率需要随着载运工具的负荷变化而进行变化，所以燃料电池不仅需要具有功率密度大(体积小、质量轻)等优点外，其更需要良好的动态响应特性，在燃料电池的空气系统同样也需要具有良好的动态响应特性，故而需要对其不同工况下进行精确的控制。对燃料电池的运行而言，质子交换膜的水传导速率是影响其性能的重要参数。如果反应气体过于干燥，会造成质子交换膜中水分子过少，导致燃料电池工作效率下降，并可能造成交换膜损坏；而反应气体加湿过度，则会由于堵水等原因造成电池系统的性能恶化。因此，燃料电池系统中进气的加湿控制技术对于保持质子交换膜适当的含水量，提高和保护燃料电池性能具有重要意义。目前应用于质子交换膜的燃料电池增湿方法主要有两类：第一类是用储备的纯净水对燃料电池进气进行增湿，使水蒸发并与空气均匀混合得到具有一定相对湿度的空气，如鼓泡法增湿、液态水喷射法增湿等。第二类是利用燃料电池自身排出的湿空气与水引入增湿装置，并与进入增湿装置的干空气交换水分子，使进入燃料电池时的空气是达到一定相对湿度的空气，如膜增湿、焓轮增湿等。对于载运工具用的燃料电池，其电功率经常要随载运工具的负荷进行变化，从外界进入进气系统的空气的温湿度也经常会随环境的不同而变化，因此在这种情况下就要求进气系统可以对不同温度、不同流量下的湿度全范围准确控制，而且有较快的响应速度。目前现有的燃料电池空气湿度控制方案都有一定的局限性，如CN101447575提出了一种燃料电池湿度控制方法，但其仅能通过调节气流驱动装置的空气导入速率来调节空气湿度，CN103560261A提出了一种通过调节湿气体侧气体质量流量从而控制干气体侧输出湿度的控制方法，但其只适用于膜加湿方式的燃料电池。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统及方法，将进堆空气的温湿度根据燃料电池所需的最优温湿度作出快速的调整，使提供给燃料电池的进气能够满足载运工具在不同工况和环境下的要求。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统，包括：检测模块，用于检测进入燃料电池堆的空气的进气温度和进气湿度；控制模块，用于将检测到的进气温度和进气湿度与设定的最优温度范围和最优湿度范围进行比较，并在所述进气温度不在所述最优温度范围内或者所述进气湿度不在所述最优湿度范围内时，向执行模块发送调节指令；执行模块，用于根据所述调节指令对所述进气温度和所述进气湿度进行调节，使所述进气温度和所述进气湿度分别满足所述最优温度范围和所述最优湿度范围。优选地，所述检测模块包括沿气流通道布置在加湿器之后、所述燃料电池堆之前的温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器用于检测进入所述燃料电池堆的空气的进气温度，所述湿度传感器用于检测进入所述燃料电池堆的空气的进气湿度。优选地，所述控制模块包括燃料电池湿度控制器，所述燃料电池湿度控制器用于将检测到的进气温度和进气湿度与设定的最优温度范围和最优湿度范围进行比较，并在所述进气温度不在所述最优温度范围内或者所述进气湿度不在所述最优湿度范围内时，向执行模块发送调节指令。优选地，所述执行模块包括：加湿器控制装置，用于根据所述调节指令调节加湿器的加湿量，使所述进气湿度满足所述最优湿度范围；进气温度控制单元，用于对进气温度进行控制，使所述进气温度满足所述最优温度范围。优选地，所述质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统还包括燃料电池总控制器，所述燃料电池总控制器用于根据载运工具的工况提供预先设置的或计算出的适用于当前工况的最优温度范围和最优湿度范围，并将所述最优温度范围和所述最优湿度范围通过CAN总线传输给所述控制模块。一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制方法，包括以下步骤：步骤1、检测进入燃料电池堆的空气的进气温度和进气湿度；步骤2、将检测到的进气温度和进气湿度与设定的最优温度范围和最优湿度范围进行比较，判断所述进气温度是否在所述最优温度范围内，以及所述进气湿度是否在所述最优湿度范围内；步骤3、当所述进气温度不在所述最优温度范围内或者所述进气湿度不在所述最优湿度范围内时，对所述进气温度和所述进气湿度进行调节，使所述进气温度和所述进气湿度分别满足所述最优温度范围和所述最优湿度范围。优选地，所述步骤3包括：当所述进气温度低于所述最优温度范围时，通过调节进气温度控制单元，提高所述进气温度；当所述进气温度高于所述最优温度范围时，通过调节进气温度控制单元，降低所述进气温度；当所述进气湿度低于所述最优湿度范围时，增大加湿器的加湿量，提高所述进气湿度；当所述进气湿度高于所述最优湿度范围时，减小加湿器的加湿量，降低所述进气湿度。优选地，所述最优温度范围和最优湿度范围由燃料电池总控制器预先设置或根据工况计算得出。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.燃料电池总控制器根据载运工具工况提供预先设置好的或计算出的适用于当前工况的最优进气温湿度参数，并将该最优温湿度参数通过CAN总线传输给燃料电池湿度控制器，燃料电池湿度控制器根据该最优温湿度参数调节系统温湿度值，使空气供气系统可以根据燃料电池的需要向燃料电池精确地提供所需的反应空气，满足载运工具在不同工况和环境下的要求。2.实现了对气体温度、湿度的独立控制，在各种温湿度的外界环境下，都可对进气温度、湿度进行精确、快速的控制。3.控制原理适用于各种加湿方式和温度调节方式，可以根据载运工具的工况变化进行快速响应，对进气温湿度进行快速准确的控制。附图说明图1是本专利技术所述燃料电池空气湿度控制系统的示意性框图；图2是本专利技术所述燃料电池空气湿度控制系统的结构示意图；图3是本专利技术所述燃料电池空气湿度控制方法的流程图；图4是本专利技术所述燃料电池空气湿度控制方法的具体过程图；图5是实施例一所述加湿系统的结构示意图；图6是实施例二所述加湿系统的结构示意图。图中：101-检测模块，102-控制模块，103-执行模块，1-空气压缩机，2-进气温度控制单元，3-焓轮加湿器，4-温度传感器，5-湿度传感器，6-燃料电池堆，7-加湿器控制装置，8-燃料电池总控制器，9-燃料电池湿度控制器，10-进气温度控制单元，11-液态水喷射加湿器。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。本专利技术首先提供了一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统，如图1所示，所述质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统包括：检测模块101，用于检测进入燃料电池堆的空气的进气温度和进气湿度；控制模块102，用于将检测到的进气温度和进气湿度与设定的最优温度范围和最优湿度范围进行比较，并在进气温度不在最优温度范围内或者进气湿度不在最优湿度范围内时，向执行模块103发送调节指令；执行模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统，其特征在于，包括：检测模块，用于检测进入燃料电池堆的空气的进气温度和进气湿度；控制模块，用于将检测到的进气温度和进气湿度与设定的最优温度范围和最优湿度范围进行比较，并在所述进气温度不在所述最优温度范围内或者所述进气湿度不在所述最优湿度范围内时，向执行模块发送调节指令；执行模块，用于根据所述调节指令对所述进气温度和所述进气湿度进行调节，使所述进气温度和所述进气湿度分别满足所述最优温度范围和所述最优湿度范围。

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统，其特征在于，包括：检测模块，用于检测进入燃料电池堆的空气的进气温度和进气湿度；控制模块，用于将检测到的进气温度和进气湿度与设定的最优温度范围和最优湿度范围进行比较，并在所述进气温度不在所述最优温度范围内或者所述进气湿度不在所述最优湿度范围内时，向执行模块发送调节指令；执行模块，用于根据所述调节指令对所述进气温度和所述进气湿度进行调节，使所述进气温度和所述进气湿度分别满足所述最优温度范围和所述最优湿度范围。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统，其特征在于，所述检测模块包括沿气流通道布置在加湿器之后、所述燃料电池堆之前的温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器用于检测进入所述燃料电池堆的空气的进气温度，所述湿度传感器用于检测进入所述燃料电池堆的空气的进气湿度。3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统，其特征在于，所述控制模块包括燃料电池湿度控制器，所述燃料电池湿度控制器用于将检测到的进气温度和进气湿度与设定的最优温度范围和最优湿度范围进行比较，并在所述进气温度不在所述最优温度范围内或者所述进气湿度不在所述最优湿度范围内时，向执行模块发送调节指令。4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统，其特征在于，所述执行模块包括：加湿器控制装置，用于根据所述调节指令调节加湿器的加湿量，使所述进气湿度满足所述最优湿度范围；进气温度控制单元，用于对进气温度进行控制，使所述进气温度满足所述最优温度范围。5.根据权利要求1至4中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄若，王腾飞，吴定宸，陈辉，殷鹏，张磊，
申请(专利权)人：萍乡北京理工大学高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：江西,36