本发明专利技术提供了一种燃料电池系统的湿度控制装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术无法准确评估电堆内部湿度状态并及时进行调控的问题。该装置包括电堆、氢喷设备、引射器、气液分离器、排水阀和控制器。其中，引射器的喷嘴入口与氢喷设备的输出端连接，引流气体入口与气液分离器的气体输出端连接，出口与电堆的氢气入口连接；气液分离器的输入端与电堆的氢气侧尾气出口连接，其液体输出端处设有排水阀。控制器，用于实时监测气液分离器的内部液位高度；以及，控制排水阀的开启与关闭；以及，根据排水阀的开启时间间隔或开启时间判断电堆内部干湿状态，在过干或过湿时，实时调整气液分离器的输出气体流量，直到电堆内部处于正常湿度为止。正常湿度为止。正常湿度为止。
【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统的湿度控制装置
[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池系统的湿度控制装置。
技术介绍
[0002]燃料电池系统的水管理对系统正常运行至关重要，既要维持质子交换膜的水合程度，又要避免水淹。因此，需要对电堆内部的干湿状态进行实时监测以及调控，以保证电堆始终运行在理想条件下。
[0003]目前，电堆内部的干湿状态的准确估计是燃料电池系统的难点。现有估计方法主要有三种。第一种是通过阴极理论压降与实际压降进行比较，来判断电堆处于膜干或者水淹状态，但理论压降难以精确计算，导致评估结果准确度较差。第二种是通过入堆气体的湿度来判断电堆内部的水含量，但容易受到环境温度、海拔等影响，无法准确反映出电堆内部真实的水含量状态。第三种是通过监测电堆运行时的交流阻抗、内阻进行水含量估计，但容易受到电堆一致性等因素的干扰，使得测试内阻数值产生偏差，无法准确估计。
[0004]综上所述，现有的评估方法均难以准确反映出电堆内部真实水含量变化，从而无法准确进行水管理的调节，需要增加额外的设备、传感器等，导致实施方案较复杂。
技术实现思路
[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种燃料电池系统的湿度控制装置，用以解决现有技术无法准确评估电堆内部湿度状态并及时进行调控的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种燃料电池系统的湿度控制装置，包括电堆（5）、氢喷设备（3）、引射器（4）、气液分离器（6）、排水阀（8）和控制器（10）；其中，引射器（4）的喷嘴入口与氢喷设备（3）的输出端连接，引流气体入口与气液分离器（6）的气体输出端连接，出口与电堆（5）的氢气入口（5a）连接；气液分离器（6）的输入端与电堆（5）的氢气侧尾气出口（5b）连接，其液体输出端（6b）处设有排水阀（8）；控制器（10），用于实时监测气液分离器（6）的内部液位高度；以及，根据所述液位高度控制排水阀（8）的开启与关闭；以及，根据排水阀（8）的开启时间间隔或开启时间判断电堆（5）内部干湿状态，在处于过干或过湿状态时，实时调整气液分离器（6）的输出气体流量，直到电堆（5）内部处于正常湿度为止。
[0007]上述技术方案的有益效果如下：提出了一种评估电堆内部的干湿状态的新方案，通过排水阀（8）开启时间或者开启时间间隔的变化，判断电堆内部的干湿状态，进而控制调节电堆内部的水状态。相比现有技术，上述方案能够更为准确评估电堆内部湿度状态并及时进行调控。并且，上述结构的配合使用，不需要增加额外的传感器，实施方法较为简单。
[0008]基于上述装置的进一步改进，该湿度控制装置还包括氢瓶（1）、减压阀（2）；其中，所述氢瓶（1）、减压阀（2）依次连接后，再与氢喷设备（3）的输入端连接。
[0009]上述进一步方案的有益效果如下：增加了氢瓶（1）、减压阀（2）后，能更加精准地控制入堆氢气的进气流量。
[0010]优选地，所述气液分离器（6）包括具有中空结构的储液腔（6a）；所述储液腔（6a）的顶端设有用于与引射器（4）的引流气体入口连接的气体输出端，上部设有预设管长的冷凝管，中部腔体内壁上设有用于与电堆（5）的氢气侧尾气出口（5b）连接的气体输入端，下部设有倒锥形结构，所述倒锥形结构的底部设有用于与排水阀（8）连接的液体输出端（6b）。
[0011]上述进一步方案的有益效果如下：设置的储液腔具有冷凝功能，并能够提供加湿的氢气回流气体。
[0012]进一步，该湿度控制装置还包括排气阀（9）；并且，所述储液腔（6a）的中部腔体内壁上还设有一个用于与上述排气阀（9）连通的气体输出端。
[0013]上述进一步方案的有益效果如下：通过设置排气阀（9），可以防止储液腔（6a）内的气体压力过大，损坏储液腔。
[0014]进一步，所述控制器（10）进一步包括依次连接的：数据采集模块，用于实时采集气液分离器（6）的内部液位高度，发送至数据处理与控制模块；数据处理与控制模块，用于根据接收到的所述液位高度发出排水阀（8）的开启或关闭指令至执行机构；以及，确定排水阀（8）的开启时间间隔或开启时间，根据预设数量的连续开启时间间隔或连续开启时间判断电堆（5）内部干湿状态，在处于过干或过湿状态时发出过干或过湿控制指令至执行机构，再次判断，直到电堆（5）内部处于正常湿度为止；执行模块，用于接收到所述开启或关闭指令后，执行排水阀（8）的开启或关闭操作；以及，接收到上述过干或过湿控制指令后，调整气液分离器（6）输出的气体流量。
[0015]上述进一步方案的有益效果如下：通过上述设置，能够使得控制器能够精准地判定电堆内部的干湿状态，在处于过干或过湿状态时及时调控回流氢气的进气流量，进而对电堆内部的干湿状态进行调整。
[0016]进一步，所述数据采集模块包括：液位传感器（7），设于储液腔（6a）的倒锥形结构内壁上，用于测量储液腔（6a）内部液位高度。
[0017]上述进一步方案的有益效果如下：设置液位传感器（7），能够监测电堆的排水情况，反应电堆的产水状态。
[0018]进一步，所述数据处理与控制模块执行如下程序：接收到当前时刻储液腔（6a）的内部液位高度后，将所述液位高度与预设的阈值范围进行比较；如果所述液位高度大于阈值范围上限，发出开启指令至执行机构；如果所述液位高度小于等于阈值范围下限，发出关闭指令至执行机构；确定排水阀（8）的连续开启时间间隔或连续开启时间，其中，上一次发出关闭指令的时刻到该次发出开启指令的时刻之间的时间作为排水阀（8）的该次的开启时间间隔，本次发出开启指令至关闭指令的时间作为排水阀（8）的本次的开启时间；根据上述排水阀（8）的连续开启时间间隔或开启时间判断电堆（5）内部干湿状态；当一固定时段内开启时间间隔或开启时间均处于阈值范围内时，判定电堆（5）内部处于正常湿度，结束湿度调控；否则，判定电堆（5）内部处于过干状态或者过湿状态，并执行下一
步；发出过干或过湿控制指令至执行机构，以控制执行机构调整气液分离器（6）的输出气体流量，以及入堆空气进气湿度或排水阀（8）开启时间，调整后再次判断，直到电堆（5）内部处于正常湿度，结束湿度调控。
[0019]上述进一步方案的有益效果如下：通过上述程序能够精准地判断电堆内部的水平衡。
[0020]进一步，所述数据处理与控制模块执行如下程序，完成根据排水阀（8）的连续开启时间间隔判断电堆（5）内部干湿状态：判断一固定时段内开启时间间隔是否均处于阈值范围内，如果是，判定电堆（5）内部处于正常湿度，否则，执行下一步；判断一固定时段内开启时间间隔是否均超越阈值上限，且呈上升趋势，如果是，判定电堆（5）内部处于过干状态，否则，执行下一步；判断一固定时段内开启时间间隔均低于阈值下限，且呈现下降趋势，判定电堆（5）内部处于过湿状态，否则，执行下一步；判定电堆（5）内部出现异常情况或瞬态变化水状态，发出异常警告。
[0021]上述进一步方案的有益效果如下：开启时间间隔能够更灵敏地反映电堆内部的产水状态。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统的湿度控制装置，其特征在于，包括电堆（5）、氢喷设备（3）、引射器（4）、气液分离器（6）、排水阀（8）和控制器（10）；其中，引射器（4）的喷嘴入口与氢喷设备（3）的输出端连接，引流气体入口与气液分离器（6）的气体输出端连接，出口与电堆（5）的氢气入口（5a）连接；气液分离器（6）的输入端与电堆（5）的氢气侧尾气出口（5b）连接，其液体输出端（6b）处设有排水阀（8）；控制器（10），用于实时监测气液分离器（6）的内部液位高度；以及，根据所述液位高度控制排水阀（8）的开启与关闭；以及，根据排水阀（8）的开启时间间隔或开启时间判断电堆（5）内部干湿状态，在处于过干或过湿状态时，实时调整气液分离器（6）的输出气体流量，直到电堆（5）内部处于正常湿度为止。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的湿度控制装置，其特征在于，还包括氢瓶（1）、减压阀（2）；其中，所述氢瓶（1）、减压阀（2）依次连接后，再与氢喷设备（3）的输入端连接。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统的湿度控制装置，其特征在于，所述气液分离器（6）包括具有中空结构的储液腔（6a）；所述储液腔（6a）的顶端设有用于与引射器（4）的引流气体入口连接的气体输出端，上部设有预设管长的冷凝管，中部腔体内壁上设有用于与电堆（5）的氢气侧尾气出口（5b）连接的气体输入端，下部设有倒锥形结构，所述倒锥形结构的底部设有用于与排水阀（8）连接的液体输出端（6b）。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统的湿度控制装置，其特征在于，还包括排气阀（9）；并且，所述储液腔（6a）的中部腔体内壁上还设有一个用于与上述排气阀（9）连通的气体输出端。5.根据权利要求4所述的燃料电池系统的湿度控制装置，其特征在于，所述控制器（10）进一步包括依次连接的：数据采集模块，用于实时采集气液分离器（6）的内部液位高度，发送至数据处理与控制模块；数据处理与控制模块，用于根据接收到的所述液位高度发出排水阀（8）的开启或关闭指令至执行机构；以及，确定排水阀（8）的开启时间间隔或开启时间，根据预设数量的连续开启时间间隔或连续开启时间判断电堆（5）内部干湿状态，在处于过干或过湿状态时发出过干或过湿控制指令至执行机构，再次判断，直到电堆（5）内部处于正常湿度为止；执行模块，用于接收到所述开启或关闭指令后，执行排水阀（8）的开启或关闭操作；以及，接收到上述过干或过湿控制指令后，调整气液分离器（6）输出的气体流量。6.根据权利要求5所述的燃料电池系统的湿度控制装置，其特征在于，所述数据采集模块进一步包括：液位传感器（7），设于储液腔（6a）的倒锥形结构内壁上，用于测量储液腔（6a）内部液位高度。7.根据权利要求5或6所述的燃料电池系统的湿度控制装置，其特征在于，所述数据处理与控制模块执行如下程序：接收到当前时刻储液腔（6a）的内...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁铁新，闪念，方川，李飞强，高云庆，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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