一种燃料电池系统自加湿装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统自加湿装置及其控制方法，涉及燃料电池系统加湿技术领域，包括扩散降压管、气水分离器以及分别通过管道连接气水分离器的阀门一、阀门二、阀门三、阀门四，电堆空气尾排管路连接阀门一，电堆进堆空气管路连接阀门二，阀门三通过管道连接于扩散降压管降压区，扩散降压管入口端设有第一压力传感器，扩散降压管降压区设有第二压力传感器，扩散降压管出口端设有水滴雾化网；扩散降压管是先收缩而后逐渐扩大的管道，本发明专利技术中的一种燃料电池系统自加湿装置与现有技术相比，可以快速准确地调整增湿效果，可实现快速调节各工况下燃料电池电堆增湿效果，且步骤简单、成本低廉。成本低廉。成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统自加湿装置及其控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池系统加湿
，具体涉及一种燃料电池系统自加湿装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜电池是一种通过与氧或其它氧化剂进行化学反应将燃料的化学能转化为电能的发电系统。在质子交换膜燃料电池工作时，电池中的质子都是要通过质子交换膜传导；具体地说，是以一种水合质子的方式进行质子传递，从而形成电流。因此，为了保证质子交换膜燃料电池能够正常工作，必须要使燃料电池的质子交换膜保持湿润。但是在燃料电池工作过程中，会产生大量的热量，很容易将阴极区域产生的水汽化，由于反应气体的快速流动，会带走这些水分，使得燃料电池的膜电极失水导致燃料电池的内阻迅速增加，从而导致电池的性能急剧下降。因此，在反应气体参与反应前，需要对反应气体进行增湿处理。对质子交换膜增湿是质子交换膜燃料电池的关键技术。
[0003]目前，在燃料电池领域中，对反应气体进行增湿的方法主要有内增湿和外增湿两种方法。其中，内增湿方法就是将增湿系统和燃料电池设计成一个整体，无需外加增湿装置，增湿可以认为是在电池的内部进行。这种增湿的方法可以减少质子交换膜电池的重量和体积；但是，这种增湿方法难以对反应气体进行湿度控制，如果增湿过量将会导致电堆被水淹没，从而使得电池的性能下降。外增湿就是在质子交换膜燃料电池外部配置一个增湿系统，在反应气体进入燃料电池之前进行增湿；目前，采用外部增湿的方式有很多种，例如，超声波雾化增湿，中空纤维增湿法、鼓包式增湿法等；但是，这些设备往往结构复杂，成本较高，增湿效率不高且不能及时调节，而且这类增湿方法加湿时消耗能量太大。目前亟需一种对反应气体的湿度进行及时调节的燃料电池增湿系统。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种燃料电池系统自加湿装置及其控制方法，旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种燃料电池系统自加湿装置，包括扩散降压管、气水分离器以及分别通过管道连接气水分离器的阀门一、阀门二、阀门三、阀门四，电堆空气尾排管路连接阀门一，电堆进堆空气管路连接阀门二，阀门三通过管道连接于扩散降压管降压区，扩散降压管入口端设有第一压力传感器，扩散降压管降压区设有第二压力传感器，扩散降压管出口端设有水滴雾化网；扩散降压管是先收缩而后逐渐扩大的管道。
[0006]在上述技术方案的基础上，水滴雾化网为微孔雾化片。
[0007]在上述技术方案的基础上，气水分离器为离心式、旋流式、重力式、折流式或填充式汽水分离器。
[0008]在上述技术方案的基础上，气水分离器设有液位传感器。
[0009]在上述技术方案的基础上，扩散降压管为设有减压阀的气体管道。
[0010]在上述技术方案的基础上，阀门二和阀门三进行开关联动锁定并同步控制。
[0011]在上述技术方案的基础上，第一压力传感器和第二压力传感器为电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器或电容式加速度传感器中的一种或两种组合。
[0012]在上述技术方案的基础上，阀门一、阀门二、阀门三、阀门四为闸阀、截止阀、球阀或蝶阀中的一种或任意组合，或阀门一、阀门二、阀门三、阀门四为气动或电动阀门。
[0013]在上述技术方案的基础上，一种燃料电池系统自加湿装置的控制方法，包括以下步骤：S1、燃料电池系统启动，按电堆需求供给进堆空气；S2、监测尾气湿度，监测尾气湿度，设定加湿级数n=1为加湿正常加湿，n=2为最大加湿，判断电堆状态是否需要加湿以及相应加湿级数；如果检测电堆需要加湿n=1，则进行步骤S3，如果检测电堆需要加湿n=2，则进行步骤S5，如果电堆不需要加湿，则进行步骤S4；S3、如果加湿级数n=1，则阀门二、阀门三关闭，阀门一、阀门四打开储水，阀门开关频率为对应加湿级数n=1级状态，并进入下一步S4；S4、阀门一、阀门四关闭，阀门二、阀门三打开喷水，阀门开关频率为对应加湿级数n=1级状态，进入步骤S8；S5、如果加湿级数n=2，则阀门二、阀门三关闭，阀门一、阀门四打开储水，阀门开关频率为对应加湿级数n=2级状态，并进入下一步S6；S6、阀门一、阀门四关闭，阀门二、阀门三打开储水，阀门开关频率为对应加湿级数n=2级状态，进入步骤S8；S7、阀门一、二、三、四关闭不加湿，空气路正常供给空气，进入步骤S8；S8、判断系统是否关机，如果不是，返回步骤S2，如果是，则进行S9；S9、停机结束。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术中的一种燃料电池系统自加湿装置与现有技术相比，1、可以快速准确地调整增湿效果和增湿水补充时间，可实现快速调节各工况下燃料电池电堆增湿效果，及时响应燃料电池系统的气体增湿量需求变化并保持合适湿度，稳定燃料电池内部空气湿度的平衡，2、省去了附加增湿部件的功率消耗，具有整体提升燃料电池系统性能的效果，且步骤简单、成本低廉，3、通过阀门开合控制即可实现增湿调湿效果，系统控制简单，结构可靠性、稳定性高。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例中一种燃料电池系统自加湿装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例中的一种燃料电池系统加湿调节原理框图。
[0016]图中：1
‑
阀门一，2
‑
阀门二，3
‑
阀门三，4
‑
阀门四，5
‑
气水分离器，6
‑
扩散降压管，7
‑
第一压力传感器，8
‑
第二压力传感器，9
‑
水滴雾化网。
具体实施方式
[0017]以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细说明。
[0018]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0019]在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0020]应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统自加湿装置，其特征在于：包括扩散降压管、气水分离器以及分别通过管道连接气水分离器的阀门一、阀门二、阀门三、阀门四，电堆空气尾排管路连接阀门一，电堆进堆空气管路连接阀门二，阀门三通过管道连接于扩散降压管降压区，扩散降压管入口端设有第一压力传感器，扩散降压管降压区设有第二压力传感器，扩散降压管出口端设有水滴雾化网；扩散降压管是先收缩而后逐渐扩大的管道。2.如权利要求1所述的一种燃料电池系统自加湿装置，其特征在于：所述水滴雾化网为微孔雾化片。3.如权利要求1所述的一种燃料电池系统自加湿装置，其特征在于：所述气水分离器为离心式、旋流式、重力式、折流式或填充式汽水分离器。4.如权利要求1所述的一种燃料电池系统自加湿装置，其特征在于：所述气水分离器设有液位传感器。5.如权利要求1所述的一种燃料电池系统自加湿装置，其特征在于：所述扩散降压管为设有减压阀的气体管道。6.如权利要求1所述的一种燃料电池系统自加湿装置，其特征在于：所述阀门二和阀门三进行开关联动锁定并同步控制。7.如权利要求1所述的一种燃料电池系统自加湿装置，其特征在于：所述第一压力传感器和第二压力传感器为电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器或电容式加速度传感器中的一种或两种组合。8.如权利要求1的一种燃料电池系统自加湿装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊荧，魏翔，全琎，全书海，
申请(专利权)人：武汉海亿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：