一种燃料电池温湿度调节系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池温湿度调节系统及其控制方法，温湿度调节系统包括依次连通的蒸汽模块、加湿模块、汽水分离模块、冷却模块、升温模块和检测模块，温湿度调节系统具有非加湿工作模式和加湿工作模式，温湿度调节系统处于非加湿工作模式时，蒸汽模块处于锁定状态，加湿模块、汽水分离模块、冷却模块、升温模块和检测模块处于工作状态；温湿度调节系统处于加湿工作模式时，蒸汽模块、加湿模块、汽水分离模块、冷却模块、升温模块和检测模块均处于工作状态。本发明专利技术中的燃料电池温湿度调节系统可以根据不同的应用需求，灵活调节系统的工作模式为非加湿工作模式或加湿工作模式，使用方便。便。便。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池温湿度调节系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池温湿度调节系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种通过电化学反应过程将燃料所具有的化学能直接转换成电能的能量转换装置，由于能量转换效率高被认为是一种潜在的替代能源技术。在各种类型的燃料电池中，质子膜燃料电池因其具有能量密度高、工作温度低、体积重量小、启动速度快、运行安全可靠、噪声低、零污染、模块式安装和操作方便等优点近年来得到了快速发展，已逐渐应用于汽车、能源、船舶、航空航天、家用电器等行业。质子膜燃料电池运行过程，为了提高质子传导率，膜需要具有一定的水合度，低湿化或不湿化操作会加速膜降解，而过多的水又可能阻碍反应物的运输，水合效果不佳时不仅不利于发挥燃料电池性能，同时也会影响寿命。为保证质子膜在各种运行工况下具有合适的水合度，燃料电池多采用外部加湿方法，即对进入反应流场前的反应物进行加湿，以增加反应场湿度和湿度均一性。因此，加湿系统成为影响质子膜燃料电池系统性能和耐久性的重要辅助系统。一般大功率质子膜燃料电池运行过程，反应物的湿度需要被控制在合适的范围，同时由于燃料电池动态运行工况较多，负载变化频繁且速度较快，需要湿度能够随负载动态变化进行快速响应。所以，设计合适的加湿系统及控制方法对燃料电池的广泛应用具有重要意义。
[0003]目前，用于质子膜燃料电池系统的加湿方法主要有膜加湿、喷淋加湿、喷雾加湿、鼓泡加湿。对于便携式或车载应用场景，膜加湿更有利于减轻重量和减少空间。对于固定式应用，空间没有严格限制，但对加湿有较大功率需求，此时采用气体鼓泡加湿、喷淋加湿或喷雾加湿更为合适。然而，由于测试对象燃料电池堆的内部材料选取或流场设计不同，其对温度和湿度的需求有所不同，现有的湿度调节系统无法根据不同的应用需求进行调节。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种改进的燃料电池温湿度调节系统及其控制方法，可以根据不同的应用需求，灵活调节系统的工作模式为非加湿工作模式或加湿工作模式，使用方便。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种燃料电池温湿度调节系统的控制方法，所述温湿度调节系统包括依次连通的蒸汽模块、加湿模块、汽水分离模块、冷却模块、升温模块和检测模块，所述温湿度调节系统具有非加湿工作模式和加湿工作模式，所述温湿度调节系统处于非加湿工作模式时，所述蒸汽模块处于锁定状态，所述加湿模块、所述汽水分离模块、所述冷却模块、所述升温模块和所述检测模块处于工作状态；所述温湿度调节系统处于加湿工作模式时，所述蒸汽模块、所述加湿模块、所述汽水分离模块、所述冷却模块、所述升温模块和所述检测模块均处于工作状态。
[0007]优选地，所述温湿度调节系统处于非加湿工作模式时，所述检测模块中的温度传感器检测气体实时温度，并将所述气体实时温度和预设的气体目标温度进行对比，进而控制所述冷却模块中的冷却介质调节阀和所述升温模块中的加热介质调节阀；
[0008]所述温湿度调节系统处于加湿工作模式时，所述检测模块中的湿度传感器检测气体实时湿度，并将所述气体实时湿度和预设的气体目标湿度进行对比，进而控制所述蒸汽模块中的蒸汽调节阀。
[0009]进一步地，所述温湿度调节系统处于非加湿工作模式时，若所述气体实时温度和所述气体目标温度相等，则维持所述冷却介质调节阀和所述加热介质调节阀的开度；若所述气体实时温度大于所述气体目标温度，则减小所述加热介质调节阀的开度和/或增大所述冷却介质调节阀的开度；若所述气体实时温度小于所述气体目标温度，则减小所述冷却介质调节阀的开度和/或增大所述加热介质调节阀的开度。
[0010]更进一步地，所述冷却介质调节阀的开度具有第一位置，所述冷却介质调节阀调节至所述第一位置时，冷却介质的排放量低于所述冷却介质调节阀处于其它位置时所述冷却介质的排放量；所述加热介质调节阀的开度具有第二位置，所述加热介质调节阀调节至所述第二位置时，加热介质的排放量低于所述加热介质调节阀处于其它位置时所述加热介质的排放量。
[0011]更进一步地，所述控制方法包括以下步骤：
[0012]S101、系统接收非加湿工作模式指令，跳转至步骤S102；
[0013]S102、锁定所述蒸汽模块，所述蒸汽模块内所有部件停止工作，跳转至步骤S103；
[0014]S103、接收气体流量目标值，所述加湿模块中的加湿流量计实时统计待加湿气体的流量，并对所述加湿模块中的加湿调节阀进行调节，直至所述加湿流量计检测到的加湿气体实时流量值和所述气体流量目标值一致，跳转至步骤S104；
[0015]S104、系统检测是否输入气体目标温度，若否，则跳转至步骤S102；若是，则跳转至步骤S105；
[0016]S105、将所述温度传感器检测到的气体实时温度和所述气体目标温度进行对比，若所述气体实时温度等于所述气体目标温度，则跳转至步骤S106；若所述气体实时温度小于所述气体目标温度，则跳转至步骤S107；若所述气体实时温度大于所述气体目标温度，则跳转至步骤S114；
[0017]S106、维持所述冷却介质调节阀的开度；
[0018]S107、减小所述冷却介质调节阀的开度并跳转至步骤S108；
[0019]S108、将所述气体实时温度和所述气体目标温度进行对比，若所述气体实时温度大于或等于所述气体目标温度，则跳转至步骤S109；否则跳转至步骤S110；
[0020]S109、维持所述冷却介质调节阀的开度；
[0021]S110、判断所述冷却介质调节阀的开度是否达到所述第一位置，若是，则跳转至步骤S111；若否，则跳转至步骤S107；
[0022]S111、增大所述加热介质调节阀的开度并跳转至步骤S112；
[0023]S112、将所述气体实时温度和所述气体目标温度进行对比，若所述气体实时温度大于或等于所述气体目标温度，则跳转至步骤S113；否则跳转至步骤S111；
[0024]S113、维持所述加热介质调节阀的开度；
[0025]S114、减小所述加热介质调节阀的开度并跳转至S115；
[0026]S115、将所述气体实时温度和所述气体目标温度进行对比，若所述气体实时温度小于或等于所述气体目标温度，则跳转至步骤S116；否则跳转至步骤S117；
[0027]S116、维持所述加热介质调节阀的开度；
[0028]S117、判断所述加热介质调节阀的开度是否达到所述第二位置，若是，则跳转至步骤S118；若否，则跳转至步骤S114；
[0029]S118、增大所述冷却介质调节阀的开度并跳转至步骤S119；
[0030]S119、将所述气体实时温度和所述气体目标温度进行对比，若所述气体实时温度小于或等于所述气体目标温度，则跳转至步骤S120；否则跳转至步骤S118；
[0031]S120、维持所述冷却介质调节阀的开度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池温湿度调节系统的控制方法，其特征在于，所述温湿度调节系统包括依次连通的蒸汽模块、加湿模块、汽水分离模块、冷却模块、升温模块和检测模块，所述温湿度调节系统具有非加湿工作模式和加湿工作模式，所述温湿度调节系统处于非加湿工作模式时，所述蒸汽模块处于锁定状态，所述加湿模块、所述汽水分离模块、所述冷却模块、所述升温模块和所述检测模块处于工作状态；所述温湿度调节系统处于加湿工作模式时，所述蒸汽模块、所述加湿模块、所述汽水分离模块、所述冷却模块、所述升温模块和所述检测模块均处于工作状态。2.根据权利要求1所述的燃料电池温湿度调节系统的控制方法，其特征在于，所述温湿度调节系统处于非加湿工作模式时，所述检测模块中的温度传感器检测气体实时温度，并将所述气体实时温度和预设的气体目标温度进行对比，进而控制所述冷却模块中的冷却介质调节阀和所述升温模块中的加热介质调节阀；所述温湿度调节系统处于加湿工作模式时，所述检测模块中的湿度传感器检测气体实时湿度，并将所述气体实时湿度和预设的气体目标湿度进行对比，进而控制所述蒸汽模块中的蒸汽调节阀。3.根据权利要求2所述的燃料电池温湿度调节系统的控制方法，其特征在于，所述温湿度调节系统处于非加湿工作模式时，若所述气体实时温度和所述气体目标温度相等，则维持所述冷却介质调节阀和所述加热介质调节阀的开度；若所述气体实时温度大于所述气体目标温度，则减小所述加热介质调节阀的开度和/或增大所述冷却介质调节阀的开度；若所述气体实时温度小于所述气体目标温度，则减小所述冷却介质调节阀的开度和/或增大所述加热介质调节阀的开度。4.根据权利要求3所述的燃料电池温湿度调节系统的控制方法，其特征在于，所述冷却介质调节阀的开度具有第一位置，所述冷却介质调节阀调节至所述第一位置时，冷却介质的排放量低于所述冷却介质调节阀处于其它位置时所述冷却介质的排放量；所述加热介质调节阀的开度具有第二位置，所述加热介质调节阀调节至所述第二位置时，加热介质的排放量低于所述加热介质调节阀处于其它位置时所述加热介质的排放量。5.根据权利要求4所述的燃料电池温湿度调节系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：S101、系统接收非加湿工作模式指令，跳转至步骤S102；S102、锁定所述蒸汽模块，所述蒸汽模块内所有部件停止工作，跳转至步骤S103；S103、接收气体流量目标值，所述加湿模块中的加湿流量计实时统计待加湿气体的流量，并对所述加湿模块中的加湿调节阀进行调节，直至所述加湿流量计检测到的加湿气体实时流量值和所述气体流量目标值一致，跳转至步骤S104；S104、系统检测是否输入气体目标温度，若否，则跳转至步骤S102；若是，则跳转至步骤S105；S105、将所述温度传感器检测到的气体实时温度和所述气体目标温度进行对比，若所述气体实时温度等于所述气体目标温度，则跳转至步骤S106；若所述气体实时温度小于所述气体目标温度，则跳转至步骤S107；若所述气体实时温度大于所述气体目标温度，则跳转至步骤S114；S106、维持所述冷却介质调节阀的开度；
S107、减小所述冷却介质调节阀的开度并跳转至步骤S108；S108、将所述气体实时温度和所述气体目标温度进行对比，若所述气体实时温度大于或等于所述气体目标温度，则跳转至步骤S109；否则跳转至步骤S110；S109、维持所述冷却介质调节阀的开度；S110、判断所述冷却介质调节阀的开度是否达到所述第一位置，若是，则跳转至步骤S111；若否，则跳转至步骤S10...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宏伟，黄酿涛，乔泽敏，
申请(专利权)人：苏州市华昌能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：