一种具备主动加湿功能的燃料电池系统技术方案

本技术公开了一种具备主动加湿功能的燃料电池系统，包括空气压缩机、中冷器以及电堆，还包括水分离器、水箱、混合室以及设在混合室上的水喷射器，所述空气压缩机、混合室、中冷器以及电堆依次相连，水分离器与电堆的阴极出口相连，水箱通过水泵与水喷射器相连。该具备主动加湿功能的燃料电池系统设计合理，水分离器后引入水箱，水箱与水喷射器之间通过水泵相连，通过收集电堆产生的从阴极出口排出的水作为加湿的水源以及引入外部水源，能够保证加湿水源充足，湿度控制稳定可靠，成本相对较低。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及燃料电池，尤其是涉及一种具备主动加湿功能的燃料电池系统。

技术介绍

1、氢燃料电池汽车作为氢能应用的重要载体之一，将在氢能产业发展中发挥巨大的示范作用。目前，氢燃料电池汽车的推广应用仍然面临一些挑战，其中，优化燃料电池工作环境状态，提升性能并降低成本已成为重要突破口之一。

2、进气湿度是燃料电池工作的重要环境状态之一，进气湿度较高时，长时间工作会造成电堆内部水淹，燃料电池性能降低。进气湿度较低，则燃料电池内阻较高，同样会降低性能。所以燃料电池的进气湿度应得到较好的控制，以满足最佳性能输出的需要。

3、目前针对燃料电池进气湿度的改善主要通过增湿器来实现；其原理是利用从燃料电池堆阴极出口排出的湿气体，通过增湿器内部的膜管，将湿气体中的水传输给干空气；其优点是可利用燃料电池工作使自身的产水来加湿，没有额外的功耗；但是增湿器的水传输性能是依靠膜管的自身的特性，产品设计加工好之后，当流量、温度、压力等条件确定时，增湿量几乎是不变的；目前因为成本问题，很难做到根据不同的燃料电池堆特性去定制开发增湿器，达到合适的增湿效果；同时，在大功率系统上增湿器的集成与布置也带来相应挑战。

4、现有也有利用水喷射结构进行增湿，但是这类结构方案也有明显缺陷，其水源来自燃料电池阳极侧出口分离的水，而燃料电池阳极侧的水来自于阴极侧的传输，水量非常少，当环境湿度较低(比如冬季干燥气候环境湿度10％左右)而工作需要湿度较大时会出现阳极侧的水量无法满足加湿水量需求的情况，甚至在低负荷的时候无法分离出液态水。如中国专利cn108448136a公开的一种用于质子交换膜燃料电池的空气供气增湿中冷系统，所述系统连接在燃料电池堆处，燃料电池堆具有用于循环冷却水的冷却回路；增湿中冷系统包括：增湿中冷器、增湿支路和气水分离器；增湿中冷器连接在包括空气滤清器和空压机的供气支路上，用于冷却并加湿进入燃料电池堆之前的空气；增湿支路连通冷却回路中冷却水泵的出口及增湿中冷器冷却水入口，用于为增湿中冷器输送冷却水；气水分离器连通增湿中冷器的空气出口及电堆空气入口。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本技术所要解决的技术问题是提供一种具备主动加湿功能的燃料电池系统，以达到湿度控制稳定可靠的目的。

2、为了解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案为：

3、该具备主动加湿功能的燃料电池系统，包括空气压缩机、中冷器以及电堆，还包括水分离器、水箱、混合室以及设在混合室上的水喷射器，所述空气压缩机、混合室、中冷器以及电堆依次相连，水分离器与电堆的阴极出口相连，水箱通过水泵与水喷射器相连。

4、进一步的：

5、所述空气压缩机的前方设有空气滤清器。

6、所述中冷器和电堆之间相连的管路上设有入堆压力传感器和入堆温度传感器。

7、所述水箱上设有排水阀。

8、所述水分离器上设有排气口，排气口连有背压阀和尾排消音器。

9、还包括用于测量电堆内部阻抗的电化学阻抗谱仪，电化学阻抗谱仪与电堆相连。

10、所述空气滤清器和空气压缩机之间设有环境压力传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器以及空气流量计。

11、所述水箱内设有水位传感器，所述水位传感器与排水阀相连。

12、还包括与电堆相连的燃料电池控制模块，所述环境压力传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、空气流量计以及空气压缩机均与燃料电池控制模块相连。

13、本技术与现有技术相比，具有以下优点：

14、该具备主动加湿功能的燃料电池系统设计合理，水分离器后引入水箱，水箱与水喷射器之间通过水泵相连，通过收集电堆产生的从阴极出口排出的水作为加湿的水源以及引入外部水源，能够保证加湿水源充足，湿度控制稳定可靠，成本相对较低。

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【技术保护点】

1.一种具备主动加湿功能的燃料电池系统，包括空气压缩机、中冷器以及电堆，其特征在于：还包括水分离器、水箱、混合室以及设在混合室上的水喷射器，所述空气压缩机、混合室、中冷器以及电堆依次相连，水分离器与电堆的阴极出口相连，水箱通过水泵与水喷射器相连。

2.如权利要求1所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：所述空气压缩机的前方设有空气滤清器。

3.如权利要求1所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：所述中冷器和电堆之间相连的管路上设有入堆压力传感器和入堆温度传感器。

4.如权利要求1所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：所述水箱上设有排水阀。

5.如权利要求1所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：所述水分离器上设有排气口，排气口连有背压阀和尾排消音器。

6.如权利要求1所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：还包括用于测量电堆内部阻抗的电化学阻抗谱仪，电化学阻抗谱仪与电堆相连。

7.如权利要求2所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：所述空气滤清器和空气压缩机之间设有环境压力传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器以及空气流量计。

8.如权利要求2所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：所述水箱内设有水位传感器，所述水位传感器与排水阀相连。

9.如权利要求7所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：还包括与电堆相连的燃料电池控制模块，所述环境压力传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、空气流量计以及空气压缩机均与燃料电池控制模块相连。

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【技术特征摘要】

1.一种具备主动加湿功能的燃料电池系统，包括空气压缩机、中冷器以及电堆，其特征在于：还包括水分离器、水箱、混合室以及设在混合室上的水喷射器，所述空气压缩机、混合室、中冷器以及电堆依次相连，水分离器与电堆的阴极出口相连，水箱通过水泵与水喷射器相连。

2.如权利要求1所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：所述空气压缩机的前方设有空气滤清器。

3.如权利要求1所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：所述中冷器和电堆之间相连的管路上设有入堆压力传感器和入堆温度传感器。

4.如权利要求1所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：所述水箱上设有排水阀。

5.如权利要求1所述具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于：所述水分离器上设有排气...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘陈兵，魏浩，潘立升，高冀，陈大华，奚小雨，徐进，伍宏森，
申请(专利权)人：安徽瑞氢动力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：