【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池领域，特别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、在碳达峰和碳中和这一“双碳”目标下，绿色能源转型发展进入提速快车道，在这样的背景下，明确了氢能发展的目标与工作任务，还提出相应保障措施，支撑绿色能源转型的发展。
2、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。
3、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。
4、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。
5、目前也有另外一种装置，其结构上有水喷射器装置，但是这类装置也有明显缺陷，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
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种具备主动加湿功能的燃料电池系统，以实现对燃料电池系统湿度的精确控制。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种具备主动加湿功能的燃料电池系统，包括：空气加湿模块、集水模块、燃料电池堆和燃料电池控制模块；
4、所述集水模块与所述燃料电池堆连接；所述集水模块用于收集从所述燃料电池堆的阴极侧排出的水；
5、所述空气加湿模块分别与所述集水模块和所述燃料电池堆连接；所述空气加湿模块用于利用所述集水模块从所述燃料电池堆收集的阴极侧排出的水对进气空气进行加湿，并将加湿后的空气传输至所述燃料电池堆；所述空气加湿模块还用于采集当前环境数据和入堆空气数据；环境数据包括环境空气压力、环境空气温度和环境空气湿度；所述入堆空气数据包括入堆空气压力和入堆空气温度；
6、所述控制模块分别与所述空气加湿模块和所述集水模块连接；所述控制模块用于在动态工况下，根据预设入堆目标相对湿度、所述当前环境数据和所述入堆空气数据确定所述集水模块输出至所述空气加湿模块的水的喷射量，并根据所述喷射量控制所述集水模块输出所述喷射量的水。
7、可选地，所述空气加湿模块包括环境数据监测单元、入堆空气数据监测单元以及依次连接的空气滤清器、空气流量计、空气压缩机、混合室和中冷器；
8、所述空气滤清器用于滤除进气空气的颗粒与化学物质；
9、所述环境数据监测单元设置于所述空气滤清器与所述空气流量计的连接处，所述环境数据监测单元用于采集当前环境数据；
10、所述空气流量计用于测量滤除后的空气的质量流量；
11、所述空气压缩机用于对滤除后的空气进行压缩至预设压力；
12、所述混合室还与所述集水模块连接；所述混合室用于将压缩后的空气与所述集水模块输出的水进行混合，形成水蒸气；
13、所述中冷器与所述燃料电池堆连接；所述中冷器用于将所述水蒸汽冷却至电池堆预设工作温度；
14、所述入堆空气数据监测单元设置于所述中冷器与所述燃料电池堆的连接处；所述入堆空气数据监测单元用于采集入堆空气数据。
15、可选地，所述环境数据监测单元包括第一压力传感器、第一温度传感器和湿度传感器；所述第一压力传感器用于采集当前环境空气压力；所述第一温度传感器用于采集当前环境空气温度；所述湿度传感器用于采集当前环境空气湿度。
16、可选地，所述入堆空气数据监测单元包括第二压力传感器和第二温度传感器；所述第二压力传感器用于采集入堆空气压力；所述第二温度传感器用于采集入堆空气温度。
17、可选地，所述集水模块包括排气模块以及依次连接的水分离器、水箱、高压旋涡泵和水喷射器；
18、所述水分离器分别与所述燃料电池堆的阴极侧和所述排气模块连接；所述水分离器用于对所述燃料电池堆的阴极侧排出的高湿度气体进行气水分离，分离出的液态水输出至所述水箱，分离出的气体从所述排气模块排出；
19、所述水箱用于收集所述水分离器分离出的液态水；
20、所述高压旋涡泵用于抽取所述水箱中的水并进行加压；
21、所述水喷射器与所述混合室连接；所述水喷射器用于将加压后的水喷射成雾状输出至所述混合室。
22、可选地，所述排气模块包括背压阀和尾排消音器；所述背压阀的一端与所述水分离器连接；所述背压阀的另一端与所述尾排消音器连接。
23、可选地，所述集水模块还包括排水阀和液位传感器；所述液位传感器设置于所述水箱内；所述排水阀设置于所述水箱的底部；所述排水阀和所述液位传感器均与所述控制模块连接；所述控制模块用于根据所述液位传感器采集的所述水箱的液位控制所述排水阀的开闭。
24、可选地，还包括电化学阻抗谱仪；所述电化学阻抗谱仪分别与所述燃料电池堆和所述控制模块连接；所述电化学阻抗谱仪用于测量所述燃料电池堆内部的阻抗；所述控制模块用于在稳定工况时，根据所述阻抗判断所述燃料电池堆工作的湿度状态，并根据所述湿度状态确定所述集水模块的喷射量。
25、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
26、本专利技术提供的一种具备主动加湿功能的燃料电池系统包括：空气加湿模块、集水模块、燃料电池堆和燃料电池控制模块；集水模块与燃料电池堆连接；集水模块用于收集从燃料电池堆的阴极侧排出的水；空气加湿模块分别与集水模块和燃料电池堆连接；空气加湿模块用于利用集水模块从所述燃料电池堆收集的阴极侧排出的水对进气空气进行加湿，并将加湿后的空气传输至燃料电池堆；空气加湿模块还用于采集当前环境数据和入堆空气数据；控制模块分别与空气加湿模块和集水模块连接；控制模块用于在动态工况下，根据预设入堆目标相对湿度、所述当前环境数据和所述入堆空气数据确定集水模块输出至空气加湿模块的水的喷射量，并根据喷射量控制集水模块输出喷射量的水。本专利技术通过收集燃料电池堆产生的从阴极侧排出的水作为加湿的水源，能够保证加湿水源充足，从而控制模块能够根据预设入堆目标相对湿度、当前环境数据和入堆空气数据实时确定集水模块的喷射量，使输入至燃料电池堆的空气湿度保持在预设入堆目标相对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，包括：空气加湿模块、集水模块、燃料电池堆和燃料电池控制模块；
2.根据权利要求1所述的具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，所述空气加湿模块包括环境数据监测单元、入堆空气数据监测单元以及依次连接的空气滤清器、空气流量计、空气压缩机、混合室和中冷器；
3.根据权利要求2所述的具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，所述环境数据监测单元包括第一压力传感器、第一温度传感器和湿度传感器；所述第一压力传感器用于采集当前环境空气压力；所述第一温度传感器用于采集当前环境空气温度；所述湿度传感器用于采集当前环境空气湿度。
4.根据权利要求2所述的具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，所述入堆空气数据监测单元包括第二压力传感器和第二温度传感器；所述第二压力传感器用于采集入堆空气压力；所述第二温度传感器用于采集入堆空气温度。
5.根据权利要求2所述的具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，所述集水模块包括排气模块以及依次连接的水分离器、水箱、高压旋涡泵和水喷射器；
6.
7.根据权利要求5所述的具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，所述集水模块还包括排水阀和液位传感器；所述液位传感器设置于所述水箱内；所述排水阀设置于所述水箱的底部；所述排水阀和所述液位传感器均与所述控制模块连接；所述控制模块用于根据所述液位传感器采集的所述水箱的液位控制所述排水阀的开闭。
8.根据权利要求1所述的具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，还包括电化学阻抗谱仪；所述电化学阻抗谱仪分别与所述燃料电池堆和所述控制模块连接；所述电化学阻抗谱仪用于测量所述燃料电池堆内部的阻抗；所述控制模块用于在稳定工况时，根据所述阻抗判断所述燃料电池堆工作的湿度状态，并根据所述湿度状态确定所述集水模块的喷射量。
...【技术特征摘要】
1.一种具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，包括：空气加湿模块、集水模块、燃料电池堆和燃料电池控制模块；
2.根据权利要求1所述的具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，所述空气加湿模块包括环境数据监测单元、入堆空气数据监测单元以及依次连接的空气滤清器、空气流量计、空气压缩机、混合室和中冷器；
3.根据权利要求2所述的具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，所述环境数据监测单元包括第一压力传感器、第一温度传感器和湿度传感器；所述第一压力传感器用于采集当前环境空气压力；所述第一温度传感器用于采集当前环境空气温度；所述湿度传感器用于采集当前环境空气湿度。
4.根据权利要求2所述的具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，所述入堆空气数据监测单元包括第二压力传感器和第二温度传感器；所述第二压力传感器用于采集入堆空气压力；所述第二温度传感器用于采集入堆空气温度。
5.根据权利要求2所述的具备主动加湿功能的燃料电池系统，其特征在于，所述集...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳平，朱维，曾群欣，尹明光，
申请(专利权)人：海卓动力北京能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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