【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种燃料电池系统，尤其涉及燃料电池系统的阳极湿度管理装置。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池因采用h2高效清洁能源而在现代汽车工业中得到了广泛的应用。在现有的质子交换膜燃料电池工作过程中，质子交换膜需要保持一定的湿润度才能保持质子的高传导性和良好的运行特性，而通常采用的是对阴极入堆空气的湿度进行调整，但有时仍存在阴极加湿不能满足电堆湿度要求的情况，进气湿度过低会导致膜过干，使质子交换膜失去传导质子的能力，严重时导致膜脱水、皱缩甚至破裂；进气湿度过高可能会造成电堆内水淹，堵塞气体流道，增大浓差极化导致电池性能大幅下降。
2、另外，在没有加湿器的质子交换膜燃料电池系统中，阴极气体是来自环境的干燥空气。由于阳极出口气体中含有一些水，所以带入反应堆的水分要依靠回收的阳极出口气体。阳极气体循环是由氢循环泵实现的。由于气体通过阳极出口管道进入氢循环泵前的冷凝和/或从阴极扩散的太多的水，阳极出口气体可能含有液态水。由于水滴可能会损坏氢循环泵，在进入氢循环泵之前，阳极出口气体必须先经过水分离器以去除液态水。由于水分离器除去了一些水，由回收的阳极气体带回反应堆的水分有限。在自加湿条件下，特别是在高运行温度下，反应堆很容易被干燥而没有足够的湿度。
3、因此，仍然需要一种能改善阳极湿度管理的方法和装置，使得在阴极无加湿或阴极加湿不足的情况下满足电堆的湿度要求。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种在自加湿或阴极加湿不足条件下能够改善电池反应堆阳极湿度控制的方法和装
2、为实现上述目的，本申请提供一种用于燃料电池系统的阳极湿度管理装置，所述燃料电池系统包括具有阳极和阴极的电堆，所述阳极湿度管理装置包括：用于将阳极气体h2供应到阳极气体入口的阳极供气管线；用于从阳极气体出口排出气体的阳极排气管线；将从阳极气体出口排出的气体循环回到阳极供气管线的氢循环泵；位于所述氢循环泵和所述阳极气体出口之间的加热单元，用于对从阳极排出的气体进行加热以使液态水蒸发；以及位于所述阳极气体入口处的温度传感器和位于所述氢循环泵入口处的湿度传感器，所述加热单元的加热功率能够基于所述温度传感器和湿度传感器测量的阳极气体入口温度值和泵入口湿度值而被控制以使得进入氢循环泵入口的泵入口湿度和进入阳极的阳极气体入口温度不超过限定值。
3、其中，所述加热单元包括电阻加热器或者热交换器。
4、其中，所述氢循环泵入口处的泵入口湿度的限定值被设置为<100％，优选<80％。
5、其中，所述阳极气体入口温度的限定值为不超过电堆温度10度。
6、其中，所述燃料电池系统还包括控制器，所述温度传感器和湿度传感器将所测量的阳极气体入口温度值和泵入口湿度值传送到所述控制器，所述控制器根据阳极气体入口温度值和泵入口湿度值来调节加热单元的加热功率，且在所述阳极气体入口温度值超过限定值时，降低加热单元的加热功率，在所述泵入口湿度值超过限定值时增加加热单元的加热功率。
7、其中，在所述阳极供气管线中设置有用于调节阳极气体供给流量的流量调节阀且在所述阳极气体入口处设置有压力传感器，以通过流量调节阀控制进入阳极腔的气体的压力。
8、其中，在氢循环泵的入口处也设置有温度传感器和压力传感器，以监测氢循环泵的入口压力和温度。
9、其中h2通过喷氢装置被供应到阳极，所述氢循环泵被连接到喷氢装置，以将从阳极排出的气体循环回到喷氢装置。
10、所述阳极湿度管理装置还包括在氢循环泵和加热单元之间的带有排气阀的排气管，以将在吹扫或泄压时从阳极排出的气体排放到外部。
11、所述阳极湿度管理装置还包括在加热单元和氢循环泵之间设置有用于排出多余水的疏水阀。
12、本申请还涉及一种在如前所述的燃料电池系统的阳极湿度管理装置上实施的阳极湿度管理方法，包括以下步骤：通过安装于阳极气体入口处的温度传感器来测量阳极入口处的阳极气体入口温度t；通过安装于氢循环泵入口处的湿度传感器来测量氢循环泵入口处的泵入口湿度rh；将所述阳极入口温度t和泵入口湿度rh传送到控制器；控制器在所述阳极入口温度t超过限定值时降低所述加热单元的加热功率；控制器在所述泵入口湿度rh超过限定值时增加所述加热单元的加热功率。
13、其中所述阳极气体入口温度的限定值为不超过电堆温度10度，且其中所述泵入口湿度的限定值为<100％或<80％。
14、在采用本申请的方案后，通过在自加湿条件下阳极气体湿度控制来增加带到电堆的水分，阳极出口气体中的水分可以最大限度保留并带入电堆，同时还不损坏氢循环泵，此外，通过加热器对出口阳极气体的加热，也消除了单独在阳极进气管路设置氢气换热器的必要。
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1.一种用于燃料电池系统的阳极湿度管理装置，所述燃料电池系统包括具有阳极和阴极的电堆，所述阳极湿度管理装置包括：
2.根据权利要求1所述的阳极湿度管理装置，其中，所述加热单元包括电阻加热器或者热交换器。
3.根据权利要求1或2所述的阳极湿度管理装置，其中，所述氢循环泵入口处的泵入口湿度的限定值被设置为<100％，优选<80％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的阳极湿度管理装置，其中所述阳极入口温度的限定值为不超过电堆温度10度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的阳极湿度管理装置，其中，所述燃料电池系统还包括控制器，所述温度传感器和湿度传感器将所测量的阳极气体入口温度值和泵入口湿度值传送到所述控制器，所述控制器根据阳极气体入口温度值和泵入口湿度值来调节加热单元的加热功率，且在所述阳极气体入口温度值超过限定值时，降低加热单元的加热功率，在所述泵入口湿度值超过限定值时增加加热单元的加热功率。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的阳极湿度管理装置，其中，在所述阳极供气管线中设置有用于调节阳极气体供给流量的流量
7.根据权利要求1-6中任一项所述的阳极湿度管理装置，其中，在氢循环泵的入口处也设置有温度传感器和压力传感器，以监测氢循环泵的入口气体压力和温度。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的阳极湿度管理装置，其中H2通过喷氢装置被供应到阳极，所述氢循环泵被连接到喷氢装置，以将从阳极排出的气体循环回到喷氢装置。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的阳极湿度管理装置，还包括在氢循环泵和加热单元之间的带有排气阀的排气管，以在吹扫或泄压时将从阳极排出的气体排放到外部。
10.根据权利要求1-9所述的阳极湿度管理装置，还包括在加热单元和氢循环泵之间设置有用于排出多余水的疏水阀。
11.一种在根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统的阳极湿度管理装置上实施的阳极湿度管理方法，包括以下步骤：
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述阳极入口温度的限定值为不超过电堆温度10度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述泵入口湿度的限定值为<100％，优选<80％。
...【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池系统的阳极湿度管理装置，所述燃料电池系统包括具有阳极和阴极的电堆，所述阳极湿度管理装置包括：
2.根据权利要求1所述的阳极湿度管理装置，其中，所述加热单元包括电阻加热器或者热交换器。
3.根据权利要求1或2所述的阳极湿度管理装置，其中，所述氢循环泵入口处的泵入口湿度的限定值被设置为<100％，优选<80％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的阳极湿度管理装置，其中所述阳极入口温度的限定值为不超过电堆温度10度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的阳极湿度管理装置，其中，所述燃料电池系统还包括控制器，所述温度传感器和湿度传感器将所测量的阳极气体入口温度值和泵入口湿度值传送到所述控制器，所述控制器根据阳极气体入口温度值和泵入口湿度值来调节加热单元的加热功率，且在所述阳极气体入口温度值超过限定值时，降低加热单元的加热功率，在所述泵入口湿度值超过限定值时增加加热单元的加热功率。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的阳极湿度管理装置，其中，在所述阳极供气管线中设置有用于调节阳极气体供给流量的流量调节阀且在所述阳极气体入口...
【专利技术属性】
技术研发人员：窦玉倩，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：
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