[发明专利]一种燃料电池加湿器的自动补水控制方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种加湿器的控制方法及其装置，具体的说一种燃料电池加湿器的自动补水控制方法及其装置。 

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种能够将氢气和氧气储存的能量直接转化为电能的发电装置，它主要由膜电极组件（MEA）、双极板和气体扩散层组成。质子交换膜燃料电池运行时膜电极的电导率在一定范围内随其湿度增加而增加，因此其反应气体的湿度对电池性能有着重要的影响。 

目前，反应气体的加湿方式主要分为内加湿和外加湿。内加湿是指在电堆内部加入加湿段以实现对反应气体的加湿，该方式使电池结构复杂化。外加湿是指通过电池外部的加湿器对反应气体加湿，外加湿的加湿器种类很多，例如鼓泡法加湿器、喷射型加湿器、薄膜加湿器、超声波加湿器等。以上各种加湿器均有优缺点，其中鼓泡法加湿器以其制作工艺、加湿控制简单被广泛应用在质子交换膜燃料电池的测试设备中。 

鼓泡法加湿是将反应气体通过一个能起泡的盛水容器，在一定温度条件下，容器内的水在蒸气压作用下蒸发，并同反应气体一起进入质子交换膜燃料电池，反应气体的湿化程度完全依赖于湿化温度，湿化温度越高，质子交换膜燃料电池性能越好，因此鼓泡法加湿能够通过控制水温进行调节。 

目前，鼓泡法加湿器自动补水大多是采用双液位检测的连续补水的控制方法，该方法的思路：一旦控制器检测到高、低两个液位均无水时，就控制连续补水，直到检测到高、低两个液位均有水，便控制停止补水。该方法的优点是在加湿器的水温达到恒定、并且无需补水的时间段，加湿器里的反应气体的湿度维持不变；该方法的缺点是一旦重新补水，加湿器的水温显著下降，导致加湿器里的反应气体的湿度骤降，必须等待较长时间使水重新加热到恒定的温度方可继续测试，严重影响质子交换膜燃料电池测试性能。因此该方法只适用于中小功率质子交换膜燃料电池测试或大功率质子交换膜燃料电池的短时间测试，无法适用于大功率质子交换膜燃料电池的长时间连续测试。 

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池加湿器的自动补水控制方法，能够提高加湿器的水温稳定性，保持反应气体的湿度稳定。 

本发明的另一个目的在于提供实现上述燃料电池加湿器自动补水控制方法的装置。 

本发明的目的是通过以下技术措施实现的： 

一种燃料电池加湿器的自动补水控制方法，其特征在于包括以下步骤： 

加湿器上电后正常工作，自动补水控制装置基于安装在加湿器内的液位浮球开关的开关状态，判断加湿器是处于有水状态，还是处于无水状态；如果加湿器处于无水状态，则向加湿器进行间歇式补水，并对水进行自动温控加热；如果加湿器处于有水状态，则停止向加湿器补水并对水进行自动温控加热。 

由于液位浮球开关具有在高液位接通（断开），在低液位断开（接通），并且在高、低液位之间时不改变开关状态的特性，因此，以有水状态和无水状态分别对应于液位浮球开关的一种开关状态，如有水状态对应于开关接通、无水状态对应于开关断开，在加湿器中的水位低于上述低液位时，自动补水控制装置判断加湿器处于无水状态，对加湿器进行间歇式补水并对水进行自动温控加热，通过合理设置间歇式补水的补水间隔使得加湿器的补水速度能在保持水温稳定的前提下大于反应气体的耗水速度，在加湿器中的水位上升到低液位之上时，自动补水控制装置仍判断加湿器处于无水状态，加湿器中的水位继续保持水温稳定的上升，直到上升到高水位时，自动补水控制装置判断加湿器处于有水状态而停止补水，而相应的，由于反应气体耗水加湿器中的水位下降到高水位以下时，自动补水控制装置仍判断加湿器处于有水状态，直到水位下降到低液位以下，自动补水控制装置再次判断加湿器处于无水状态，再次对加湿器进行水温稳定的间歇式补水。同时，通过选择液位浮球开关以合理的设置高、低液位，更能提高加湿器的工作效率与使用安全。 

为了合理设置间歇式补水的补水间隔，作为本发明的一种实施方式，所述间歇式补水根据以下公式（1-1）、（1-2）和（1-3）计算，以暂停补水时间与补水时间的比例为N：1的方式进行；