[发明专利]一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统，包括：检测模块，用于检测进入燃料电池堆的空气的进气温度和进气湿度；控制模块，用于将检测到的进气温度和进气湿度与设定的最优温度范围和最优湿度范围进行比较，并在所述进气温度不在所述最优温度范围内或者所述进气湿度不在所述最优湿度范围内时，向执行模块发送调节指令；执行模块，用于根据所述调节指令对所述进气温度和所述进气湿度进行调节，使所述进气温度和所述进气湿度分别满足所述最优温度范围和所述最优湿度范围。本发明能够将进堆空气的温湿度根据燃料电池所需的最优温湿度作出快速的调整，使提供给燃料电池的进气能够满足载运工具在不同工况和环境下的要求。

技术领域

本发明涉及载运工具用质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统及方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种高效的发电装置，其利用氢气和氧化物之间的电化学反应获得电能。目前我国大力发展新能源电动汽车，质子交换膜燃料电池具有启动速度快、温度适用范围广、无污染、可靠性高的特点，是适合新能源电动汽车发展的一种理想动力来源。

目前燃料电池用于汽车、特种车辆、航空航天飞行器等载运工具上时，其输出的电功率需要随着载运工具的负荷变化而进行变化，所以燃料电池不仅需要具有功率密度大(体积小、质量轻)等优点外，其更需要良好的动态响应特性，在燃料电池的空气系统同样也需要具有良好的动态响应特性，故而需要对其不同工况下进行精确的控制。

对燃料电池的运行而言，质子交换膜的水传导速率是影响其性能的重要参数。如果反应气体过于干燥，会造成质子交换膜中水分子过少，导致燃料电池工作效率下降，并可能造成交换膜损坏；而反应气体加湿过度，则会由于堵水等原因造成电池系统的性能恶化。因此，燃料电池系统中进气的加湿控制技术对于保持质子交换膜适当的含水量，提高和保护燃料电池性能具有重要意义。

目前应用于质子交换膜的燃料电池增湿方法主要有两类：第一类是用储备的纯净水对燃料电池进气进行增湿，使水蒸发并与空气均匀混合得到具有一定相对湿度的空气，如鼓泡法增湿、液态水喷射法增湿等。第二类是利用燃料电池自身排出的湿空气与水引入增湿装置，并与进入增湿装置的干空气交换水分子，使进入燃料电池时的空气是达到一定相对湿度的空气，如膜增湿、焓轮增湿等。

对于载运工具用的燃料电池，其电功率经常要随载运工具的负荷进行变化，从外界进入进气系统的空气的温湿度也经常会随环境的不同而变化，因此在这种情况下就要求进气系统可以对不同温度、不同流量下的湿度全范围准确控制，而且有较快的响应速度。目前现有的燃料电池空气湿度控制方案都有一定的局限性，如CN101447575提出了一种燃料电池湿度控制方法，但其仅能通过调节气流驱动装置的空气导入速率来调节空气湿度，CN103560261A提出了一种通过调节湿气体侧气体质量流量从而控制干气体侧输出湿度的控制方法，但其只适用于膜加湿方式的燃料电池。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统及方法，将进堆空气的温湿度根据燃料电池所需的最优温湿度作出快速的调整，使提供给燃料电池的进气能够满足载运工具在不同工况和环境下的要求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种质子交换膜燃料电池空气湿度控制系统，包括：

检测模块，用于检测进入燃料电池堆的空气的进气温度和进气湿度；

控制模块，用于将检测到的进气温度和进气湿度与设定的最优温度范围和最优湿度范围进行比较，并在所述进气温度不在所述最优温度范围内或者所述进气湿度不在所述最优湿度范围内时，向执行模块发送调节指令；

执行模块，用于根据所述调节指令对所述进气温度和所述进气湿度进行调节，使所述进气温度和所述进气湿度分别满足所述最优温度范围和所述最优湿度范围。