[发明专利]燃料电池发动机用增湿器系统及增湿方法

说明书

本发明提出一种燃料电池发动机用增湿器系统及增湿方法，增湿器（7）中设置高压喷头（13）、高压喷头（13）下方为干侧气体流道（14）和湿侧气体流道（15）、单向阀（10）设置于湿侧气体流道（15）中；在增湿器（7）入口方向顺次连接设置滤清器（1）、空压机（2）、中冷器（3），增湿器（7）出口方向设置电堆（8），增湿器（7）回流方向设置冷凝器（9）；还包括控制模块和调节模块。能够实现多工况下燃料电池汽车增湿需求，对动态工况下的电堆湿度调节，有效解决电堆发生水淹、过干这两种极端情况下的问题，对中冷器出口液态水中的热量进行回收利用，减少了布置额外液态水存储体积，实现电堆出口空气的再次利用。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池发动机增湿器技术领域，尤其涉及一种燃料电池发动机用增湿器系统及增湿方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池汽车是一种新能源汽车，在工作过程中将化学能转换为电能，从而为汽车提供动力。

燃料电池发动机工作需要合适的湿度，燃料电池电堆内部的质子交换膜需要水来维持质子传导率，因而进入电堆的气体需要增湿。当质子交换膜处在合适的湿度条件下，其将会有较高的离子传导率、较低的电池内阻、燃料电池输出电压较高从而会有较高的负载能力。若电堆内部过干，电堆内阻变大，欧姆损耗变大，输出电压降低，负载能力同时也会降低，严重时质子交换膜将发生破裂，对电堆造成损害。若电堆内部发生水淹，则催化剂将降低甚至失去反应活性，质子交换膜发生局部阻塞，从而阻碍化学反应的发生。因而需要采取一定的措施保持电堆入口空气的湿度以保证电堆内部的稳定运行。

目前主要措施是对燃料电池电堆入口的空气采用增湿器进行增湿，膜增湿技术为燃料电池电堆阴极入口空气增湿采用较多的技术，膜增湿又分为气/气增湿和气/液增湿，气/气增湿是采用电堆出口湿空气入口空气进行增湿；气/液增湿为采用液态水对另一侧空气加湿。其中气/气增湿为目前大多数增湿器使用方式。

气/气增湿器将燃料电池电堆出口的湿空气进行回收利用，湿空气进入增湿器的湿侧通道，电堆入口空气则进入增湿器干侧通道，因膜两侧存在压力差和浓度差，水分子在化学梯度的作用下从湿侧扩散到干侧，同时还可将电堆出口空气带有的热量传输给干侧空气。然而采用这种增湿方式的前提是需要电堆发生化学反应输出湿润空气，当燃料电池汽车刚启动时、短暂停车后再次启动时的情况下，电堆还未发生反应，因而无法通过膜增湿器对电堆入口空气进行增湿，当燃料电池汽车功率需求突然增大时电堆产湿不够，从而电堆入口空气湿度无法达到要求、以及汽车功率突然减小可能造成电堆湿度过大发生水淹，上述工况下，膜增湿器无法对入口空气进行增湿或者进行调节，从而电堆将处在干燥或者水淹的环境下，对电堆的寿命将造成一定的影响。因此目前膜增湿器在燃料电池汽车部分工况下的增湿存在一定的局限性。

综合以上分析，现有的膜增湿器增湿燃料电池电堆入口空气具有一定的局限性，无法在电堆启动阶段、短暂停车后再启动阶段进行增湿，以及功率需求突然增大或突然减小时使入口空气湿度达到要求。因此，燃料电池发动机膜增湿器及增湿方法有待于进一步的改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种燃料电池发动机用增湿器系统及增湿方法，解决采用膜增湿器的燃料电池发动机在启动阶段、短暂停车后再启动时无法对入口空气进行增湿的问题，以及汽车功率需求突然增大时电堆阴极生成水量无法满足入口空气增湿需求或功率需求突然减小时电堆可能发生水淹的问题，从而能够避免燃料电池电堆过干，且能够缓解电堆发生水淹状况。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种燃料电池发动机用增湿器系统，其特征在于包括：

增湿器（7），包括顶部的高压喷头（13）、以及高压喷头（13）下方喷头喷射范围内由增湿膜（12）间隔设置的干侧气体流道（14）和湿侧气体流道（15）、单向阀（10）设置于湿侧气体流道（15）中；在增湿器（7）入口方向顺次连接设置滤清器（1）、空压机（2）、中冷器（3），增湿器（7）出口方向设置电堆（8），增湿器（7）回流方向设置冷凝器（9）；