[发明专利]一种燃料电池水管理系统和燃料电池水管理方法

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池水管理系统和燃料电池水管理方法。该系统包括增湿器、电堆、储水装置、加热装置、燃料电池控制器、用于检测增湿器的出口气流湿度的第一检测装置，其中：电堆的回流出气口与增湿器的湿侧进口之间设置有第一回流管路；加热装置用于对储水装置中的存水进行加热，储水装置的水蒸气出口通过第二回流管路与增湿器的湿侧进口相接；加热装置和第一检测装置均与燃料电池控制器信号连接，以通过增湿器的出口气流湿度来控制进入加热装置的工作状态。本发明通过第一检测装置、储水装置、加热装置能够合理控制反应气湿度以降低对增湿器参数要求的严苛程度，进一步还通过第二检测装置和冷凝器能够避免膜电极水淹。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池水管理系统，以及一种燃料电池水管理方法。

背景技术

质子交换膜水分布对燃料电池性能的影响至关重要，为获得高的电池性能，通常会对进堆的反应气体进行增湿，以保证质子交换膜得到充分润湿，加快质子传输速率。

若反应气体加湿不足，则会引起质子交换膜脱水，增加质子传导阻力，膜严重干燥时会出现针孔，从而导致电池性能变差或失效；若反应气体加湿过量，则电池内液态水会增加，增加电池排水负担。这些问题无疑对增湿器的工作状态提出了较高的要求。

此外，发动机经长时间运行后，尤其是在高功率条件下，阴极侧积聚的水会逐渐增多，如若不及时排出，会造成膜电极“水淹”，流道会被液态水占据，影响气体传输，使气体分配不均，造成局部热点甚至反极等问题的出现，严重影响PEMFC（质子交换膜燃料电池，英文全称proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC） 的运行、性能和剩余寿命。

目前，燃料电池发动机系统中，供气提供的干燥空气由增湿器干侧入口进入增湿器内部，在增湿器内提高湿度后再进入电堆；电堆出口的气流湿度较高，该湿气流由增湿器的湿侧入口进入增湿器内部，以对增湿器内部的干燥气流进行增湿。其循环路径可参加图1。

在上述燃料电池发动机系统中，干燥气流的增湿程度不能灵活控制，并且对增湿器的技术要求较为严苛。此外，燃料电池电压巡检模块只能用来判断电池是否有水淹的趋势，但是并未避免膜电极水淹问题。

因此，如何合理控制反应气湿度以降低对增湿器参数要求的严苛程度，以及如何避免膜电极水淹，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池水管理系统，以及一种燃料电池水管理方法，通过第一检测装置、储水装置、加热装置能够合理控制反应气湿度以降低对增湿器参数要求的严苛程度，进一步还通过第二检测装置和冷凝器能够避免膜电极水淹。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种燃料电池水管理系统，包括增湿器、电堆、储水装置、加热装置、燃料电池控制器、用于检测所述增湿器的出口气流湿度的第一检测装置，其中：

所述电堆的回流出气口与所述增湿器的湿侧进口之间设置有第一回流管路；

所述加热装置用于对所述储水装置中的存水进行加热，所述储水装置的水蒸气出口通过第二回流管路与所述增湿器的湿侧进口相接；

所述加热装置和所述第一检测装置均与所述燃料电池控制器信号连接，以通过所述增湿器的出口气流湿度来控制进入所述加热装置的工作状态。

可选地，在上述燃料电池水管理系统中，若所述增湿器的出口气流湿度小于第一湿度值x1，则所述加热装置的加热功率大于第一功率值p1；若所述增湿器的出口气流湿度大于第一湿度值x1，则所述加热装置的加热功率小于所述第一功率值p1；

或者，若所述增湿器的出口气流湿度小于第一湿度值x1，则所述加热装置处于启动状态；若所述增湿器的出口气流湿度大于第一湿度值x1，则所述加热装置处于关闭状态。