[发明专利]一种燃料电池发动机增湿系统及其控制方法

说明书

本发明属于燃料电池发动机零部件领域，公开了一种燃料电池发动机增湿系统及其控制方法。包括增湿循环单元、增湿喷淋单元、增湿过热单元三部分。通过三个单元对去离子水进行控温控压并进一步通过一定温压的去离子水调节样气温度、湿度，满足条件后输出。采用这种增湿系统控制方法，保证了在喷淋增湿加热的同时满足循环加热控制，再经过一级过热单元的保护，更保证了输出气体的控制。

技术领域

本发明属于燃料电池发动机零部件领域，具体涉及一种燃料电池发动机增湿系统及其控制方法。

背景技术

增湿控制在燃料电池系统控制中至关重要。

氢燃料电池原理：H₂以气体状态经过阳极碳纤维扩散层，在催化层分离为H质子和电子，H质子(以H₃O⁺状态)通过质子交换膜，在阴极催化层与O离子结合生成水。理论上，质子交换膜只能通过质子，膜材料上有很多磺酸根，只有在湿润的情况下才能有较高的质子传导率。一般情况下阳极氢气和阴极空气都必须加湿，在阴极侧反应生成水，在两侧水浓度梯度差下，水会经过膜迁移到另一侧。这就是加湿的必要性。

燃料电池发动机系统组成：燃料电池车上的燃料电池系统也称为燃料电池发动机，主要由燃料电池堆、空气供应系统、氢气供应系统、增湿系统、冷却系统、配电管理系统和控制器等组成。

基于以上可以得出增湿器是氢燃料电池发动机工作必要辅助部件，对增湿器的性能测试也就是至关重要，燃料电池发动机增湿系统及其控制方法也更为重要。

发明内容

为了克服现有技术中存在的增湿温度、湿度控制不准、精度较低、重复性较差的不足，本发明提供一种燃料电池发动机增湿系统及其控制方法，保证了在喷淋增湿加热的同时满足循环加热控制，再经过一级过热单元的保护，更保证了输出气体的控制。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种燃料电池发动机增湿系统，包括增湿循环单元、增湿喷淋单元、增湿过热单元三部分，增湿循环单元由增湿循环冷却水泵、增湿循环加热罐、增湿循环板式换热器、增湿循环单元膨胀水箱组成，增湿喷淋单元由喷淋式增湿器、增湿喷淋水泵、增湿喷淋加热罐组成，增湿过热单元由增湿过热单元水泵、增湿过热单元加热罐、增湿过热单元板式换热器、增湿过热单元膨胀水箱、增湿过热器组成；其中喷淋式增湿器连有循环管路A，循环管路A上依次设有支路管路D、增湿循环冷却水泵、增湿循环加热罐、增湿循环板式换热器，所述支路管路D终端连有增湿循环单元膨胀水箱，所述增湿循环冷却水泵和增湿循环加热罐间有一支路连接去离子水供给端；喷淋式增湿器还通过管路连接增湿喷淋加热罐，增湿喷淋加热罐另一端连接循环管路B，循环管路B上设有增湿喷淋水泵，循环管路B另有一支路连接去离子水供给端；喷淋式增湿器还通过管路连接增湿过热器，增湿过热器上连有循环管路C，循环管路C上依次设有支路管路E增湿过热单元水泵、增湿过热单元加热罐、增湿过热单元板式换热器，所述增湿过热单元水泵和增湿过热单元加热罐间有一支路连接去离子水供给端，所述支路管路E终端连有增湿过热单元膨胀水箱，所述增湿过热器另通过管路连接气体出口端；喷淋式增湿器还通过管路连接压缩空气供给端。

进一步的，所述增湿循环板式换热器、增湿过热单元板式换热器上设有冷冻水入口和冷冻水出口用于去离子水与冷冻水的热量交换。

燃料电池发动机增湿系统控制方法，具体步骤为：

1.去离子水供给端供给去离子水，去离子水经过设有增湿喷淋水泵的循环管路B进行循环加压，加压后通过增湿喷淋加热罐加热，加压加热后的去离子水进入喷淋式增湿器；压缩空气供给端供给样气，样气进入喷淋式增湿器喷淋加压加热后的去离子水至设定的温度和湿度；

2.步骤1增湿加热过程的同时增湿循环单元同步参与加热增湿控制，通过增湿循环单元膨胀水箱供给去离子水、增湿循环冷却水泵进行循环加压、增湿循环加热罐进行加热、增湿循环板式换热器控温四步将去离子水控制在设定温度和湿度内，并通过循环管路A进入喷淋式增湿器对样气及喷淋后的去离子水进行温度、湿度调节；