[发明专利]燃料电池电堆阴极湿度控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池电堆阴极湿度控制系统，包括空气源(1)、电堆(2)和控制器(3)，所述空气源(1)与电堆(2)阴极入口之间沿空气流向依次设有空压机(4)和增湿器(5)，其特征在于：所述空压机(4)空气出口与所述电堆(2)阴极入口之间设有供气旁通阀(6)，所述增湿器(5)干侧出口与所述电堆(2)阴极入口之间设有第一温度传感器(8)，所述第一温度传感器(8)处于所述供气旁通阀(6)下游处，所述电堆(2)阴极出口与所述增湿器(5)湿侧入口之间设有相并联的第二散热器和排气旁通阀(7)，所述增湿器(5)湿侧出口接外界大气，所述第一温度传感器(8)与所述控制器(3)输入端连接，所述控制器(3)输出端与供气旁通阀(6)、排气旁通阀(7)和第二散热器连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆阴极湿度控制系统，其特征在于：所述空压机(4)空气出口与所述增湿器(5)干侧入口之间设有第一散热器。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆阴极湿度控制系统，其特征在于：所述排气旁通阀(7)排气口与所述增湿器(5)湿侧入口之间设有第二温度传感器(9)，所述第二温度传感器(9)处于所述第二散热器下游处，所述第二温度传感器(9)与所述控制器(3)输入端连接。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆阴极湿度控制系统，其特征在于：所述第一散热器为第一中冷器(10)，所述第一中冷器(10)通过第一水泵(11)与燃料电池系统的散热水回路连接。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆阴极湿度控制系统，其特征在于：所述第二散热器为第二中冷器(12)，所述第二中冷器(12)通过第二水泵(13)与燃料电池汽车辅助散热水回路连接。

6.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆阴极湿度控制系统，其特征在于：所述控制器(3)为FCU控制器(3)，所述供气旁通阀(6)和排气旁通阀(7)均为电磁阀。

7.一种如权利要求2-6任一项所述的燃料电池电堆阴极湿度控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、所述控制器(3)实时分析所述电堆(2)阴极入口处空气温度T_in，当T_in小于设定阈值T₁时，所述控制器(3)逐渐增大所述供气旁通阀(6)的开度，使部分空气不经过所述增湿器(5)直接从所述电堆(2)阴极入口进入，降低总体进入所述电堆(2)阴极空气的相对湿度，使T_in逐渐大于T₁，且所述控制器(3)将实时的T_in与设定阈值T₂进行比较；

S2、当T_in大于T₂时，所述控制器(3)先减小所述供气旁通阀(6)的开度，若所述供气旁通阀(6)已全关而T_in仍大于T₂，所述控制器(3)再减小所述排气旁通阀(7)的开度，若所述排气旁通阀(7)也全关而T_in仍大于T₂，则所述控制器(3)再增大所述第二散热器的散热力度，以降低所述增湿器(5)湿侧入口处的气体温度，进而降低T_in，使T_in控制在T₁和T₂之间，从而将所述电堆(2)阴极入口处空气湿度控制在湿度要求范围内。

8.根据权利要求7所述的燃料电池电堆阴极湿度控制系统的控制方法，其特征在于步骤S1之前包括以下步骤：燃料电池系统正常开机时，所述供气旁通阀(6)全关，所述空气源(1)的空气经所述空压机(4)增压并经所述第一散热器散热后，全部经所述增湿器(5)增湿后进入所述电堆(2)阴极，所述排气旁通阀(7)全开，从所述电堆(2)阴极出口排出的大部分气体通过所述排气旁通阀(7)进入所述增湿器(5)，以降低气体流阻。