[发明专利]质子交换膜燃料电池阴极水管理系统

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池阴极水管理系统。该系统包括空气压缩模块、空气计量和加湿模块、空气雾化模块、氢气供应模、燃料电池堆模块、湿度监测模块、压降值测量模块、水分离模块、液体计量模块、储水模块、控制中心模块；其中，控制中心模块用于根据湿度监测模块监测到的湿度数据大小，智能调节鼓泡加湿器的功率、以及液体流量计输出至雾化喷嘴液体流道的液态水的质量流量和流速；并根据不同的压缩空气流速下压降值测量模块测量的压降曲线所呈现的波动频率、幅度，并智能调节压缩空气的质量流量和流速。本发明能够智能维持燃料电池电解质膜的合适湿度；确定阴极通道中液态水的合适去除速度，提高燃料电池的输出性能以及使用寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体地指一种质子交换膜燃料电池阴极水管理系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池，使用一种能传导质子而几乎不能导通电子的聚合物电解质膜作为电解质，拥有运行温度低、能量转化率高、功率密度高、启动快和环境适应性强等优点，广泛应用于航空、航天、航海、轨道交通、电子设备和备用电源等领域，特别是在新能源汽车领域有着重要的应用价值。

质子交换膜燃料电池在工作过程中，电解质膜越湿润传导质子就越高效，为了防止出现干膜现象、提高燃料电池的输出性能，需要采用合适的方法保持质子交换膜的湿度。现有技术中，对质子交换膜进行加湿处理还没有实现智能化调节。

另外，燃料电池的阴极处是反应产生水的主要地点，液态水滴的聚集会阻碍其它流体的排出，引发一系列连锁效应，导致燃料电池的运行性能大幅下降，因此及时将阴极通道中的液态水排出也是一项重要工作。

发明内容

本发明提供一种质子交换膜燃料电池阴极水管理系统，不仅能够在燃料电池电堆处于较低功率或正常功率运行状态时，利用电池反应产生的水对质子交换膜进行充分、高效率加湿，而且能够在燃料电池电堆处于较高功率运行状态时，利用电池反应产生的水及补充水对质子交换膜进行稳定、快速加湿；同时，根据测量的压降曲线所呈现的波动频率、幅度，对压缩空气的质量流量和流速进行智能调节，将燃料电池阴极通道中形成的液态水及时排出，保持阴极通道的畅通，从而保证燃料电池的工作性能。

为实现上述目的，本发明研究出一种质子交换膜燃料电池阴极水管理系统，其特别之处在于，包括空气压缩模块、空气计量和加湿模块、空气雾化模块、氢气供应模块、燃料电池电堆模、湿度监测模块、压降值测量模块、水分离模块、液体计量模块、储水模块、控制中心模块；其中，

空气压缩模块用于通过空气过滤器对输入的空气进行过滤，并将过滤后空气通过空气压缩机进行压缩，压缩成能够满足体积流量要求、质量流量要求的压缩空气；

空气计量和加湿模块用于将压缩空气分解成两条支路，在第一条支路上通过设置的第一气体流量计自动控制通过的压缩空气的质量流量；在第二条支路上不仅通过设置的第二气体流量计自动控制通过的压缩空气的质量流量，而且通过设置的鼓泡加湿器对压缩空气进行补水处理，增大压缩空气的湿度；

空气雾化模块用于通过设置的雾化喷嘴第二气体通道接收空气计量和加湿模块中第一条支路上输出的压缩空气，通过设置的雾化喷嘴第一气体通道接收空气计量和加湿模块中第二条支路上输出的压缩空气；并利用第二气体通道中的压缩空气提供的压差对输入雾化喷嘴液体流道中的液态水进行雾化，将液态水雾化成能够满足尺寸要求的液滴，输出到燃料电池电堆阴极；

氢气供应模块用于为燃料电池电堆阳极供应氢气，并将多余氢气回收循环利用；

燃料电池电堆模块用于在阴极催化剂作用下，将输入到燃料电池电堆阴极的雾化空气、以及输入到燃料电池电堆阳极的氢气进行化学反应，形成水分子，并使水分子从阴极通道出口处排出；

湿度监测模块用于实时监测燃料电池电堆中的质子交换膜的湿度，并将湿度数据传输到控制中心模块；