[发明专利]一种燃料电池及其的电堆湿度控制装置和方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池及其电堆湿度控制装置和方法，控制装置包括电堆、汽水分离器、调温装置、湿度传感器和控制器；调温装置位于电堆和汽水分离器之间的管路上，用于调整管路温度；湿度传感器用于采集电堆内部湿度；控制器分别与调温装置和湿度传感器连接，用于当电堆湿度大于第一预设值时，进行降温动作，以控制管路温度降低；还用于当电堆湿度小于第二预设值时，进行升温动作，以控制管路温度升高，第一预设值大于或等于第二预设值，通过调温装置改变汽水分离器及其管路温度，以间接方式来实现燃料电池电堆湿度调整，维持电堆湿度在适于工作的范围，同时避免引入环境杂质影响质子交换膜性能，提高了电堆寿命和可靠性。

技术领域

本申请实施例涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池及其的电堆湿度控制装置和方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从到达，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流，因此质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，它的好坏直接影响电池的使用寿命。

电池内部湿度对质子交换膜的寿命影响巨大，湿度过低，质子交换膜的导电性变差；湿度过高会导致质子交换膜的水淹现象，造成浓差极化，同样会降低质子交换膜的导电性，故而需要保持合适的适度来改变点对稳定性与使用寿命，增加发电效率。

在现有技术中，通常采用进气加湿和循环加湿等手段，前者从源头增加原料湿度对外部加湿装备要求较高，使用成本较高；后者则是通过改变电堆内部结构将源头与过程中产生的水通过扩散进入质子交换膜内部或，此方法主要改变电堆内部结构，需要耐受较高工作温度、电场和压力的加湿工作组件，存在使用寿命和可靠性问题，同时，在特定情况下依然无法满足要求。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池及其的电堆湿度控制装置和方法，以实现在不改变燃料电池内部结构的情况下，使得燃料电池电堆的湿度处于正常工作需求范围内。

本发明的第一方面，提供了一种燃料电池电堆湿度控制装置，具体包括：

电堆、汽水分离器、调温装置、湿度传感器和控制器；

调温装置位于电堆和汽水分离器之间的管路上，用于调整管路的温度；

湿度传感器用于采集电堆内部的湿度；

控制器分别与调温装置和湿度传感器连接，用于当电堆的湿度大于第一预设值时，控制调温装置进行降温动作，以控制管路的温度降低；还用于当电堆的湿度小于第二预设值时，控制调温装置进行升温动作，以控制管路的温度升高，其中，第一预设值大于或等于第二预设值。

进一步地，调温装置包括散热器和加热器，散热器用于对管路进行降温，加热器用于对管路进行升温。

优选地，散热器包括液冷循环装置和/或散热扇。

优选地，加热器包括加热片、电热丝或电阻丝中的至少一种。

进一步地，燃料电池电堆湿度控制装置，具体还包括：氢循环泵、供氢系统、排氢阀、排水阀和尾排系统；

电堆的阳极出口与汽水分离器的入口连接，汽水分离器的第一出口与排水阀的一端连接，排水阀的另一端与尾排系统连接，汽水分离器的第二出口分别氢循环泵的一端口和排氢阀的一端连接，排氢阀的另一端与尾排系统连接，氢循环泵的另一端口与电堆的阳极入口连接，供氢系统与电堆的阳极入口连接。

本发明的第二方面，提供了一种燃料电池电堆湿度控制方法，基于第一方面任一项的燃料电池电堆湿度控制装置实现，方法包括以下步骤：

获取电堆内部的湿度；

当电堆的湿度大于第一预设值时，控制调温装置进行降温动作，以控制管路的温度降低；