[發明專利]一種集成冷卻加濕功能的燃料電池系統裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 202010960972.0
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112086663B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 馬秋玉;趙洪輝;趙子亮;秦曉津;蘆巖;李鑫宇;曲祿成;黃興;丁天威
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04029
• 分類號: H01M8/04029;H01M8/04119;H01M8/04701;H01M8/04828
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明提供了一種集成冷卻加濕功能的燃料電池系統裝置及其控制方法，該燃料電池系統裝置包括依次連接的壓縮裝置、集成式加濕冷卻裝置和燃料電池；還包括檢測控制模組。集成式加濕冷卻裝置內部設置有中通膜管，通過輸送裝置冷卻液以外循環形式對集成式加濕冷卻裝置進行加濕冷卻，集成式加濕冷卻裝置與電堆的連接管路上設置有流量調節閥和空氣干燥裝置。所述控制方法包括：檢測控制模組分別獲取進入集成式加濕冷卻裝置的空氣溫度和燃料電池內濕度，根據空氣溫度控制輸送裝置的轉速，根據燃料電池內的濕度控制流量調節閥的開度。本發明取消了中冷器與加濕器，對中冷器和加濕器進行了集成設計，具有集成度高和體積小等特點。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，涉及燃料電池系統裝置，尤其涉及一種集成冷卻加濕功能的燃料電池系統裝置及其控制方法。

背景技術

燃料電池是一種使用氫氣等作為燃料，通過與氧氣的化學反應而產生電能的裝置，并且副產物只有水，具有零排放、效率高、啟動速度快和低溫運行等優點。因此燃料電池具有廣泛的應用領域，可作為動力電源應用于汽車、航天和無人機等領域。

燃料電池膜是反應的核心，由于燃料電池反應需要在特定的條件下進行，為了保證反應正常高效的運行，需要保證進入燃料電池陰極的空氣需要滿足一定的濕度和溫度要求。當燃料電池的濕度低于要求時，質子交換膜會產生膜干的問題，當燃料電池的濕度高于要求時，質子交換膜會產生水淹的問題，從而降低燃料電池的反應效率。當燃料電池的溫度不滿足要求時，燃料電池內的反應不能高效進行，嚴重時會損傷質子交換膜，降低系統壽命。

現有技術當中，進入燃料電池陰極溫度調節通過中冷器實現，濕度調節通過加濕器來實現，中冷器和加濕器的體積較大，系統集成度差。

CN105226312A公開了一種使用注射器的燃料電池用空氣加濕裝置及空氣加濕方法，該空氣加濕裝置包括設置在與空氣壓縮機的空氣供應管線上的注射器，以及設置在空氣壓縮機出口連接注射器入口的旁通管線上的旁通閥。將空氣壓縮機一部分壓縮空氣通過旁通管線進入注射器，混合燃料電池系統排出的冷凝水注射到空氣壓縮機的入口中，對進入燃料電池陰極的空氣進行冷卻加濕。但是該發明不能對進入燃料電池陰極的空氣的溫度和濕度進行調控，不能滿足不同燃料電池工況需求，適應性差。

CN109818012A公開了一種燃料電池發動機系統的水熱管理系統，包括氫氣供應系統、空氣供應系統和散熱系統，其中，所述空氣供應系統先對空氣進行壓縮進入中冷器進行適當降溫，然后進入氣/氣膜增濕器中進行加濕，當空氣的溫度與濕度達到一定要求后進入電堆參與反應。該發明采用電堆出口的部分濕空氣對進入電堆前干空氣進行加濕，不需要額外增加濕源，但是其仍需要設置中冷器和加濕器，使系統體積大，集成度差，并且不能對進入燃料電池陰極的空氣的溫度和濕度進行調控。

CN109478663A公開了一種用于燃料電池的加濕和冷卻設備，該設備包括殼體，所述殼體包括設置于殼體底部的儲藏器、設置于殼體內的水噴射裝置、以及連接所述儲藏器和所述水噴射裝置的回收管；壓縮后的空氣進入該設備進行加濕冷卻，當空氣溫度較高時，通過水噴射裝置噴射水以降低空氣溫度并同時調節濕度。但是該發明不能對進入燃料電池陰極的空氣的溫度和濕度進行調控，適應性差。

現有燃料電池冷卻加濕系統裝置均存在體積大和適應性差的問題。因此，如何在保證燃料電池冷卻加濕系統裝置對進入燃料電池空氣濕度和溫度的情況下，同時還能保證燃料電池冷卻加濕系統裝置結構簡單、體積小和適應性強，成為目前迫切需要解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種集成冷卻加濕功能的燃料電池系統裝置及其控制方法，通過集成式加濕冷卻裝置和檢測控制模組，能夠對進入燃料電池的空氣進行溫度和濕度的調控，并且整個系統具有集成度高和體積小等特點。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：