燃料电池的温湿度控制系统及温湿度控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种燃料电池的温湿度控制系统及温湿度控制方法。该温湿度控制系统与电池堆连通，包括气体输送主线和加湿支路，加湿支路具有回流管线以及设置于回流管线上的加湿器，回流管线的入口和出口均与气体输送主线连通，加湿支路还包括温控储液装置，温控储液装置分别与加湿器的加湿介质入口和加湿介质出口连通，通过上述冷却介质输送管线和热源输送管线分别独立地向温控储液装置中输送冷却介质和热量以实现对加湿支路温度平衡，有效提升了热量利用率，降低了能耗；同时通过冷热水补水方法，可拓宽电堆湿度调控范围，提高湿度调控的精度和响应速率。

Temperature and Humidity Control System and Temperature and Humidity Control Method of Fuel Cell

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的温湿度控制系统及温湿度控制方法
本专利技术涉及燃料电池
，具体而言，涉及一种燃料电池的温湿度控制系统及温湿度控制方法。
技术介绍
随着全球能源使用量的增长及不科学使用，化石燃料等不可再生能源将日益枯竭，并对环境产生严重影响.这就迫切要求人们开发氢能、太阳能等新能源以应对能源危机和环境污染问题。氢能来源丰富，可以高效转化，使用过程无排放污染，作为二次能源的载体，在工业、交通等领域中有重要前景。氢燃料电池是为氢气和氧气提供电化学反应场所的能量转化装置。与化学储能电池不同，氢燃料电池的反应介质(氢气和空气/氧气)贮存是独立于反应场所(电堆)的，在氢燃料电池工作过程中，反应介质需要特定的输送设备/部件源源不断的向电堆输送。电堆内部设计有阳极流场和阴极流场分别为氢气和空气/氧气提供流动通道，还设置供反应进行的膜电极(主要由质子交换膜、催化剂和多孔介质等构成)。反应过程，氢气送到电堆的阳极板或双极板阳极侧(阳极板上设计有供氢气流动通道或双极板阳极侧上设计有供氢气流动通道)，到达膜电极的阳极侧，在催化剂的作用下，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达膜电极阴极侧，电子不能穿过质子交换膜，只能经外部电路，到达膜电极阴极侧，此过程在外电路中产生了电流。质子和电子与经过阴极板流场(阴极板上设计有供空气/氧气流动通道或双极板阳极侧上设计有供空气/氧气流动通道)到达膜电极阴极侧的氧气(或空气中的氧气)结合为水。反应进行时，反应介质的化学能转化为电能的同时，也会产生热能，大部分热能需要及时通过冷却介质排出电堆，利用电堆外部冷却装置转移或消耗。电堆反应产物为纯水，一部分用于润湿电堆内部的膜材料，一部分被反应尾气(未反应完全的阳极尾气和阴极尾气)带出电堆。燃料电池发出的电，经变换器、控制器等装置，便可以针对性的利用。为保证燃料电池反应顺利进行，除了源源不断的反应介质供应，电能、热能平衡输出等条件外，反应场所还需要保证一定量的水分存在，以使质子交换膜处于一定的水化状态，因为质子的传导能力与质子交换膜的含水量有关，含水量太低，质子传导能力弱，含水量过高，会引起膜电极水淹，导致与其相连的气体扩散或传输通道水堵塞。因此，需要保证一个良好的水平衡关系。本专利技术提供了一种燃料电池的温湿度控制系统及温湿度控制方法，用于解决燃料电池过干或水淹造成的系统性能低、稳定性差等问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种燃料电池的温湿度控制系统及温湿度控制方法，以解决现有技术中燃料电池的湿度控制精度低、响应时间长以及、稳定性差的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种燃料电池的温湿度控制系统，与电池堆连通，包括：气体输送主线，与冷却介质输送管线电池堆连通，用于向冷却介质输送管线电池堆输送燃料气或氧化气；加湿支路，具有回流管线以及设置于冷却介质输送管线回流管线上的加湿器，冷却介质输送管线回流管线的入口和出口均与冷却介质输送管线气体输送主线连通，冷却介质输送管线加湿器具有气体入口、加湿介质入口、气体出口以及加湿介质出口，冷却介质输送管线加湿支路还包括温控储液装置，冷却介质输送管线温控储液装置分别与冷却介质输送管线加湿介质入口和冷却介质输送管线加湿介质出口连通；冷却介质输送管线，与冷却介质输送管线温控储液装置连通，用于向冷却介质输送管线温控储液装置中输送冷却介质；热源输送管线，与冷却介质输送管线温控储液装置连通，用于向冷却介质输送管线温控储液装置中输送热量。进一步地，冷却介质输送管线温湿度控制系统还包括：冷却介质贮存箱，与冷却介质输送管线冷却介质输送管线连通；冷却介质调节阀，设置于冷却介质输送管线冷却介质输送管线上，用于调节向冷却介质输送管线温控储液装置中输送的冷却介质输送管线冷却介质的流量。进一步地，冷却介质输送管线电池堆具有冷却介质入口和冷却介质出口，冷却介质输送管线温湿度控制系统还包括：冷却介质循环管线，分别与冷却介质输送管线冷却介质入口、冷却介质输送管线冷却介质出口以及冷却介质输送管线热源输送管线连通；热源调节阀，设置于冷却介质输送管线热源输送管线上，用于调节向冷却介质输送管线温控储液装置中输送的冷却介质输送管线热量的大小。进一步地，冷却介质输送管线温湿度控制系统还包括：循环介质贮存箱，具有循环介质入口和循环介质出口，冷却介质输送管线循环介质入口与冷却介质输送管线冷却介质出口连通，冷却介质输送管线循环介质出口分别与冷却介质输送管线冷却介质入口和冷却介质输送管线热源输送管线连通；散热组件，冷却介质输送管线散热组件分别与冷却介质输送管线循环介质出口与冷却介质输送管线冷却介质入口连通。进一步地，冷却介质输送管线循环介质贮存箱具有介质补充入口，冷却介质输送管线温湿度控制系统还包括：冷却介质贮存箱，分别与冷却介质输送管线冷却介质输送管线和冷却介质输送管线介质补充入口连通；补充介质调节阀，设置于冷却介质输送管线冷却介质贮存箱与冷却介质输送管线介质补充入口连通的管线上。进一步地，冷却介质输送管线温湿度控制系统还包括气体湿度检测器，冷却介质输送管线气体湿度检测器设置于冷却介质输送管线气体输送主线上，并位于冷却介质输送管线加湿支路的下游。进一步地，冷却介质输送管线温湿度控制系统还包括总控制器，冷却介质输送管线总控制器分别与冷却介质输送管线冷却介质调节阀和冷却介质输送管线气体湿度检测器电连接，用于根据冷却介质输送管线气体湿度检测器调节冷却介质输送管线冷却介质调节阀。进一步地，冷却介质输送管线加湿支路还包括：加湿介质循环管线，分别与冷却介质输送管线加湿介质入口和冷却介质输送管线加湿介质出口连通，冷却介质输送管线温控储液装置设置于冷却介质输送管线加湿介质循环管线上；加湿介质温度检测器，设置于冷却介质输送管线加湿介质循环管线上，并位于冷却介质输送管线温控储液装置的下游。进一步地，温湿度控制系统还包括温湿度控制组件，温湿度控制组件包括：加湿介质加热器，设置于加湿介质循环管线上；和/或加湿介质冷凝器，设置于加湿介质循环管线上。进一步地，温湿度控制系统还包括温湿度控制组件，温湿度控制组件包括：气体加热器，设置于气体输送主线上，并位于加湿支路的下游；和/或气体冷凝器，设置于气体输送主线上，并位于加湿支路的下游。进一步地，温湿度控制系统还包括：气体温度检测器，设置于气体输送主线上，并位于温湿度控制组件的下游；气体湿度检测器，设置于气体输送主线上，并位于温湿度控制组件的下游。根据本专利技术的另一方面，提供了一种燃料电池的温湿度控制方法，采用上述的温湿度控制系统，冷却介质输送管线温湿度控制系统与电池堆连通，且冷却介质输送管线温湿度控制系统中设置有气体输送主线、加湿支路、冷却介质输送管线和热源输送管线，冷却介质输送管线加湿支路具有回流管线、加湿器和温控储液装置，冷却介质输送管线方法包括以下步骤：同时向冷却介质输送管线气体输送主线和冷却介质输送管线回流管线中通入反应气体，冷却介质输送管线反应气体为燃料气或氧化气；采用冷却介质输送管线加湿器对冷却介质输送管线回流管线中的冷却介质输送管线反应气体进行加湿处理，并通过冷却介质输送管线冷却介质输送管线向冷却介质输送管线温控储液装置输送冷却介质，或通过冷却介质输送管线热源输送管线向冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池的温湿度控制系统，其特征在于，与电池堆连通，包括：气体输送主线，与所述电池堆连通，用于向所述电池堆输送燃料气或氧化气；加湿支路，具有回流管线以及设置于所述回流管线上的加湿器，所述回流管线的入口和出口均与所述气体输送主线连通，所述加湿器具有气体入口、加湿介质入口、气体出口以及加湿介质出口，所述加湿支路还包括温控储液装置，所述温控储液装置分别与所述加湿介质入口和所述加湿介质出口连通；冷却介质输送管线，与所述温控储液装置连通，用于向所述温控储液装置中输送冷却介质；热源输送管线，与所述温控储液装置连通，用于向所述温控储液装置中输送热量。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的温湿度控制系统，其特征在于，与电池堆连通，包括：气体输送主线，与所述电池堆连通，用于向所述电池堆输送燃料气或氧化气；加湿支路，具有回流管线以及设置于所述回流管线上的加湿器，所述回流管线的入口和出口均与所述气体输送主线连通，所述加湿器具有气体入口、加湿介质入口、气体出口以及加湿介质出口，所述加湿支路还包括温控储液装置，所述温控储液装置分别与所述加湿介质入口和所述加湿介质出口连通；冷却介质输送管线，与所述温控储液装置连通，用于向所述温控储液装置中输送冷却介质；热源输送管线，与所述温控储液装置连通，用于向所述温控储液装置中输送热量。2.根据权利要求1所述的温湿度控制系统，其特征在于，所述温湿度控制系统还包括：冷却介质贮存箱，与所述冷却介质输送管线连通；冷却介质调节阀，设置于所述冷却介质输送管线上，用于调节向所述温控储液装置中输送的所述冷却介质的流量。3.根据权利要求1或2所述的温湿度控制系统，其特征在于，所述电池堆具有冷却介质入口和冷却介质出口，所述温湿度控制系统还包括：冷却介质循环管线，分别与所述冷却介质入口、所述冷却介质出口以及所述热源输送管线连通；热源调节阀，设置于所述热源输送管线上，用于调节向所述温控储液装置中输送的所述热量的大小。4.根据权利要求3所述的温湿度控制系统，其特征在于，所述温湿度控制系统还包括：循环介质贮存箱，具有循环介质入口和循环介质出口，所述循环介质入口与所述冷却介质出口连通，所述循环介质出口分别与所述冷却介质入口和所述热源输送管线连通；散热组件，所述散热组件分别与所述循环介质出口与所述冷却介质入口连通。5.根据权利要求4所述的温湿度控制系统，其特征在于，所述循环介质贮存箱具有介质补充入口，所述温湿度控制系统还包括：冷却介质贮存箱，分别与所述冷却介质输送管线和所述介质补充入口连通；补充介质调节阀，设置于所述冷却介质贮存箱与所述介质补充入口连通的管线上。6.根据权利要求2所述的温湿度控制系统，其特征在于，所述温湿度控制系统还包括气体湿度检测器，所述气体湿度检测器设置于所述气体输送主线上，并位于所述加湿支路的下游。7.根据权利要求6所述的温湿度控制系统，其特征在于，所述温湿度控制系统还包括总控制器，所述总控制器分别与所述冷却介质调节阀和所述气体湿度检测器电连接，用于根据所述气体湿度检测器调节所述冷却介质调节阀。8.根据权利要求1所述的温湿度控制系统，其特征在于，所述加湿支路还包括：加湿介质循环管线，分别与所述加湿介质入口和所述加湿介质出口连通，所述温控储液装置设置于所述加湿介质循环管线上；加湿介质温度检测器，设置于所述加湿介质循环管线上，并位于所述温控储液装置的下游。9.根据权利要求8所述的温湿度控制系统，其特征在于，所述温湿度控制系统还包括温湿度控制组件，所述温湿度控制组件包括：加湿介质加热器，设置于所述加湿介质循环管线上；和/或加湿介质冷凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤浩，乔泽敏，李凯，高艳，
申请(专利权)人：苏州市华昌能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32