[发明专利]自增湿燃料电池水热管理系统及其控制方法

权利要求书

1.一种自增湿燃料电池水热管理系统，其特征在于，包括：

空气路系统，所述空气路系统包括滤清器、空压机、加湿器、第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器和第一排气阀；所述滤清器、所述空压机和所述加湿器依次串联后，所述加湿器连接于燃料电池的阴极入口处；所述阴极入口与所述加湿器之间连接所述第一压力传感器和所述第一温度传感器；所述燃料电池的阴极出口设置第二压力传感器，所述第二压力传感器同时与所述第一排气阀和所述加湿器连接；

氢气路系统，所述氢气路系统包括高压氢 瓶、第三压力传感器、第四压力传感器、第二温度传感器和第二排气阀；所述高压氢瓶连接于所述燃料电池的阳极入口处，且所述高压氢瓶与所述阳极入口之间连接所述第三压力传感器和所述第二温度传感器；所述第二排气阀连接于所述燃料电池的阳极出口处，且所述第二排气阀与所述阳极出口之间连接所述第四压力传感器；

氢气循环系统，所述氢气循环系统包括氢气循环泵、气液分离器、第一循环支路和第二循环支路，所述气液分离器安装于所述第一循环支路或所述第二循环支路；所述第一循环支路和所述第二循环支路并联后，与所述氢气循环泵串联；所述氢气循环系统并联于所述阳极出口和所述阳极入口之间；所述第一循环支路上安装第一电磁阀，所述第二循环支路上安装第二电磁阀和所述气液分离器；

冷却水路系统，所述冷却水路系统包括水箱、电导率传感器、水泵、去离子器、过滤器、第五压力传感器、第三温度传感器和/或散热器；所述水箱、所述电导率传感器、所述水泵和所述过滤器依次串联后，所述过滤器连接于所述燃料电池的冷却水入口处、所述水箱连接于所述燃料电池的冷却水出口处，且所述冷却水入口与所述过滤器之间连接所述第五压力传感器和所述第三温度传感器；所述去离子器并联于所述冷却水入口和所述冷却水出口之间；所述散热器并联于所述水箱的两端；

控制器，所述空气路系统、所述氢气路系统、所述氢气循环系统和/或所述冷却水路系统与所述控制器电性连接；

所述自增湿燃料电池水热管理系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：测量所述阴极入口的空气流量、空气温度和/或空气压力；测量所述阴极出口的空气压力；测量所述阳极入口的氢气流量、氢气温度和/或氢气压力；测量所述阳极出口的氢气压力；测量所述冷却水入口处的温度和/或压力；

步骤二：由控制器获取步骤一测得的数值后，计算出燃料电池阴、阳极两侧的实际压降值，并由控制器将所述实际压降值与燃料电池正常工作情况下的阴、阳极两侧的理论压降值进行比较，以判断燃料电池内的水含量状态：当阴极侧实际压降值大于理论压降值时，燃料电池的阴极侧处于水淹状态；当阴极侧实际压降值小于理论压降值时，燃料电池的阴极侧处于膜干状态；当阳极侧实际压降值大于理论压降值时，燃料电池的阳极侧处于水淹状态；当阳极侧实际压降值小于理论压降值时，燃料电池的阳极侧处于膜干状态；

步骤三；根据步骤二中控制器判定的燃料电池水含量状态，采取对应的调控措施：

步骤3.1：当控制器判定燃料电池的阴极侧处于水淹状态时，间断开启所述第一排气阀，以利用多余的空气产生压力波动，同时通过控制器调低所述散热器中风扇转速与所述水泵的流量，来调高燃料电池的温度，进而通过采用脉冲排气与升高燃料电池温度的方式排出燃料电池内部多余积水；

步骤3.2：当控制器判定燃料电池的阴极侧处于膜干状态时，通过控制器调高所述散热器中风扇转速与所述水泵的流量，来降低燃料电池的温度，进而增加燃料电池内部的水含量；正常工作过程中，所述第一排气阀为关闭状态，所述加湿器工作，利用所述阴极出口的气体中的水分对所述阴极入口的空气进行加湿；

步骤3.3：当控制器判定燃料电池的阳极侧处于水淹状态时，间断开启所述第二排气阀，以利用多余的氢气产生压力波动，同时通过控制器调低所述散热器中风扇转速与所述水泵的流量，来调高燃料电池的温度，进而通过采用脉冲排气与升高燃料电池温度的方式排出燃料电池内部多余积水；同时开启所述氢气循环系统中添加有所述气液分离器的循环支路，并使所述气液分离器开始工作，同时关闭所述氢气循环系统中的另一循环支路；

步骤3.4：当控制器判定燃料电池的阳极侧处于膜干状态时，通过控制器调高所述散热器中风扇转速与所述水泵的流量，来降低燃料电池的温度，进而增加燃料电池内部的水含量；正常工作过程中，所述第二电磁阀为关闭状态，所述气液分离器不工作，所述第一电磁阀为开启状态，阳极出口的气体通过氢气循环泵对阳极入口氢气加湿。