燃料电池系统、其加湿系统和操作方法及计算机程序产品与流程

本发明涉及燃料电池领域、尤其是用于车辆的燃料电池系统，具体涉及一种用于燃料电池系统的加湿系统、一种相应的燃料电池系统、一种相应的操作燃料电池系统的方法以及一种相应的计算机程序产品。

背景技术：

1、燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的电化学发电装置，由于其不消耗化石燃料并且几乎零排放，因此作为下一代能源得到的广泛关注与发展。在各种类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池是一种广泛应用的类型，其具有低运行温度、快速启动等重要优点，因此交换膜燃料电池特别适用于电动车辆。

2、在质子交换膜燃料电池中，通常采用氢气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，其中，聚合物膜作为电解质，将阳极区产生的质子(氢正离子)传导到阴极区。对于质子交换膜型燃料电池，维护正常质子交换膜的湿度是非常关键的，其直接影响到质子交换膜的最优性能，这是因为离子导电率特别地取决于水合作用水平，更大的水合能力会导致更高的导电率从而实现更高效的电池。但是过高的水合水平也会导致形成液态水层，而这会带来性能及可靠性问题，例如液态水层会阻塞多孔通路，因此会导致高电流密度下的电压损失，电压不稳定性，零温条件下的启动不可靠等。因此，对燃料电池中的湿度进行控制是非常重要的。

3、目前，通常使用加湿器、例如自加湿器、水箱和喷射式加湿器等来提高供给至燃料电池堆的空气的湿度。具体是通过空压机对空气加压，加压后的一路空气通过加湿器而获得湿度增大的空气，该路空气通过加湿阀向燃料电池堆供给。同时，另一路空气则通过旁通阀绕过加湿器与经加湿的空气混合，以根据需要调节出期望湿度的空气。工作时，加湿阀始终是完全打开的，通过连续控制旁通阀来控制混合空气的湿度。

4、然而，旁通阀完全打开时，如果燃料电池堆的阴极湿度仍然较高，没有可以采取的措施来降低湿度。为此，提出了通过控制加湿阀和旁通阀两者的开度来进行湿度控制。但是，如果对燃料电池系统进行了误标定，在某些情况下系统可能判定需要同时关闭两个阀，此时可能不得不使燃料电池系统停机，这是非常不利的。

5、为此，存在继续改进的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种改进的用于燃料电池系统的加湿系统、一种相应的燃料电池系统、一种相应的操作燃料电池系统的方法以及一种相应的计算机程序产品，以克服上述缺点中的至少一个和/或本文可能未提及到的其它任何缺点。

2、根据本发明的第一方面，提出了一种用于燃料电池系统的加湿系统，其中，所述燃料电池系统包括用于向燃料电池系统的电堆的阴极入口供给空气的进气通道和设置在所述进气通道上而用于对空气进行加压的空压机，所述加湿系统设置在空压机的下游且包括：彼此成并联关系布置的加湿通道和旁通通道，其中，所述加湿通道具有可调的第一通流能力，所述旁通通道具有可调的第二通流能力；设置在所述加湿通道上而对空气进行加湿的加湿器；和加湿控制器，所述加湿控制器被配置成能够至少基于湿度控制目标以确保第一通流能力和第二通流能力中的至少一个为非零的方式控制第一通流能力和第二通流能力。

3、根据本发明的第二方面，提供了一种燃料电池系统，其中，所述燃料电池系统包括所述加湿系统。

4、根据本发明的第三方面，提供了一种用于操作所述燃料电池系统的方法，所述方法至少包括：确定燃料电池系统的湿度控制目标；和至少基于所述湿度控制目标，以确保第一通流能力和第二通流能力中的至少一个为非零的方式控制第一通流能力和第二通流能力。

5、根据本发明的一个可选实施例，通过判断湿度控制目标所处的区域而确定第一通流能力和第二通流能力的基本配置状态并基于所述基本配置状态调节第一通流能力和/或第二通流能力。

6、根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序产品、特别是计算机可读程序载体，其包括或存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令配置成当被处理器执行时实施所述方法。

7、根据本发明的某些示例性实施例，通过将加湿阀和旁通阀共同地相对于湿度控制目标进行标定，可以避免单独标定造成的加湿阀和旁通阀均需要关闭的情况出现。

技术特征：

1.一种用于燃料电池系统(1)的加湿系统(17)，其中，所述燃料电池系统(1)包括用于向燃料电池系统(1)的电堆(11)的阴极入口(113)供给空气的进气通道(13)和设置在所述进气通道(13)上而用于对空气进行加压的空压机(14)，所述加湿系统(17)设置在空压机(14)的下游且包括：

2.根据权利要求1所述的加湿系统(17)，其中，

3.根据权利要求1或2所述的加湿系统(17)，其中，

4.根据权利要求3所述的加湿系统(17)，其中，

5.一种燃料电池系统(1)，其中，所述燃料电池系统(1)包括根据权利要求1-4中任一项所述的加湿系统(17)。

6.一种用于操作根据权利要求5所述的燃料电池系统(1)的方法，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其中，

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，

9.根据权利要求8所述的方法，其中，

10.根据权利要求9所述的方法，其中，

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

12.一种计算机程序产品、特别是计算机可读程序载体，其包括或存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令配置成当被处理器执行时实施权利要求6-11中任一项所述的方法。

技术总结
公开了一种用于燃料电池系统(1)的加湿系统(17)，所述燃料电池系统包括用于向电堆(11)的阴极入口(113)供给空气的进气通道(13)和设置在进气通道上而用于对空气进行加压的空压机(14)，加湿系统设置在空压机的下游且包括：并联布置的具有可调的第一通流能力的加湿通道(171)和具有可调的第二通流能力的旁通通道(172)；设置在加湿通道上而对空气进行加湿的加湿器；加湿控制器(16)，其被配置成能够至少基于湿度控制目标以确保第一、第二通流能力中的至少一个为非零的方式控制第一、第二通流能力。还公开了一种燃料电池系统、其操作方法以及一种相应的计算机程序产品。可以避免错误标定造成不得不停机的问题。

技术研发人员：董仁,S·雅诺什
受保护的技术使用者：罗伯特·博世有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15