一种燃料电池加湿系统以及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池加湿系统以及车辆。


背景技术：

2.燃料电池质子交换膜在适当湿润条件下才能获得良好的工作性能，燃料电池空气和氢气进气都需要增湿以防止质子交换膜在运行过程中脱水降低性能及工作寿命。
3.目前燃料电池系统为解决增湿问题，通常匹配增湿器，目前应用较多的增湿器为渗透膜增湿器及中空纤维管增湿器，一般是通过调节气体流量、湿膜的大小和厚度以及水温来改变湿膜加湿器的加湿量大小。
4.增湿器在系统应用中的缺点：
5.1、增湿器体积、重量较大，降低系统体积功率密度及质量功率密度。
6.2、若想稳定控制增湿效果，需要增加旁通路或调解增湿器前后温度，由此增加了系统的复杂程度及控制难度；
7.3、增湿器时被动增湿，会导致吹扫过程空气较湿，影响冷启动过程吹扫的时间及难度；
8.4、部分增湿器运行过程中随着增湿器eol状态(渗透膜失效或寿命极限后)会发生泄漏，造成入堆流量降低，影响电堆性能及稳定度。


技术实现要素：

9.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种采用尾排水进行进气加湿的燃料电池加湿系统以及车辆。
10.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的第一种技术方案为：
11.一种燃料电池加湿系统，燃料电池包括电堆，所述电堆包括空气侧入口以及空气侧出口，所述加湿系统包括空压机、中冷器以及分水器；
12.所述空压机通过中冷器与空气侧入口连通；
13.所述分水器包括进口和液态水出口；
14.所述空气侧出口、分水器的进口、液态水出口以及中冷器依次连通，所述中冷器通过分水器分离的液态水对中冷器内通过的空气进行加湿。
15.优选地，所述中冷器内设置有喷淋加湿装置；
16.所述喷淋加湿装置与分水器液态水出口连通。
17.优选地，所述喷淋加湿装置与分水器液态水出口之间还设置有储水箱。
18.优选地，燃料电池还包括尾排；
19.所述加湿系统还包括三通阀，所述三通阀分别与液态水出口、储水箱以及尾排三者连通。
20.优选地，所述分水器还包括气体出口；
21.所述加湿系统还包括膨胀机，所述膨胀机与空压机共轴设置；所述气体出口与膨
胀机连通。
22.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的第二种技术方案为：
23.一种上述的燃料电池加湿系统的控制方法，包括
24.燃料电池发送增湿命令；
25.检测或计算目标电流点湿度a1，判断判断湿度a1是否小于a
set
，若否则按照现有的命令继续执行，若是则根据增湿量δa调整三通阀开度a，改变进喷淋加湿装置的液态水量b后重新执行本步骤直至满足燃料电池发送的增湿命令所需的目标湿度。
26.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的第三种技术方案为：
27.一种车辆，包括上述的燃料电池加湿系统。
28.本实用新型的有益效果在于：通过将反应后的水蒸气通过分水器进行分离，通过利用分离后的液态水，对入堆的空气进行加湿，能够实现反应水的重复利用，同时无需增湿器进行增湿，降低了制造成本，且结构简单，体积更小，使用寿命更长，更稳定，控制过程更加简单，能够实现冷启动时稳定输出湿度；喷淋用水由堆内排出，进行加湿时保证不易影响入堆空气温度要求；并且利用了堆内废水，整车运行过程中减少液体排除，相比整车或运行中尾排一直喷水，客户体验度好。
附图说明
29.图1为本实用新型具体实施方式的一种燃料电池加湿系统的系统框图；
30.图2为本实用新型具体实施方式的一种燃料电池加湿系统的控制方法的流程图；
31.标号说明：1、电堆；2、空气侧入口；3、空气侧出口；4、空压机；5、中冷器；6、分水器；7、喷淋加湿装置；8、储水箱；9、尾排；10、三通阀；11、膨胀机；
具体实施方式
32.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
33.请参照图1以及图2，一种燃料电池加湿系统，燃料电池包括电堆1，所述电堆1包括空气侧入口2以及空气侧出口3，所述加湿系统包括空压机4、中冷器5以及分水器6；
34.所述空压机4通过中冷器5与空气侧入口2连通；
35.所述分水器6包括进口和液态水出口；
36.所述空气侧出口3、分水器6的进口、液态水出口以及中冷器5依次连通，所述中冷器5通过分水器6分离的液态水对中冷器5内通过的空气进行加湿。
37.有益效果：通过将反应后的水蒸气通过分水器6进行分离，通过利用分离后的液态水，对入堆的空气进行加湿，能够实现反应水的重复利用，同时无需增湿器进行增湿，降低了制造成本，且结构简单，体积更小，使用寿命更长，更稳定，控制过程更加简单，能够实现冷启动时稳定输出湿度；喷淋用水由堆内排出，进行加湿时保证不易影响入堆空气温度要求；并且利用了堆内废水，整车运行过程中减少液体排除，相比整车或运行中尾排9一直喷水，客户体验度好。
38.进一步的，所述中冷器5内设置有喷淋加湿装置7；
39.所述喷淋加湿装置7与分水器6液态水出口连通。
40.从上述描述可知，通过喷淋加湿装置7集中在中冷器5内，结构可靠性高、结构紧凑、占用空间小，系统集成性好。
41.进一步的，所述喷淋加湿装置7与分水器6液态水出口之间还设置有储水箱8。
42.从上述描述可知，通过储水箱8的设置，能够保证为喷淋装置提供的水量为一个较为稳定的状态，避免水分器直接供水导致的供水量出现波动，进而影响加湿效果。
43.进一步的，燃料电池还包括尾排9；
44.所述加湿系统还包括三通阀10，所述三通阀10分别与液态水出口、储水箱8以及尾排9三者连通。
45.从上述描述可知，通过三通阀10分别与液态水出口、储水箱8以及尾排9三者连通，能够将保证储水箱8有足够的供水，同时将多余的水通过尾排9排出；保证加湿能力可控，不会出现过湿情况。
46.进一步的，所述分水器6还包括气体出口；
47.所述加湿系统还包括膨胀机11，所述膨胀机11与空压机4共轴设置；所述气体出口与膨胀机11连通。
48.从上述描述可知，通过膨胀机11，能够将经过分水的低湿度和高压气体作用于膨胀机11，进而推动空压机4，形成类似汽车的废气涡轮的结构，或者说就是另一种的废气涡轮，实现能量的进一步利用。
49.一种上述的燃料电池加湿系统的控制方法，包括
50.燃料电池发送增湿命令；
51.检测或计算目标电流点湿度a1，判断判断湿度a1是否小于a
set
，若否则按照现有的命令继续执行，若是则根据增湿量δa调整三通阀开度a，改变进喷淋加湿装置的液态水量b；检测或计算目标电流点湿度a1`，判断判断湿度a1`是否小于a
set
，若否则按照现有的命令继续执行，若是则根据增湿量δa`调整三通阀开度a`，改变进喷淋加湿装置的液态水量b`；
52.重新执行本步骤直至满足燃料电池发送的增湿命令所需的目标湿度。
53.实施例一
54.一种燃料电池加湿系统，燃料电池包括电堆，所述电堆包括空气侧入口以及空气侧出口，所述加湿系统包括空压机、中冷器以及分水器；
55.所述空压机通过中冷器与空气侧入口连通；
56.所述分水器包括进口和液态水出口；
57.所述空气侧出口、分水器的进口、液态水出口以及中冷器依次连通，所述中冷器通过分水器分离的液态水对中冷器内通过的空气进行加湿。
58.所述中冷器内设置有喷淋加湿装置；
59.所述喷淋加湿装置与分水器液态水出口连通。
60.所述喷淋加湿装置与分水器液态水出口之间还设置有储水箱。
61.燃料电池还包括尾排；
62.所述加湿系统还包括三通阀，所述三通阀分别与液态水出口、储水箱以及尾排三者连通。
63.所述分水器还包括气体出口；
64.所述加湿系统还包括膨胀机，所述膨胀机与空压机共轴设置；所述气体出口与膨
胀机连通。
65.实施例二
66.一种实施例一所述的燃料电池加湿系统的控制方法，包括
67.燃料电池发送增湿命令；
68.检测或计算目标电流点湿度a1，判断判断湿度a1是否小于a
set
，若否则按照现有的命令继续执行，若是则根据增湿量δa调整三通阀开度a，改变进喷淋加湿装置的液态水量b；检测或计算目标电流点湿度a1`，判断判断湿度a1`是否小于a
set
，若否则按照现有的命令继续执行，若是则根据增湿量δa`调整三通阀开度a`，改变进喷淋加湿装置的液态水量b`；(以此类推)
69.重新执行本步骤直至满足燃料电池发送的增湿命令所需的目标湿度。
70.实施例三
71.一种车辆，包括实施例一所述的燃料电池加湿系统。
72.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。