專利名稱：可測量濕度的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)及其濕度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)及所供空氣濕度的測量方法。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池用作車、船動(dòng)力系統(tǒng)或手提式、移動(dòng)式和固定式的發(fā)電站時(shí)必須包括電池堆、燃料氫氣供應(yīng)、空氣供應(yīng)、冷卻散熱、自動(dòng)控制及電能輸出各個(gè)部分。
為了保證燃料電池長期運(yùn)行的穩(wěn)定性，目前質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極中所用的質(zhì)子交換膜，在電池運(yùn)行過程中需要有水分子存在保濕，因?yàn)橹挥兴馁|(zhì)子才可以自由地穿過質(zhì)子交換膜，從電極陽極端到達(dá)電極陰極端參加電化學(xué)反應(yīng)。否則，當(dāng)大量干燥的空氣向燃料電池供應(yīng)并離開燃料電池時(shí)，容易將質(zhì)子交換膜中的水分子帶走，使質(zhì)子無法順利通過質(zhì)子交換膜，導(dǎo)致電極內(nèi)阻急劇增加，電池性能急劇下降。所以向燃料電池供應(yīng)的空氣一般來說需要經(jīng)過增濕，使進(jìn)入燃料電池的空氣相對濕度提高，以免使質(zhì)子交換膜失水。
由于進(jìn)入燃料電池空氣的濕度與燃料電池的性能密切相關(guān)，因此要對其準(zhǔn)確的測量以便進(jìn)行嚴(yán)格控制。實(shí)際上，燃料電池都具有空氣供應(yīng)系統(tǒng)，供應(yīng)系統(tǒng)出來的空氣即進(jìn)入燃料電池內(nèi)部，所以測量燃料電池空氣的濕度可以通過測量空氣供應(yīng)系統(tǒng)出口段的空氣濕度來完成。
目前所用的燃料電池一般直接在空氣供應(yīng)系統(tǒng)的中冷器出口段加設(shè)濕度傳感器來測量該處的空氣濕度，并以此獲得燃料電池的空氣濕度，但是這種獲得燃料電池空氣濕度的辦法存在的最大問題是當(dāng)前絕大多數(shù)濕度傳感器都存在探頭一旦沾上冷凝水則測量失靈的弊端，而空氣供應(yīng)系統(tǒng)的空氣經(jīng)過壓縮機(jī)作用溫度較高(超過130℃)，再經(jīng)增濕、降溫，達(dá)到中冷器的出口段有相變發(fā)生，極易產(chǎn)生冷凝水，而使?jié)穸葌鞲衅魇ъ`，一旦冷凝水沒有被及時(shí)帶走，將極大的影響系統(tǒng)對增濕裝置的調(diào)節(jié)控制，最終影響燃料電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠準(zhǔn)確測量所供空氣濕度的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種準(zhǔn)確測量燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)濕度的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下一種可測量濕度的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，包括依次連接的過濾器、壓縮機(jī)、增濕器和中冷器，所述增濕器和中冷器之間設(shè)有濕度傳感器、第一壓力表和第一溫度傳感器；所述中冷器出口段設(shè)有第二壓力表和第二溫度傳感器。
一種可測量濕度的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)的濕度測量方法，包括如下步驟1)測量出所述增濕器和中冷器之間空氣的濕度φ1、溫度t1和空氣壓力P1；2)測量出所述中冷器(11)出口段空氣的溫度t2和空氣壓力P2；3)換算出所述中冷器(11)出口段的空氣濕度φ2，換算公式為φ2=φ1·Pt1,H2OΘ·P2P1·Pt2,H2OΘ]]>其中Pt1，H2OΘ為溫度t1下水的飽和蒸汽壓，Pt2，H2OΘ為溫度t2下水的飽和蒸汽壓。
本發(fā)明最大的特點(diǎn)在于并不對燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)所供空氣濕度進(jìn)行直接測量，從而避開了直接測量所帶來的不利因素；本發(fā)明選擇了空氣供應(yīng)系統(tǒng)中兩個(gè)位置進(jìn)行濕度、溫度和壓力等相關(guān)數(shù)據(jù)測量，并且保證這些測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，然后通過換算公式，間接得出空氣供應(yīng)系統(tǒng)所供空氣準(zhǔn)確的濕度。


圖1為燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
見圖1，燃料電池系統(tǒng)的儲(chǔ)氫罐1中存儲(chǔ)高壓氫氣，上述氫氣通過減壓閥2后進(jìn)入燃料電池堆3，在燃料電池堆3的出口側(cè)設(shè)有氫氣循環(huán)泵4把流出的氫氣返回電池堆3。所述燃料電池的空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括過濾器9、壓縮機(jī)8、增濕器7和中冷器11，外界空氣經(jīng)過濾器9濾凈進(jìn)入壓縮機(jī)8，潔凈空氣在壓縮機(jī)中增溫(溫度超過130℃)，然后進(jìn)入增濕器7中增加濕度。由于燃料電池堆3的工作溫度在70℃以下，所以經(jīng)過增濕的高溫空氣還要經(jīng)過中冷器11降溫，最后進(jìn)入燃料電池堆3。
所述燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)的增濕器7和中冷器11之間還設(shè)有濕度傳感器13、第一壓力表15和第一溫度傳感器14；所述中冷器11出口段還設(shè)有第二壓力表16和第二溫度傳感器12。在燃料電池堆3的出口側(cè)設(shè)有散熱器10，并有水箱5承接散熱器出來的凝結(jié)水，水箱中的水通過水泵6返回電池堆中。
本發(fā)明所述燃料電池空氣濕度的測量方法，包括以下步驟1)測量出所述增濕器7和中冷器11之間空氣的濕度φ1、溫度t1和空氣壓力P1；2)測量出所述中冷器11出口段空氣的溫度t2和空氣壓力P2；3)換算出所述中冷器11出口段的空氣濕度φ2，換算公式為φ2=φ1·Pt1,H2OΘ·P2P1·Pt2,H2OΘ]]>其中Pt1，H2OΘ為溫度t1下水的飽和蒸汽壓，Pt2，H2OΘ為溫度t2下水的飽和蒸汽壓。
所述濕度傳感器13安裝在增濕器7和中冷器11之間，此時(shí)空氣溫度很高，肯定不會(huì)出現(xiàn)冷凝水影響濕度傳感器工作的情況，能夠準(zhǔn)確測量出該處的空氣濕度φ1，位于中冷器11出口段處由于空氣經(jīng)過降溫很容易出現(xiàn)冷凝水，但是并不影響在此處準(zhǔn)確測量出溫度t2，同樣也可以準(zhǔn)確測量出增濕器和中冷器之間的溫度t1和空氣壓力P1，以及中冷器出口段的空氣壓力P2；然后經(jīng)過換算公式轉(zhuǎn)換，就可以得到中冷器11出口段的空氣濕度，也即燃料電池的空氣濕度，進(jìn)而用于準(zhǔn)確的對增濕器調(diào)節(jié)控制。
權(quán)利要求
1.一種可測量濕度的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，包括依次連接的過濾器(9)、壓縮機(jī)(8)、增濕器(7)和中冷器(11)，其特征在于所述增濕器(7)和中冷器(11)之間設(shè)有濕度傳感器(13)、第一壓力表(15)和第一溫度傳感器(14)；所述中冷器(11)出口段設(shè)有第二壓力表(16)和第二溫度傳感器(12)。
2.一種權(quán)利要求1所述可測量濕度的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)的濕度測量方法，其特征在于包括如下步驟1)測量出所述增濕器(7)和中冷器(11)之間空氣的濕度φ1、溫度t1和空氣壓力P1；2)測量出所述中冷器(11)出口段空氣的溫度t2和空氣壓力P2；3)換算出所述中冷器(11)出口段的空氣濕度φ2，換算公式為φ2=φ1·Pt1,H2OΘ·P2P1·Pt2,H2OΘ]]>其中Pt1，H2OΘ為溫度t1下水的飽和蒸汽壓，Pt2，H2OΘ為溫度t2下水的飽和蒸汽壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)及所供空氣濕度的測量方法，目的是提供一種能夠準(zhǔn)確測量所供空氣濕度的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，并提供一種準(zhǔn)確測量燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)濕度的方法。一種可測量濕度的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，包括依次連接的過濾器、壓縮機(jī)、增濕器和中冷器，所述增濕器和中冷器之間設(shè)有濕度傳感器、第一壓力表和第一溫度傳感器；所述中冷器出口段設(shè)有第二壓力表和第二溫度傳感器。本發(fā)明最大的特點(diǎn)在于并不對燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)所供空氣濕度進(jìn)行直接測量，通過換算公式，間接得出空氣供應(yīng)系統(tǒng)所供空氣準(zhǔn)確的濕度。
文檔編號G01N19/10GK101013759SQ20071003689
公開日2007年8月8日 申請日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者稅方, 趙景輝, 吳兵 申請人:上海汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院