專利名稱：可測量濕度的燃料電池空氣供應系統(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、船動力系統(tǒng)或手提式、移動式和固定式的發(fā)電站時必須包括電池堆、燃料氫氣供應、空氣供應、冷卻散熱、自動控制及電能輸出各個部分。
為了保證燃料電池長期運行的穩(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，在電池運行過程中需要有水分子存在保濕，因為只有水化的質(zhì)子才可以自由地穿過質(zhì)子交換膜，從電極陽極端到達電極陰極端參加電化學反應。否則，當大量干燥的空氣向燃料電池供應并離開燃料電池時，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的空氣一般來說需要經(jīng)過增濕，使進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)，因此要對其準確的測量以便進行嚴格控制。實際上，燃料電池都具有空氣供應系統(tǒng)，供應系統(tǒng)出來的空氣即進入燃料電池內(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，而空氣供應系統(tǒng)的空氣經(jīng)過壓縮機作用溫度較高(超過130℃)，再經(jīng)增濕、降溫，達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確測量所供空氣濕度的燃料電池空氣供應系統(tǒng)，本發(fā)明的進一步目的是提供一種準確測量燃料電池空氣供應系統(tǒng)濕度的方法。
實現(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系統(tǒng)，包括依次連接的過濾器、壓縮機、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)明最大的特點在于并不對燃料電池空氣供應系統(tǒng)所供空氣濕度進行直接測量，從而避開了直接測量所帶來的不利因素；本發(fā)明選擇了空氣供應系統(tǒng)中兩個位置進行濕度、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)的準確性，然后通過換算公式，間接得出空氣供應系統(tǒng)所供空氣準確的濕度。


圖1為燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
見圖1，燃料電池系統(tǒng)的儲氫罐1中存儲高壓氫氣，上述氫氣通過減壓閥2后進入燃料電池堆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系統(tǒng)包括過濾器9、壓縮機8、增濕器7和中冷器11，外界空氣經(jīng)過濾器9濾凈進入壓縮機8，潔凈空氣在壓縮機中增溫(溫度超過130℃)，然后進入增濕器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，最后進入燃料電池堆3。
所述燃料電池空氣供應系統(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，此時空氣溫度很高，肯定不會出現(xiàn)冷凝水影響濕度傳感器工作的情況，能夠準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確測量出溫度t2，同樣也可以準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，進而用于準確的對增濕器調(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系統(tǒng)，包括依次連接的過濾器(9)、壓縮機(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確測量所供空氣濕度的燃料電池空氣供應系統(tǒng)，并提供一種準確測量燃料電池空氣供應系統(tǒng)濕度的方法。一種可測量濕度的燃料電池空氣供應系統(tǒng)，包括依次連接的過濾器、壓縮機、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)明最大的特點在于并不對燃料電池空氣供應系統(tǒng)所供空氣濕度進行直接測量，通過換算公式，間接得出空氣供應系統(tǒng)所供空氣準確的濕度。
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:上海汽車集團股份有限公司汽車工程研究院