[发明专利]一种燃料电池的控制系统及其方法

权利要求书

1.一种燃料电池控制系统，其特征在于，包括干路管路(1)、湿路管路(2)、加热器(3)、质量流量控制器(4)以及电池堆(7)；

所述干路管路(1)与所述湿路管路(2)连通为并联管路，所述加热器(3)设置于所述并联管路的入口端，所述并联管路的出口端与所述电池堆(7)连通；

所述质量流量控制器(4)包括第一质量流量控制器(41)和第二质量流量控制器(42)，所述第一质量流量控制器(41)设置于所述干路管路(1)的上游，所述第二质量流量控制器(42)设置于所述湿路管路(2)的上游；

所述湿路管路(2)中设置有用于气体增湿的增湿器(21)，所述增湿器(21)连通于所述第二质量流量控制器(42)的下游。

2.根据权利要求1所述的燃料电池控制系统，其特征在于，气体经所述加热器(3)加热后的温度高于预设温度5-8℃，所述预设温度指进入电池堆(7)内的气体温度。

3.根据权利要求2所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述加热器(3)上游设置有温度传感器S1，所述第一质量流量控制器(41)下游设置有温度传感器S2，所述温度传感器S1与所述温度传感器S2用于实现所述加热器(3)的功率控制。

4.根据权利要求1所述的燃料电池控制系统，其特征在于，位于所述增湿器(21)下游的所述湿路管路(2)中设置有温度传感器S3与压力传感器P1，所述温度传感器S3与所述压力传感器P1用于实现对所述增湿器(21)温度与压力的控制。

5.根据权利要求1所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述电池堆(7)上游管路中设置有温度传感器S4、压力传感器P2以及湿度传感器H1。

6.根据权利要求5所述的燃料电池控制系统，其特征在于，还包括背压阀(8)，所述背压阀(8)设置于所述电池堆(7)的下游管路中。

7.根据权利要求1所述的燃料电池控制系统，其特征在于，还包括换热器(5)，所述换热器(5)设置于所述并联管路出口端与所述电池堆(7)之间。

8.根据权利要求7所述的燃料电池控制系统，其特征在于，还包括液态水分离装置(6)，所述液态水分离装置(6)设置于所述换热器(5)与所述电池堆(7)之间。

9.一种燃料电池控制方法，其特征在于，采用如权利要求1至8任一所述的燃料电池控制系统，包括如下步骤：

温度调节步骤：加热器(3)加热气体至高于预设温度值5-8℃，质量流量控制器(4)控制进入干路管路(1)和湿路管路(2)内的气体流量，干湿混合气体进入换热器(5)内进行换热后，通过设置于电池堆(7)上游管路中的温度传感器S4显示是否达到预设温度；

湿度调节步骤：经第二质量流量控制器(42)进入湿路管路(2)的加热气体进入增湿器(21)内，通过增湿调节算法调节对通过增湿器(21)的气体进行增湿处理，通过设置于电池堆(7)上游管路中的湿度传感器H1显示是否达到预设湿度；

压力调节步骤：通过设置于电池堆(7)上游管路中的压力传感器P2显示是否达到预设压力，通过背压阀(8)调节电池堆(7)内的气体压力。

10.根据权利要求9所述的燃料电池控制方法，其特征在于，所述温度调节步骤中，增湿调节算法为：

Q_v,set,g＝Q_v,dry,g+Q_v,wet,g,

其中，Q_v指体积流量，set指设定流量，dry和wet指干、湿路，g指气体；

Q_v,act＝Q_v,set,g+Q_v,vapor,

其中act指实际的流量，vapor指水蒸气；

根据道尔顿分压定律：

Q_v,wet,g/Q_v,vapor＝(P_(P3)-P*_(S5))/P*_(S5)，

P指当前气体总压力，P*指在相应温度下的饱和蒸汽压，P3指压力传感器P3的读数，S5指温度传感器S5的读数；

根据气体中水质量守恒：

Q_v,vapor×ρ_(S8)＝Q_v,act×RH×P*_(S4)×[ρ_(S4)×RH]/P_(P2)，

ρ指在相应温度下的饱和水蒸气密度，并可以由以下公式得到：ρ＝597/[(1+0.597/230)[(373.15-212)/(T-212)]^5.19)-0.597/230](g/m^-3)；

根据以上方程，可以计算得到Q_v,dry,g与Q_v,wet,g，即分配到干、湿路的气体体积流量，并通过第一质量流量控制器(41)和第二质量流量控制器(42)进行控制。