一种自增湿燃料电池堆的水管理控制系统的制作方法

本实用新型涉及燃料电池堆技术领域，具体为一种自增湿燃料电池堆的水管理控制系统。

背景技术：

燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，具有功率密度高、能量转换效率高、工作过程安静等诸多优点受到了广泛关注，并在一定范围内取得了成功应用。

质子交换膜燃料电池由于在低温下具有良好的工作性能，是目前的开发热点，受到国内外广泛关注。要保证其性能、工作稳定性、可靠性与寿命，内部需要维持特定的温度、湿度环境，由于燃料电池发电过程中会产生水，在气体流动方向上水含量会逐渐增多导致湿度分布的不均匀，进而导致性能分布的不均匀、稳定性的降低和整体耐久性的降低。如图1所示，燃料电池在发电过程，在气体流动方向上水含量会逐渐增多，湿度分布不均匀。

目前为了解决此类问题，在燃料电池系统上采用了氢气循环泵，但其仅能提高阳极的水分部均一性，对阴极水分布没有明显改善，而且其具有体积重量大、功耗大、成本高的缺点，并增加了机械转动部件，对系统可靠性与寿命有较大的影响。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的问题，提出了一种自增湿燃料电池堆的水管理控制系统，能够定期更改氢气或空气的流向，使得燃料电池堆内部的水分分布均匀，以延长燃料电池堆的使用寿命，提高燃料电池堆的工作效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自增湿燃料电池堆的水管理控制系统，在燃料电池堆的阴极端和阳极端设置双线圈三通电磁阀，所述双线圈三通电磁阀与控制器连接，使氢气或空气既能够从燃料电池堆的阴极端流向燃料电池堆的阳极端，又能够从燃料电池堆的阳极端流向燃料电池堆的阴极端以使燃料电池堆内部的水分分布均匀。

作为优选，在燃料电池堆的氢气进气口设置第一双线圈三通电磁阀，在燃料电池堆的氢气出气口设置第二双线圈三通电磁阀；

所述第一双线圈三通电磁阀包括第一阀口一，第一阀口二和第一阀口三，所述第一阀口一与氢气供应设备连接，所述第一阀口二与所述燃料电池堆的阳极氢气进口连接，所述第一阀口三与所述燃料电池堆的阴极氢气进口连接；

所述第二双线圈三通电磁阀包括第二阀口一，第二阀口二和第二阀口三，所述第二阀口一与所述燃料电池堆的阳极氢气出口连接，所述第二阀口二与所述燃料电池堆的阴极氢气出口连接，所述第二阀口三与外部空气连通；

所述第一双线圈三通电磁阀和所述第二双线圈三通电磁阀均与控制器连接，控制器控制所述第一阀口二打开时，所述第一阀口三关闭，同时控制所述第二阀口一关闭，所述第二阀口二打开，使得氢气从第一阀口二进入燃料电池堆的阳极再从燃料电池堆的阴极经所述第二阀口二流出；

或者控制所述第一阀口二关闭时，所述第一阀口三打开，同时控制所述第二阀口一打开，所述第二阀口二关闭，使得氢气从第一阀口三进入燃料电池堆的阴极再从燃料电池堆的阳极经所述第二阀口一流出。

作为优选，所述燃料电池堆内部设有湿度检测器，所述湿度检测器将检测到的湿度信息传递给控制器，使控制器调整燃料电池堆内部的氢气流向以使燃料电池堆内部水分分布均匀。

作为优选，在燃料电池堆的氢气进气口设置第三双线圈三通电磁阀，在燃料电池堆的氢气出气口设置第四双线圈三通电磁阀，在燃料电池堆的空气进气口设置第五双线圈三通电磁阀和第六电磁阀，在燃料电池堆的空气出气口设置第七电磁阀；

所述第三双线圈三通电磁阀包括第三阀口一，第三阀口二和第三阀口三，所述第四双线圈三通电磁阀包括第四阀口一，第四阀口二和第四阀口三，所述第三阀口一与氢气供应设备连接，所述第三阀口二与所述第四阀口一连接，所述第三阀口三与所述燃料电池堆的阴极氢气进口连接，所述第四阀口二与所述燃料电池堆的阳极氢气出口连接，所述第四阀口三与外部空气连通；

所述第五双线圈三通电磁阀包括第五阀口一，第五阀口二和第五阀口三，所述第六电磁阀包括第六阀口一和第六阀口二，所述第七电磁阀包括第七阀口一和第七阀口二；所述第五阀口一与外部空气连通，所述第五阀口二与第七阀口一连接，所述第七阀口二与外部空气连通；所述第五阀口三与所述燃料电池堆的阳极空气进口连接，所述第六阀口二分别与所述第五阀口三和燃料电池堆的阳极空气进口连接，所述第六阀口一与外部空气连通；所述第三双线圈三通电磁阀，所述第四双线圈三通电磁阀，所述第五双线圈三通电磁阀，所述第六电磁阀和所述第七电磁阀均与控制器连接；

控制器控制所述第三阀口二关闭时，所述第三阀口三打开，所述第四阀口一关闭，第四阀口二，第四阀口三打开，使得氢气从第三阀口三进入燃料电池堆的阴极再从燃料电池堆的阳极经所述第四阀口二从第四阀口三流出；同时控制所述第五阀口二关闭，所述第五阀口三打开，所述第七阀口一打开，第六阀口二关闭，使得空气从第五阀口三进入燃料电池堆的阳极再从燃料电池堆的阴极经所述第七阀口一从第七阀口二流出；

或者控制器控制所述第三阀口二打开时，所述第三阀口三关闭，所述第四阀口一打开，第四阀口二打开，第四阀口三关闭，使得氢气从第三阀口二经第四阀口一和第四阀口二进入燃料电池堆的阳极再从燃料电池堆的阴极经所述第三阀口三从第三阀口一流出；同时控制所述第五阀口二打开，所述第五阀口三关闭，所述第七阀口一关闭，第六阀口二打开，使得空气从第五阀口二经第七阀口一进入燃料电池堆的阴极再从燃料电池堆的阳极经第六阀口二从第六阀口一流出。

作为优选，所述控制器设有定时单元，定时切换氢气和空气的流向。

作为优选，所述双线圈三通电磁阀采用赫斯曼接头。

本实用新型的有益效果是，在燃料电池堆的阴极端和阳极端设置双线圈三通电磁阀，能够定期更改氢气或空气的流向，使得燃料电池堆内部的水分分布均匀，以延长燃料电池堆的使用寿命，提高燃料电池堆的工作效率；且系统功耗小，成本低，只需要采用电磁阀即可，控制系统简单易行，少体积重量，节省空间，提高了燃料电池系统功率密度，无需转动部件，系统可靠性高。

附图说明

图1为燃料电池堆现有技术的内部水分分布图；

图2为本实用新型一种自增湿燃料电池堆的水管理控制系统实施例一的示意图；

图3为本实用新型一种自增湿燃料电池堆的水管理控制系统实施例二的示意图；

其中，11、第一阀口一，12、第一阀口二，13、第一阀口三，21、第二阀口一，22、第二阀口二，23、第二阀口三，31、第三阀口一，32、第三阀口二，33、第三阀口三，41、第四阀口一，42、第四阀口二，43、第四阀口三，51、第五阀口一，52、第五阀口二，53、第五阀口三，61、第六阀口一，62、第六阀口二，71、第七阀口一，72、第七阀口二。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

一种自增湿燃料电池堆的水管理控制系统，在燃料电池堆的阴极端和阳极端设置双线圈三通电磁阀，所述双线圈三通电磁阀与控制器连接，使氢气或空气既能够从燃料电池堆的阴极端流向燃料电池堆的阳极端，又能够从燃料电池堆的阳极端流向燃料电池堆的阴极端以使燃料电池堆内部的水分分布均匀。

实施例一如图2所示，在燃料电池堆的氢气进气口设置第一双线圈三通电磁阀，在燃料电池堆的氢气出气口设置第二双线圈三通电磁阀。所述第一双线圈三通电磁阀包括第一阀口一11，第一阀口二12和第一阀口三13，所述第一阀口一11与氢气供应设备连接，所述第一阀口二12与所述燃料电池堆的阳极氢气进口连接，所述第一阀口三13与所述燃料电池堆的阴极氢气进口连接。所述第二双线圈三通电磁阀包括第二阀口一21，第二阀口二22和第二阀口三23，所述第二阀口一21与所述燃料电池堆的阳极氢气出口连接，所述第二阀口二22与所述燃料电池堆的阴极氢气出口连接，所述第二阀口三23与外部空气连通。

所述第一双线圈三通电磁阀和所述第二双线圈三通电磁阀均与控制器连接，控制器控制所述第一阀口二13打开时，所述第一阀口三13关闭，同时控制所述第二阀口一21关闭，所述第二阀口二22打开，使得氢气从第一阀口二12进入燃料电池堆的阳极再从燃料电池堆的阴极经所述第二阀口二22流出。

或者控制所述第一阀口二12关闭时，所述第一阀口三13打开，同时控制所述第二阀口一21打开，所述第二阀口二22关闭，使得氢气从第一阀口三13进入燃料电池堆的阴极再从燃料电池堆的阳极经所述第二阀口一21流出。

所述燃料电池堆内部设有湿度检测器，所述湿度检测器将检测到的湿度信息传递给控制器，使控制器调整燃料电池堆内部的氢气流向以使燃料电池堆内部水分分布均匀。当阳极水分比较多时，使氢气从燃料电池堆的阳极向阴极流动，当阴极水分比较多时，使氢气从燃料电池堆的阴极向阳极流动，实时保持燃料电池堆内部的水分均匀。

实施例二如图3所示，在燃料电池堆的氢气进气口设置第三双线圈三通电磁阀，在燃料电池堆的氢气出气口设置第四双线圈三通电磁阀，在燃料电池堆的空气进气口设置第五双线圈三通电磁阀和第六电磁阀，在燃料电池堆的空气出气口设置第七电磁阀。

所述第三双线圈三通电磁阀包括第三阀口一31，第三阀口二32和第三阀口三33，所述第四双线圈三通电磁阀包括第四阀口一41，第四阀口二42和第四阀口三43，所述第三阀口一31与氢气供应设备连接，所述第三阀口二32与所述第四阀口一41连接，所述第三阀口三33与所述燃料电池堆的阴极氢气进口连接，所述第四阀口二42与所述燃料电池堆的阳极氢气出口连接，所述第四阀口三43与外部空气连通。

所述第五双线圈三通电磁阀包括第五阀口一51，第五阀口二52和第五阀口三53，所述第六电磁阀包括第六阀口一61和第六阀口二62，所述第七电磁阀包括第七阀口一71和第七阀口二72。所述第五阀口一51与外部空气连通，所述第五阀口二52与第七阀口一71连接，所述第七阀口二72与外部空气连通。所述第五阀口三53与所述燃料电池堆的阳极空气进口连接，所述第六阀口二62分别与所述第五阀口三53和燃料电池堆的阳极空气进口连接，所述第六阀口一61与外部空气连通。所述第三双线圈三通电磁阀，所述第四双线圈三通电磁阀，所述第五双线圈三通电磁阀，所述第六电磁阀和所述第七电磁阀均与控制器连接。

控制器控制所述第三阀口二32关闭时，所述第三阀口三33打开，所述第四阀口一41关闭，第四阀口二42，第四阀口三43打开，使得氢气从第三阀口三33进入燃料电池堆的阴极再从燃料电池堆的阳极经所述第四阀口二42从第四阀口三43流出。同时控制所述第五阀口二52关闭，所述第五阀口三53打开，所述第七阀口一71打开，第六阀口二62关闭，使得空气从第五阀口三53进入燃料电池堆的阳极再从燃料电池堆的阴极经所述第七阀口一71从第七阀口二72流出。氢气从燃料电池堆的阴极流向燃料电池堆的阳极，同时空气从燃料电池堆的阳极流向燃料电池堆的阴极，使得燃料电池堆内部水分分布均匀。

或者控制器控制所述第三阀口二32打开时，所述第三阀口三33关闭，所述第四阀口一41打开，第四阀口二42打开，第四阀口三43关闭，使得氢气从第三阀口二32经第四阀口一41和第四阀口二42进入燃料电池堆的阳极再从燃料电池堆的阴极经所述第三阀口三33从第三阀口一31流出；同时控制所述第五阀口二52打开，所述第五阀口三53关闭，所述第七阀口一71关闭，第六阀口二62打开，使得空气从第五阀口二52经第七阀口一71进入燃料电池堆的阴极再从燃料电池堆的阳极经第六阀口二62从第六阀口一61流出。氢气从燃料电池堆的阳极流向燃料电池堆的阴极，同时空气从燃料电池堆的阴极流向燃料电池堆的阳极，使得燃料电池堆内部水分分布均匀。

所述控制器设有定时单元，定时切换氢气和空气的流向，进一步提高了燃料电池堆内部水分的均匀性。

所述双线圈三通电磁阀采用赫斯曼接头，维护装配简单可靠。电磁阀采用双线圈三通电磁阀，进气采用一进二出，排气采用二进一出，从机械上来解决切换滞后的问题。在一定条件下，电气连接上双线圈三通电磁阀采用并联可控互锁装置，从电气上来解决切换滞后的问题。在一定条件下，在软件控制上，进行逻辑关联，从软件上来解决切换滞后的问题。

上面所述的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。