燃料电池降温温度控制方法、系统、存储介质、燃料电池

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池降温温度控制方法、系统、存储介质、燃料电池。

背景技术

目前，燃料电池是一种高效、绿色环保的发电装置，可直接将化学能转化为电能，为连接的用电设备提供电力，膜电极是燃料电池内部组件的核心，其工作的条件需要具有一定温度和湿度。进入燃料电池内的氢气和空气的温度会极大的影响到燃料电池堆的性能。空气的来源是由外部空气过滤后进入空压机后，将压缩空气提供给燃料电池堆，由于燃料电池堆对高功率的需求，故而空气的需求量也更高，空压机对空气的压缩会导致空气的温度急剧升高，一般可达到100℃～130℃左右，高于燃料电池堆的正常运行温度。质子在质子交换膜中的传递需要依靠水分子作为传导介质，如果温度过高，将导致水分蒸发，从而引起干化现象，质子交换膜的导电性大幅降低，导致差的电池性能。而且质子交换膜的玻璃化转变温度较低，高温下会失去机械和尺寸稳定性。目前的技术对空气进口的温度控制不够重视，没有对压缩空气降温及控制，这会对燃料电池堆的工作效率及耐久性造成影响。

燃料电池所使用的氢气罐一般是高压氢气，有35～70MPa，一般是要通过降压使得进入燃料电池堆的气体压力处于低压状态。氢气在降压的时候会膨胀吸热，释放冷量，而这些冷量一般自然流失掉，相比空气来说，氢气的导热系数大了6.7倍，更适合带走热量。

公开号为CN 207183421U的实用新型专利，使用空气冷却器对空气进行冷却，在空气管道外表面套装液体冷却管道用以带走空气管道的热量，然而该种结构对管道的密封性要求较高，并且液冷系统过于复杂，且降温效果有限。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术使用空气冷却器对空气进行冷却对管道的密封性要求较高，并且液冷系统过于复杂，且降温效果较差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃料电池降温温度控制方法、系统、存储介质、燃料电池。

本发明是这样实现的，一种燃料电池降温温度控制方法，所述燃料电池降温温度控制方法包括：

收集冷凝器入口处的温度传感信号以及冷凝器出口处的温度传感信号；

冷凝器出口处的温度是否高于阈值，若高于阈值，则反馈信号到换热器，将降压的冷量输送到冷凝器中；

冷凝器入口处经过冷凝器的降温，在冷凝器出口处继续监测温度，若温度不高于阈值，通入燃料电池堆中充当燃料，同时换热器可停止释放冷量。

进一步，所述燃料电池降温温度控制方法在空压机出口和冷凝器出口处设有温度传感器，可以通过温度控制单元，采集温度信号，反馈到氢气换热器，通过降温控制燃料电池进口空气温度；

所述燃料电池降温温度控制方法采用温度控制单元分别收集空压机出口处的温度传感器信号以及冷凝器出口处的温度信号，控制单元采集到冷凝器出口处的温度传感器处的温度是否高于80℃，若高于80℃，则反馈信号到换热器，让换热器将氢气降压的冷量输送到冷凝器中，空压机出口处的空气经过冷凝器的降温，在冷凝器出口处的温度传感器处继续监测温度，若温度不高于80℃，则允许空气通入燃料电池堆中充当燃料，同时换热器停止释放冷量。

进一步，所述燃料电池降温温度控制方法还包括：

(1)氢气从高压气瓶中流出，经过一级减压阀和二级减压阀的降压，气体降温吸热，会释放部分冷量，流入换热器中，将冷量送入空气路的冷凝器中，用于制冷，并增加散热；降压后的氢气经过加热加湿器，气体的温度和湿度均达到进入燃料电池的正常需求；

(2)空气经过空气过滤器，干净的空气进入空压机，得到高压高温的气体，流经冷凝器中得到散热，并通过从换热器带来的冷量加快降温，达到适宜的燃料电池进口温度，再经过加湿，进入燃料电池堆；

(3)使用温度控制单元对燃料电池堆进口温度进行控制，在空压机的出口端设有温度传感器，在冷凝器的出口设有温度传感器，控制单元与换热器之间设有温度传感信号。

进一步包括：

当采集到冷凝器出口空气温度高于燃料电池所设温度时，温度控制单元反馈信号到换热器，换热器释放冷量给冷凝器，增加冷凝器的散热速率，冷凝器的出口的温度传感器持续反馈温度给换热器端，直至降至合适的温度，可允许空气进入燃料电池堆中；

当冷凝器出口温度与燃料电池所设温度相差不大时，温度控制单元反馈到换热器中停止释放冷量到冷凝器中；

空压机的出口端的温度传感器用于监测空压机高压气体的温度异常情况，如果温度过高，即停止空压机工作，及时反馈；

加热加湿器内置有电加热器，进气管和出气管，电加热器将水加热保持70～80℃，氢气从进气管进入罐内水中，加热加湿后从出气管输出到燃料电池中以供使用。

进一步，所述燃料电池降温温度控制方法还包括：高压氢气瓶中的氢气流入膨胀器中，氢气减压并膨胀，对外做功，并降温流入第二换热器中，带来冷量。经过几级膨胀系统后，氢气降到低压状态，经过第二加热加湿器中，达到流入第二燃料电池堆的温度和湿度的要求；膨胀器回收高压氢气的冷量，通过第二换热器，供给从第二燃料电池堆中出来的冷却循环水，冷却循环水从第二燃料电池堆中出来带走废热，经过第二冷凝器中放出热量，从膨胀器带来的冷量直接加速第二冷凝器散热，散热后的冷却水以常温状态循环回水箱中，继续重复使用。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

收集冷凝器入口处的温度传感信号以及冷凝器出口处的温度传感信号；

冷凝器出口处的温度是否高于阈值，若高于阈值，则反馈信号到换热器，将降压的冷量输送到冷凝器中；

冷凝器入口处经过冷凝器的降温，在冷凝器出口处继续监测温度，若温度不高于阈值，通入燃料电池堆中充当燃料，同时换热器可停止释放冷量。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述燃料电池降温温度控制方法的燃料电池降温温度控制系统，所述燃料电池降温温度控制系统包括：

温度信号收集模块，用于收集冷凝器入口处的温度传感信号以及冷凝器出口处的温度传感信号；

温度信号反馈模块，用于冷凝器出口处的温度是否高于阈值，若高于阈值，则反馈信号到换热器，将降压的冷量输送到冷凝器中；

温度监测模块，用于冷凝器入口处经过冷凝器的降温，在冷凝器出口处继续监测温度；

冷量释放停止模块，用于温度不高于阈值，通入燃料电池堆中充当燃料，同时换热器可停止释放冷量。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述燃料电池降温温度控制系统的燃料电池降温温度控制装置，所述燃料电池降温温度控制装置包括：空气过滤器、空气压缩机、第一温度传感器、第一冷凝器、第二温度传感器、空气加湿器、高压氢气罐、氢气减压阀、第一换热器、第一加热加湿器、第一燃料电池堆；

空气过滤器通过管道与空气压缩机连接，空气压缩机通过管道与第一冷凝器连接，第一冷凝器的入口和出口分别安装有第一温度传感器、第二温度传感器，第一冷凝器通过管道连接第一换热器，温度控制单元通过信号线连接第一温度传感器、第二温度传感器，压氢气罐通过氢气减压阀及管道连接第一换热器，第一换热器通过管道连接第一加热加湿器，第一冷凝器通过管道连接空气加湿器，空气加湿器和第一加热加湿器分别连接第一燃料电池堆的出口和入口。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述燃料电池降温温度控制系统的膨胀降温冷却循环水装置，所述膨胀降温冷却循环水装置包括：高压氢气瓶、膨胀器、第二换热器、总水箱、第二加热加湿器、第二冷凝器、第二燃料电池堆；

高压氢气瓶通过管道连接膨胀器，膨胀器通过管道连接第二换热器，第二换热器通过管道连接第二加热加湿器、第二冷凝器，总水箱通过管道与第二加热加湿器、第二冷凝器、第二燃料电池堆连接。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池，所述燃料电池与所述的燃料电池降温温度控制系统连接。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明利用高压氢气降压降温，释放冷量，可以用来为空压机出口空气降温，同时对燃料电池进口空气温度进行控制，可以解决燃料电池进口空气温度过高的问题。由于空压机压缩空气导致气体温度达到100℃～130℃，这样的温度并不适合进入燃料电池燃料电池堆中。本发明利用高压氢气降压降温，温度可以降低约10～15℃，通过换热器释放冷量，将冷量送入冷凝器中，从空气出口以及冷凝器出口处采集气体温度信号，若第二温度传感器测得温度高于80℃，既反馈信号到换热器继续释放冷量到冷凝器中，直到第二传感器中温度信号不高于80℃空气才可流入燃料电池堆中。通过这样的方法，可以有效的控制空压机进入燃料电池堆的温度不高于80℃，防止由于气体温度过高，水分蒸发，导致电池的性能变差，极大地减少寿命。并且充分利用了高压氢气降压时产生的能量损失，更加节能、简捷的用于燃料空气的降温。

燃料电池空气进入空压机后被压缩成高压气体，温度升高，一般可达到100℃～130℃，不适合燃料电池正常工作温度，需要得到适当的冷却；高压氢气降压时气体会膨胀降压降温，释放冷量，能量有所流失。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的燃料电池降温温度控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的燃料电池降温温度控制系统的结构示意图；

图2中：1、温度信号收集模块；2、温度信号反馈模块；3、温度监测模块；4、冷量释放停止模块。

图3是本发明实施例提供的燃料电池降温温度控制方法的实现流程图。

图4是本发明实施例提供的燃料电池降温温度控制装置的结构示意图；

图4中：5、空气过滤器；6、空气压缩机；7、第一温度传感器；8、第一冷凝器；9、第二温度传感器；10、空气加湿器；11、高压氢气罐；12、氢气减压阀；13、第一换热器；14、第一加热加湿器；15、第一燃料电池堆。

图5是本发明实施例提供的膨胀降压、循环水降温装置的结构示意图；

图5中：16、高压氢气瓶；17、膨胀器；18、第二换热器；19、总水箱；20、第二加热加湿器；21、第二冷凝器；22、第二燃料电池堆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃料电池降温温度控制方法、系统、存储介质、燃料电池，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的燃料电池降温温度控制方法包括以下步骤：

S101：收集冷凝器入口处的温度传感信号以及冷凝器出口处的温度传感信号；

S102：冷凝器出口处的温度是否高于阈值，若高于阈值，则反馈信号到换热器，将降压的冷量输送到冷凝器中；

S103：冷凝器入口处经过冷凝器的降温，在冷凝器出口处继续监测温度，若温度不高于阈值，通入燃料电池堆中充当燃料，同时换热器可停止释放冷量。

本发明提供的燃料电池降温温度控制方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的燃料电池降温温度控制方法仅仅是一个具体实施例而已。

如图2所示，本发明提供的燃料电池降温温度控制系统包括：

温度信号收集模块1，收集冷凝器入口处的温度传感信号以及冷凝器出口处的温度传感信号；

温度信号反馈模块2，冷凝器出口处的温度是否高于阈值，若高于阈值，则反馈信号到换热器，将降压的冷量输送到冷凝器中；

温度监测模块3，冷凝器入口处经过冷凝器的降温，在冷凝器出口处继续监测温度；

冷量释放停止模块4，用于温度不高于阈值，通入燃料电池堆中充当燃料，同时换热器可停止释放冷量。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

本发明在空压机出口和冷凝器出口处设有温度传感器，可以通过温度控制单元，采集温度信号，反馈到氢气换热器，通过降温控制燃料电池进口空气温度，达到适合的温度。本发明采用温度控制单元分别收集空压机出口处的温度传感器信号以及冷凝器出口处的温度信号，控制单元采集到第二温度传感器处的温度是否高于80℃，若高于80℃，则反馈信号到换热器，让换热器将氢气降压的冷量输送到冷凝器中，空压机出口处的空气经过冷凝器的降温，在第二温度传感器处继续监测温度，若温度不高于80℃，则允许空气通入燃料电池堆中充当燃料，同时换热器可停止释放冷量。持续该控制循环，可以快速有效的降低空压机空气的温度，达到适宜进入燃料电池堆时的温度。本发明利用高压氢气降压会消耗气体内能降温，释放部分冷量，为对空压机出口较高温度的压缩空气进行降温，能量利用率较高。

本发明在空压机出口和冷凝器出口处设有温度传感器，可以通过温度控制单元，采集温度信号，反馈到氢气换热器，通过降温控制燃料电池进口空气温度，达到适合的温度。本发明采用一种温度控制单元分别收集空压机出口处的温度传感器信号以及冷凝器出口处的温度信号，控制单元采集到第二温度传感器处的温度是否高于80℃，若高于80℃，则反馈信号到换热器，让换热器将氢气降压的冷量输送到冷凝器中，空压机出口处的空气经过冷凝器的降温，在第二温度传感器处继续监测温度，若温度不高于80℃，则允许空气通入燃料电池堆中充当燃料，同时换热器可停止释放冷量。持续该控制循环，可以快速有效的降低空压机空气的温度，达到适宜进入燃料电池堆时的温度。

如图3所示，本发明提供的空气降温温度控制系统通过三个部分实现：

(1)氢气从高压气瓶中流出，经过一级减压阀和二级减压阀的降压，气体降温吸热，会释放部分冷量，流入换热器中，将冷量送入空气路的冷凝器中，用于制冷，并增加散热；降压后的氢气经过加热加湿器，气体的温度和湿度均达到进入燃料电池的正常需求。

(2)空气经过空气过滤器，干净的空气进入空压机，得到高压高温的气体，流经冷凝器中得到散热，并通过从换热器带来的冷量加快降温，达到适宜的燃料电池进口温度，再经过加湿，进入燃料电池堆。

(3)使用温度控制单元对燃料电池堆进口温度进行控制，在空压机的出口端设有第一温度传感器，在冷凝器的出口设有第二温度传感器，控制单元与换热器之间设有温度传感信号。

当采集到冷凝器出口空气温度高于燃料电池所设温度时，温度控制单元反馈信号到换热器，换热器释放冷量给冷凝器，增加冷凝器的散热速率，第二温度传感器持续反馈温度给换热器端，直至降至合适的温度，可允许空气进入燃料电池堆中。

当冷凝器出口温度与燃料电池所设温度相差不大时，温度控制单元反馈到换热器中停止释放冷量到冷凝器中。

第一温度传感器用于监测空压机高压气体的温度异常情况，如果温度过高，即停止空压机工作，及时反馈，以便进行维修护理。

其中，冷凝器内置多个散热片，可根据气体制冷的冷量选择冷凝器的大小。

加热加湿器内置有电加热器，进气管和出气管，电加热器将水加热保持70～80℃，氢气从进气管进入罐内水中，加热加湿后从出气管输出到燃料电池中以供使用。

如图4所示，本发明提供的燃料电池降温温度控制装置包括：空气过滤器5、空气压缩机6、第一温度传感器7、第一冷凝器8、第二温度传感器9、空气加湿器10、高压氢气罐11、氢气减压阀12、第一换热器13、第一加热加湿器14、第一燃料电池堆15。

空气过滤器5通过管道与空气压缩机6连接，空气压缩机6通过管道与第一冷凝器8连接，第一冷凝器8的入口和出口分别安装有第一温度传感器7、第二温度传感器9，第一冷凝器8通过管道连接第一换热器13，温度控制单元通过信号线连接第一温度传感器7、第二温度传感器9，压氢气罐11通过氢气减压阀12及管道连接第一换热器13，第一换热器13通过管道连接第一加热加湿器14，第一冷凝器8通过管道连接空气加湿器10，空气加湿器10和第一加热加湿器14分别连接第一燃料电池堆15的出口和入口。

如图5所示，本发明实施例提供的膨胀降温冷却循环水装置包括：高压氢气瓶16、膨胀器17、第二换热器18、总水箱19、第二加热加湿器20、第二冷凝器21、第二燃料电池堆22。

高压氢气瓶16通过管道连接膨胀器17，膨胀器17通过管道连接第二换热器18，第二换热器18通过管道连接第二加热加湿器20、第二冷凝器21，总水箱19通过管道与第二加热加湿器20、第二冷凝器21、第二燃料电池堆22连接。

高压氢气瓶16中的氢气流入膨胀器17中，氢气减压并膨胀，可对外做功，并降温流入第二换热器18中，带来冷量。经过几级膨胀系统后，氢气降到低压状态，经过第二加热加湿器20中，达到流入第二燃料电池堆22的温度和湿度的要求。膨胀器17可以回收高压氢气的冷量，通过第二换热器18，供给从第二燃料电池堆22中出来的冷却循环水。冷却循环水从第二燃料电池堆22中出来带走废热，经过第二冷凝器21中放出热量，从膨胀器17带来的冷量可以直接加速第二冷凝器21散热，并且不需要较大型的冷凝器，散热后的冷却水以常温状态循环回水箱中，继续重复使用。

膨胀器17使用活塞型膨胀器，氢气在膨胀器17中降压降温消耗内能，对外输出功，其输出功可用来作为汽车行驶的机械能。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。