一種燃料電池加濕器的自動補水控制方法及其裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種燃料電池加濕器的自動補水控制方法及其裝置，包括以下步驟：加濕器上電后正常工作，自動補水控制裝置基于安裝在加濕器內的液位浮球開關的開關狀態，判斷加濕器是處于有水狀態，還是處于無水狀態；如果加濕器處于無水狀態，則根據公式以暫停補水時間與補水時間的比例為N：1的方式向加濕器進行間歇式補水，并對水進行自動溫控加熱；如果加濕器處于有水狀態，則停止向加濕器補水并對水進行自動溫控加熱。本發明專利技術有效地避免了由于補水造成加濕器的水溫顯著下降的情況，使得加濕器在正常工作中能始終保持水溫穩定，大大減少了補水對反應氣體濕度變化的影響，使得加濕器能得以適用于大功率質子交換膜燃料電池的長時間連續測試。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種加濕器的控制方法及其裝置，具體的說一種燃料電池加濕器的自動補水控制方法及其裝置。
技術介紹
質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種能夠將氫氣和氧氣儲存的能量直接轉化為電能的發電裝置，它主要由膜電極組件(MEA)、雙極板和氣體擴散層組成。質子交換膜燃料電池運行時膜電極的電導率在一定范圍內隨其濕度增加而增加，因此其反應氣體的濕度對電池性能有著重要的影響。目前，反應氣體的加濕方式主要分為內加濕和外加濕。內加濕是指在電堆內部加入加濕段以實現對反應氣體的加濕，該方式使電池結構復雜化。外加濕是指通過電池外部的加濕器對反應氣體加濕，外加濕的加濕器種類很多，例如鼓泡法加濕器、噴射型加濕器、薄膜加濕器、超聲波加濕器等。以上各種加濕器均有優缺點，其中鼓泡法加濕器以其制作工藝、加濕控制簡單被廣泛應用在質子交換膜燃料電池的測試設備中。鼓泡法加濕是將反應氣體通過一個能起泡的盛水容器，在一定溫度條件下，容器內的水在蒸氣壓作用下蒸發，并同反應氣體一起進入質子交換膜燃料電池，反應氣體的濕化程度完全依賴于濕化溫度，濕化溫度越高，質子交換膜燃料電池性能越好，因此鼓泡法加濕能夠通過控制水溫進行調節。目前，鼓泡法加濕器自動補水大多是采用雙液位檢測的連續補水的控制方法，該方法的思路一旦控制器檢測到高、低兩個液位均無水時，就控制連續補水，直到檢測到高、低兩個液位均有水，便控制停止補水。該方法的優點是在加濕器的水溫達到恒定、并且無需補水的時間段，加濕器里的反應氣體的濕度維持不變；該方法的缺點是一旦重新補水，加濕器的水溫顯著下降，導致加濕器里的反應氣體的濕度驟降，必須等待較長時間使水重新加熱到恒定的溫度方可繼續測試，嚴重影響質子交換膜燃料電池測試性能。因此該方法只適用于中小功率質子交換膜燃料電池測試或大功率質子交換膜燃料電池的短時間測試，無法適用于大功率質子交換膜燃料電池的長時間連續測試。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種燃料電池加濕器的自動補水控制方法，能夠提高加濕器的水溫穩定性，保持反應氣體的濕度穩定。本專利技術的另一個目的在于提供實現上述燃料電池加濕器自動補水控制方法的裝置。本專利技術的目的是通過以下技術措施實現的一種燃料電池加濕器的自動補水控制方法，其特征在于包括以下步驟加濕器上電后正常工作，自動補水控制裝置基于安裝在加濕器內的液位浮球開關的開關狀態，判斷加濕器是處于有水狀態，還是處于無水狀態；如果加濕器處于無水狀態，則向加濕器進行間歇式補水，并對水進行自動溫控加熱；如果加濕器處于有水狀態，則停止向加濕器補水并對水進行自動溫控加熱。由于液位浮球開關具有在高液位接通(斷開)，在低液位斷開(接通)，并且在高、低液位之間時不改變開關狀態的特性，因此，以有水狀態和無水狀態分別對應于液位浮球開關的一種開關狀態，如有水狀態對應于開關接通、無水狀態對應于開關斷開，在加濕器中的水位低于上述低液位時，自動補水控制裝置判斷加濕器處于無水狀態，對加濕器進行間歇式補水并對水進行自動溫控加熱，通過合理設置間歇式補水的補水間隔使得加濕器的補水速度能在保持水溫穩定的前提下大于反應氣體的耗水速度，在加濕器中的水位上升到低液位之上時，自動補水控制裝置仍判斷加濕器處于無水狀態，加濕器中的水位繼續保持水溫穩定的上升，直到上升到高水位時，自動補水控制裝置判斷加濕器處于有水狀態而停止補水，而相應的，由于反應氣體耗水加濕器中的水位下降到高水位以下時，自動補水控制裝置仍判斷加濕器處于有水狀態，直到水位下降到低液位以下，自動補水控制裝置再次判斷加濕器處于無水狀態，再次對加濕器進行水溫穩定的間歇式補水。同時，通過選擇液位浮球開關以合理的設置高、低液位，更能提高加濕器的工作效率與使用安全。為了合理設置間歇式補水的補水間隔，作為本專利技術的一種實施方式，所述間歇式補水根據以下公式(1-1)、(1-2)和(1-3)計算，以暫停補水時間與補水時間的比例為N :1的方式進行；(1-1) h WA=(1-2) Ir ^ h 凡1 1 W W「00151 h ~----( 1-3)L 」2 kP*kT*K*Fg其中，W為加濕器處于有水狀態時的水量與加濕器處于無水狀態時的水量之差，k3Fw為向加濕器進行補水的流量，kP為反映加濕器中反應氣體壓力對反應氣體耗水流量影響的壓力系數，kT為反映加濕器中水溫對反應氣體耗水流量影響的溫度系數，K為反映加濕器內部構造對反應氣體耗水流量影響的結構常數，Fg為加濕器中反應氣體的實時流量。為了防止加濕器在補水失敗情況下仍持續進行加熱，保障加濕器的使用安全，作為本專利技術的一種改進，所述的自動補水控制方法還包括有以下補水失敗計時步驟加濕器上電后正常工作，自動補水控制裝置判斷加濕器處于無水狀態，自動補水控制裝置開始計時并判斷計時時間是否達到預設的補水失敗時間；如果計時時間未達到補水失敗時間，則判定補水未失敗，保持聲光報警器關閉以及對水進行自動溫控加熱，如果計時時間達到補水失敗時間，則判定補水失敗，啟動聲光報警器進行補水失敗報警并禁止對水進行加熱；自動補水控制裝置判斷加濕器處于有水狀態，重置計時時間為零。為了縮短加濕器初始上電開機后進入正常工作狀態的時間，提高加濕器的工作效率，作為本專利技術的一種改進，所述的自動補水控制方法還包括以下開機連續補水步驟加濕器初始上電開機，自動補水控制裝置基于安裝在加濕器內的液位浮球開關的開關狀態，判斷加濕器是處于有水狀態，還是處于無水狀態；如果加濕器處于無水狀態，則向加濕器進行連續補水并禁止對水進行加熱，如果加濕器處于有水狀態，則停止向加濕器補水并對水進行自動溫控加熱，加濕器進入正常工作狀態。為了防止加濕器在開機連續補水步驟中補水失敗情況下仍持續進行加熱，保障加濕器的使用安全，作為本專利技術推薦的優選實施方式，所述的自動補水控制方法還包括有以下補水失敗計時步驟加濕器進入正常工作狀態前，自動補水控制裝置判斷加濕器處于無水狀態，自動補水控制裝置開始計時并判斷計時時間是否達到預設的補水失敗時間；如果計時時間未達到補水失敗時間，則判定補水未失敗，保持聲光報警器關閉，如果計時時間達到補水失敗時間，則判定補水失敗，啟動聲光報警器進行補水失敗報警；自動補水控制裝置判斷加濕器處于有水狀態，重置計時時間為零。一種實現上述方法的裝置，其特征在于所述的裝置包括用于控制加濕器自動補水的主控制器、用于檢測加濕器中的水位的液位浮球開關、用于儲存反應氣體的氣瓶、用于檢測加濕器中反映氣體的實時流量的氣體質量流量控制器、用于檢測加濕器中反映氣體的實 時壓力的氣體壓力變送器、用于檢測加濕器中的實時水溫的熱電偶、用于對加濕器中的水進行加熱的發熱棒、用于控制發熱棒的加熱溫度的溫控器、用于驅動發熱棒工作的可控硅、水泵、水箱和聲光報警器；所述液位浮球開關、熱電偶和發熱棒分別安裝在加濕器內，所述氣瓶通過氣體質量流量控制器與加濕器的反應氣體進氣口連通，所述氣體壓力變送器與加濕器的反應氣體出氣口連通，所述水箱通過水泵與加濕器的進水口連通，所述溫控器的輸入端與熱電偶的輸出端電連接，溫控器的輸出端通過所述可控硅與發熱棒的驅動端電連接，所述主控制器分別與液位浮球開關、溫控器、氣體質量流量控制器、氣體壓力變送器、水泵和聲光報警器的相應端口電連接。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果第一，本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池加濕器的自動補水控制方法，其特征在于：包括以下步驟：加濕器上電后正常工作，自動補水控制裝置基于安裝在加濕器內的液位浮球開關的開關狀態，判斷加濕器是處于有水狀態，還是處于無水狀態；如果加濕器處于無水狀態，則向加濕器進行間歇式補水，并對水進行自動溫控加熱；如果加濕器處于有水狀態，則停止向加濕器補水并對水進行自動溫控加熱。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：何炳林，梁柱揚，楊成胡，陳麗珍，
申請(專利權)人：廣東省電子技術研究所，
類型：發明
國別省市：