一种质子交换膜燃料电池水管理系统及控制方法与流程

1.本发明属于燃料电池领域，具体是一种质子交换膜燃料电池水管理系统及控制方法。


背景技术：

2.燃料电池是一种直接将反应物的化学能转换成电能、热能和水的电化学装置，不会受到卡诺循环的制约，其效率远高于内燃机，具有污染少、寿命长和高可靠性等优点，是一种绿色环保能源，可作为汽车内燃机的替代能源装置，也可应用于小型集中供电或分散式供电系统中，极具发展潜力和应用前景。其中质子交换膜燃料电池(pemfc)，采用高分子膜作为固态电解质，具有能量转换率高、无电解质泄露等特点，被广泛用于轻型汽车、便携式电源以及小型驱动装置。
3.质子交换膜要通过水合作用来传输质子，燃料电池的水合作用电极反应方程式如下所示：
4.阳极：2h2 4nh2o
→
4h

.nh2o 4e
‑
5.阴极：o2 4h

.nh2o 4e
‑
→
(n 2)h2o
6.可以看出，水对于质子的传导起着至关重要的作用。当含水量过低，其质子传递阻力增大，膜失水后催化层界面的活性也会下降进而影响电池性能。含水量过高，会导致电极发生“水淹”现象，导致反应物无法传递到催化层，阻碍电池内部电化学反应的正常进行，使电池性能下降。因此对燃料电池内部进行水管理的优化十分重要。目前质子交换膜燃料电池的供氢方式大多为单路同一方向持续供氢，部分氢气并没有得到有效利用便被排出，同时会导致氢气和水在燃料电池内分布不均，容易造成燃料电池中靠近进气口部分的电极失水干燥，对氢气进行增湿能缓解这一现象。但是，对氢气进行增湿后，靠近出气口部分会更容易出现“水淹”所导致的传质困难等问题。因此，燃料电池十分依赖高效的水管理。
7.专利cn212230538u公开了一种水管理系统，其使用气水分离器实现单路循环供氢并排出液态水。但是，通过排出液态水的方式不能有效的持续保证燃料电池内水含量分布均匀，氢气的利用率并没有得到明显提高，无法让氢气实现自增湿功能，在降低成本功耗方面仍存在缺陷。


技术实现要素：

8.为了优化质子交换膜燃料电池的电堆水管理以提升其性能，本发明提供一种基于变向供气的质子交换膜燃料电池水管理系统及控制方法。可以实时巡检单电池的电压和气路压降，通过切换供气模式，使得氢气和空气的进气方向变换，保证氢气和空气在电堆内部始终呈逆向流动，并可根据实际操作要求实现自增湿循环供气的功能。通过不同的供气模式来保持电池内氢气和水含量的均匀分布。
9.本发明采用实时监控策略，利用测量电堆电压、单电池电压及气路压降来判断电堆内的氢气和水的分布状态，通过参数的变化来判定供气模式是否需要切换，对电堆的氢
气和水分布状态进行优化调节。
10.本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
11.一种质子交换膜燃料电池水管理系统，包括pemfc模块、氢气供应装置、氢气供应一路、第一加湿装置、第一储液装置、第一尾气排出通道、氢气供应二路、第三储液装置、第二尾气排出通道、空气供应装置、第二加湿装置、第二储液装置、空气供应一路、第三尾气排出通道、第四储液装置、第四尾气排出通道和空气供应二路，
12.pemfc模块包括电堆，电堆上设置有电堆a口、电堆b口、电堆c口和电堆d口；
13.氢气供应装置、第一加湿装置、电堆a口、电堆c口和第一储液装置的入口端之间依次通过管道连通，且第一储液装置的出口端与第一加湿装置和第一尾气排出通道并联以增湿氢气或排出尾气，形成氢气供应一路；氢气供应装置、第一加湿装置、电堆c口、电堆a口和第三储液装置的入口端之间依次通过管道连通，且第三储液装置的出口端与第一加湿装置和第二尾气排出通道并联以增湿氢气或排出尾气，形成氢气供应二路，氢气供应二路和氢气供应一路中的氢气流向不同；
14.空气供应装置、第二加湿装置、电堆d口、电堆b口和第二储液装置入口端之间依次通过管道连通，且第二储液装置的出口端与第二加湿装置和第三尾气排出通道并联以增湿空气或排出尾气，形成空气供应一路；空气供应装置、第二加湿装置、电堆b口、电堆d口、第四储液装置入口端之间依次通过管道连通，且第四储液装置出口端与第二加湿装置和第四尾气排出通道并联以以增湿空气或排出尾气，形成空气供应二路，空气供应二路与空气供应一路中的空气流向不同。
15.进一步地，氢气供应装置和第一加湿装置之间设置有第一流量控制器，空气供应装置之间第二加湿装置设置有第二流量控制器。
16.进一步地，氢气供应一路、氢气供应二路、空气供应一路和成空气供应二路上均设置有温湿度传感器和压力传感器。
17.进一步地，电堆上靠近电堆a口、电堆b口、电堆c口和电堆d口处均设置有压力传感器。
18.进一步地，还包括电压巡检仪，用于检测电堆的单电池的电压。
19.进一步地，在第一加湿装置和电堆a口之间、第一加湿装置和电堆c口之间、电堆a口和第三储液装置之间、第二加湿装置与电堆d口之间、电堆b口和第二储液装置之间、第二加湿装置与电堆b口之间、电堆d口和第四储液装置之间均设置有电磁阀。
20.进一步地，在第一储液装置和第一加湿装置之间、第二储液装置和第二加湿装置之间、第三储液装置和第一加湿装置之间、第四储液装置和第二加湿装置之间均设置有流量控制器。
21.本发明还提供一种质子交换膜燃料电池水管理系统的控制方法，包括两种供气模式，定义为供气模式一与供气模式二，系统中供气模式一与供气模式二两种模式择一运行；供气模式一时，启用氢气供应一路和空气供应一路供应氢气和空气，供气模式二时，启用氢气供应二路和空气供应二路供应氢气和空气；其中，当电堆中单电池间的电压差δu大于额定值或电堆进出口压差δp大于额定值时，进行供气模式的切换。
22.进一步地，在供气模式一时，氢气从氢气供应装置进入第一加湿装置，然后从电堆a口进入电堆，从电堆c口排出电堆；尾气出堆后进入第一储液装置；若需要增湿，则尾气从
第一储液装置进入第一加湿装置并与从氢气供应装置通入的干燥氢气混合，以给干燥氢气增湿，增湿后的气体仍从电堆a口进入电堆，若不需要增湿，则尾气从第一尾气排出通道排出，至此完成一次氢气路的循环；
23.空气从空气供应装置进入第二加湿装置，然后从电堆d口进入电堆，从电堆b口排出电堆；尾气出堆后进入第二储液装置；若需要增湿，则尾气从第二储液装置进入第二加湿装置并与空气供应装置供应的干燥空气混合，以给干燥空气增湿，混合增湿后的气体仍从电堆d口进入电堆，若不需要增湿，则尾气从第三尾气排出通道排出，至此完成一次空气路的循环。
24.进一步地，启用供气模式二时，原供气模式一关闭运行；
25.在供气模式二下，氢气从氢气供应装置进入第一加湿装置，从电堆c口进入电堆，从电堆a口排出电堆；尾气出堆后进入第三储液装置；若需要增湿，则尾气从第三储液装置进入第一加湿装置，并与氢气供应装置供应的干燥氢气进行混合增湿，混合增湿后的气体仍从电堆c口进入电堆，若不需要增湿，则尾气从第三储液装置经第二尾气排出通道排出，至此完成一次氢气路的循环；
26.空气从空气供应装置进入第二加湿装置，然后从电堆b口进入电堆，从电堆d口排出电堆；尾气出堆后，进入第四储液装置；若需要增湿，则尾气从第四储液装置流出后流入第二加湿装置，在第二加湿装置中与空气供应装置供应的干燥空气进行混合增湿，混合增湿后的气体仍从电堆b口进入电堆，若不需要增湿，则尾气从第四储液装置流出后经第四尾气排出通道排出，至此完成一次空气路的循环。
27.本发明所提供的系统，系统初始状态下所有电磁阀及流量控制器均处于关闭状态，电堆不工作。默认先启用供气模式一。在电脑控制下，氢气路和空气路中的模式一电磁阀组合开启，氢气和空气同时供气，并保证氢/空两路气体在堆内呈逆向流动。气体出堆后，根据实际操作要求控制开启或关闭增湿功能，氢气路和空气路可单独一路增湿，也可两路同时增湿。电压巡检仪及压力传感器实时监测电堆单电池的电压和管路压降，当单电池间的电压差δu大于额定值、进出口压差δp大于额定值，两者条件只需满足其中之一，便切换供气模式。供气模式二开启时，供气模式一中的电磁阀组和流量控制器全部关闭，供气模式二的电磁阀组和流量控制器开启，氢气和空气的进气方向变换，同时保持在堆内逆向流动。气体出堆后根据实际操作要求控制开启或关闭增湿功能。供气模式二的监控方式与供气模式一相同，符合其中的一个条件便切换供气模式。
28.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
29.(1)本发明采用实时监控策略。利用测量电堆单电池的电压和气体管路压降判断电堆内的氢气和水的分布状态，并对氢气和空气的进气方向进行变换，能够对电堆的氢气和水分布状态进行调节，使电堆持续保持最佳的工作状态。避免电池内部发生失水干燥和水淹导致的传质困难，进而影响电池的工作，以提高燃料电池的工作效率与寿命。不同电磁阀组合的开关实现不同的供气形式。本发明能够有效提高反应气体的利用率，简化系统结构，降低整个系统的制造和运行成本。
30.(2)供气模式一和供气模式二只可开启一个，不可同时开启。任一模式开启时，另一模式关闭运行。通过切换供气模式，可以实现气体进气方向的变换，并且能时刻保持氢气和空气在电堆内部的逆向流动，有效提高反应气体的利用率，保持电池内氢气的均匀分布。
解决了燃料电池内部水分布不均匀的问题，同时解决了出口处容易发生水淹而导致传质困难进而造成电堆整体性能下降等问题。可有效提高燃料电池的整体性能，简化系统结构，降低整个系统的制造和运行成本。
附图说明
31.图1是本发明的一种一种质子交换膜燃料电池水管理系统的连接原理图；图中：实线为氢气路，虚线为空气路；1
‑
氢气供应装置，2
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空气供应装置，3
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第一流量控制器，4
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第二流量控制器，5
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第一加湿装置，6
‑
第二加湿装置，7
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第一压力传感器，8
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第六流量控制器，9
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第一温湿度传感器，10
‑
第十电磁阀，11
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第五流量控制器，12
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第六压力传感器，13
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第三压力传感器，14
‑
第六温湿度传感器，15
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第七电磁阀，16
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第三流量控制器，17
‑
第三温湿度传感器，18
‑
第四储液装置，19
‑
第一电磁阀，20
‑
第十一电磁阀，21
‑
第十二电磁阀，22
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第五压力传感器，23
‑
第四电磁阀，24
‑
第五温湿度传感器，25
‑
第八电磁阀，26
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第二压力传感器，27
‑
第三储液装置，28
‑
第九电磁阀，29
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第二温湿度传感器，30
‑
第四流量控制器，31
‑
第一储液装置，32
‑
电堆，33
‑
第三电磁阀，34
‑
第四压力传感器，35
‑
第四温湿度传感器，36
‑
第六电磁阀，37
‑
第二储液装置，38
‑
第五电磁阀，39
‑
第二电磁阀，40
‑
电堆b口，41
‑
电堆c口，42
‑
电堆d口，43
‑
电堆a口，44
‑
电压巡检仪，45
‑
第七压力传感器，46
‑
第八压力传感器，47
‑
第九压力传感器，48
‑
第十压力传感器。
32.图2是本发明控制方法的工作流程图。
33.图3、图4是本发明控制方法供气模式一、二的原理图，图中：实心箭头表示氢气流动方向，空心箭头表示空气流动方向。
34.图5、图6是本发明控制方法供气模式一、二的工作流程图。
具体实施方式
35.以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。
36.请参阅图1所示，本发明提供的一种可变向供气的质子交换膜燃料电池水管理系统，其特征在于，包括pemfc模块、氢气供应装置1、氢气供应一路、第一加湿装置5、第一储液装置31、第一尾气排出通道、氢气供应二路、第三储液装置27、第二尾气排出通道、空气供应装置2、第二加湿装置6、第二储液装置37、空气供应一路、第三尾气排出通道、第四储液装置18、第四尾气排出通道和空气供应二路。
37.pemfc模块包括电堆32，电堆32上设置有电堆a口43、电堆b口40、电堆c口41和电堆d口42。
38.本发明中，氢气供应装置1、第一加湿装置5、电堆a口43、电堆c口41和第一储液装置31的入口端之间依次通过管道连通，且第一储液装置31的出口端与第一加湿装置5和第一尾气排出通道并联以增湿氢气或排出尾气，形成氢气供应一路；氢气供应装置1、第一加湿装置5、电堆c口41、电堆a口43和第三储液装置27的入口端之间依次通过管道连通，且第三储液装置27的出口端与第一加湿装置5和第二尾气排出通道并联以增湿氢气或排出尾气，形成氢气供应二路，氢气供应二路和氢气供应一路中的氢气流向不同；空气供应装置2、第二加湿装置6、电堆d口42、电堆b口40和第二储液装置37入口端之间依次通过管道连通，
且第二储液装置37的出口端与第二加湿装置6和第三尾气排出通道并联以增湿空气或排出尾气，形成空气供应一路；空气供应装置2、第二加湿装置6、电堆b口40、电堆d口42、第四储液装置18入口端之间依次通过管道连通，且第四储液装置18出口端与第二加湿装置6和第四尾气排出通道并联以以增湿空气或排出尾气，形成空气供应二路，空气供应二路与空气供应一路中的空气流向不同。
39.在本发明其中一些实施例中，氢气供应装置1为氢气罐，空气供应装置2为空气压缩机。
40.在本发明其中一些实施例中，第一加湿装置5和第二加湿装置6均为加湿罐。
41.在本发明其中一些实施例中，第一储液装置31、第二储液装置37、第三储液装置27和第四储液装置18均为储液罐。
42.在本发明其中一些实施例中，氢气供应一路、氢气供应二路、空气供应一路和成空气供应二路上均设置有温湿度传感器和压力传感器。电堆32上靠近电堆a口43、电堆b口40、电堆c口41和电堆d口42处均设置有压力传感器。从而可以得到电堆进出口的压力差。
43.在本发明其中一些实施例中，还设置有电压巡检仪44，用于检测电堆的单电池的电压，从而可以得到单电池间的电压差δu。
44.在本发明其中一些实施例中，在第一加湿装置5和电堆a口43之间、第一加湿装置5和电堆c口41之间、电堆a口43和第三储液装置27之间、第二加湿装置6与电堆d口42之间、电堆b口40和第二储液装置37之间、第二加湿装置6与电堆b口40之间、电堆d口42和第四储液装置18之间均设置有电磁阀。
45.在本发明其中一些实施例中，在第一储液装置31和第一加湿装置5之间、第二储液装置37和第二加湿装置6之间、第三储液装置27和第一加湿装置5之间、第四储液装置18和第二加湿装置6之间均设置有流量控制器。
46.具体的，在本发明一些实施例中，氢气路即氢气供应一路和氢气供应二路的具体管路连接方式为：将氢气供应装置1与第一流量控制器3及第一加湿装置5串联，第一加湿装置5一端与第一压力传感器7、第一温湿度传感器9及第一电磁阀19串联，第一电磁阀19连接第七压力传感器45，再接入电堆a口43，电堆c口41连接第九压力传感器47，第二电磁阀39一端连接第九压力传感器47，另一端与第一储液装置31连接，第一储液装置31与第三电磁阀33并联后与第二温湿度传感器29连接，第二温湿度传感器29、第二压力传感器26及第三流量控制器16串联后接入第一加湿装置5；第七电磁阀15一端接入第一电磁阀19与第一温湿度传感器9之间连接的管路中，另一端接入第二电磁阀39与第九压力传感器47连接的管路中；第八电磁阀25一端接入第一电磁阀19与第七压力传感器45连接的管路中，另一端与第三储液装置27连接，第三储液装置27与第九电磁阀28并联后与第五温湿度传感器24连接，第五温湿度传感器24、第五压力传感器22与第五流量控制器11串联接入第一加湿装置5。
47.以模式一为例，第一压力传感器7用于监测入口段压力，以便于判断自增湿是否会影响压力。第一温湿度传感器9监测入口段温湿度，以便于控制自增湿程度。
48.第二温湿度传感器29和第二压力传感器26(第五温湿度传感器24、第五压力传感器22)分别用于监测出堆氢废气的湿度和压力，以便后续自增湿时计算增湿流量。
49.在本发明其中一些实施例中，空气路即空气供应一路和空气供应二路的具体管路连接方式为：空气压缩机、第二流量控制器4及第二加湿装置6串联，第二加湿装置6、第三压
力传感器13、第三温湿度传感器17及第四电磁阀23串联，第四电磁阀23串联第十压力传感器48，第十压力传感器48另一端接入电堆d口42，电堆b口40连接第八压力传感器46，第五电磁阀38一端连接第八压力传感器46，另一端与第二储液装置37连接，第二储液装置37与第六电磁阀36并联后与第四温湿度传感器35连接，第四温湿度传感器35、第四压力传感器34与第四流量控制器30串联后接入第二加湿装置6；第十电磁阀10一端接入第三温湿度传感器17与第四电磁阀23连接的管路中，另一端接入第五电磁阀38与第八压力传感器46连接的管路中；第十一电磁阀20一端接入第四电磁阀23与第十压力传感器48连接的管路中，另一端接入第四储液装置18，第四储液装置18与第十二电磁阀21并联后与第六温湿度传感器14连接，第六温湿度传感器14、第六压力传感器12及第六电磁阀8串联后接入第二加湿装置6，至此完成本实施例所有管路的连接。
50.以模式一为例，第三压力传感器13用于监测入口段压力，以便于判断自增湿是否会影响压力。第三温湿度传感器17监测入口段温湿度，以便于控制自增湿程度。
51.第四温湿度传感器35和第四压力传感器34(第六温湿度传感器14和第六压力传感器12)用于分别监测出堆氧废气的湿度和压力，以便于自增湿时计算增湿流量。
52.采用前述系统可以实现两种供气模式的运行及切换，定义为供气模式一与供气模式二，系统中供气模式一与供气模式二两种模式择一运行；供气模式一时，启用氢气供应一路和空气供应一路供应氢气和空气，供气模式二时，启用氢气供应二路和空气供应二路供应氢气和空气。其中，系统工作时，电压巡检仪44和位于电堆进出口处的压力传感器实时监测电堆单电池的电压和进出口压降，当单电池间的电压差δu大于额定值、电堆气路进出口压差δp大于额定值，两者条件只需满足其中之一，便切换供气模式。
53.在本发明其中一些实施例中，系统初始状态下所有电磁阀及流量控制器均处于关闭状态，电堆不工作。默认先启用供气模式一。
54.本发明提供的系统由电脑实时监测电堆的整体性能，进行供气模式一和供气模式二的相互切换，实现氢气和空气的进气方向变换，同时保证氢气和空气在电堆内部逆向流动。当氢气、空气两路气体在内部呈同向流动时，由于气体协同作用，会导致氢、氧在靠近出口时浓度变低。同时由于气体流向一致，导致反应过程中，膜电极扩散到流道的水最终都会被气流推到出口处，出口处水增多会阻断氢、氧向气体扩散层传输，造成传质困难，进而导致性能下降。氢、空两路气体逆向流动，可以将阴、阳两极流道的水向相反方向推动，避免水在同一方向出口堆积。由于逆向流动最终还是会导致出口处产生水淹。本发明通过变换进气方向以将出口处堆积的水吹向堆内，将水重新分散，以便更好地将水排出电堆。从而解决了燃料电池内部水分布不均匀的问题，同时解决了出口处容易发生水淹而导致传质困难进而造成电堆整体性能下降等问题。通过实际操作要求，将气体导入加湿罐中，以实现气体的自增湿。
55.本发明提供的系统，氢/空两路入口段用三通阀将气路连出，通过电磁阀控制气体流动方向，实现供气方向的转换，使电堆内水分布均匀。气路出口处连接储液罐和加湿罐，可根据实际操作要求将尾气导入加湿罐中与新鲜气体混合，实现气体的自增湿。寄生功率小，能有效提高电堆的性能，变向供气解决了燃料电池内水分布不均匀的问题，同时解决了气体出口处易发生水淹而导致传质困难进而造成电堆整体性能下降等问题。本发明能够有效提高反应气体的利用率，简化系统构造，降低整个系统的制造和运行成本。
56.本发明还提供前述系统的控制方法。
57.在本发明的一些实施例中，提供的一种质子交换膜燃料电池水管理系统的控制方法，包括供气模式一与供气模式二，系统中供气模式一与供气模式二两种模式择一运行；供气模式一时，启用氢气供应一路和空气供应一路供应氢气和空气，供气模式二时，启用氢气供应二路和空气供应二路供应氢气和空气；其中，请参阅图2，当电堆中单电池间的电压差δu大于额定值或电堆进出口压差δp大于额定值时，进行供气模式的切换。
58.首先，初始状态下所有电磁阀均处于关闭状态，运行过程中，由电脑控制，氢气和空气离开氢气罐和空气压缩机，经第一流量控制器3和第二流量控制器4控制分别进入第一加湿装置5和第二加湿装置6，第一温湿度传感器9、第三温湿度传感器17和第一压力传感器7、第一压力传感器13实时监测加湿装置中氢气和空气的温湿度和压力状态。当各传感器正常工作时，系统进入准备状态，可对电堆进行供气，若各传感器工作异常，则停止系统运行。
59.默认先启用供气模式一。请参阅图3、5，在电脑控制下，第一电磁阀19和第四电磁阀23开启，氢气路和空气路同时开始供气。氢气和空气经第一电磁阀19和第四电磁阀23分别从电堆a口43和d口42进入电堆。第二电磁阀39和第五电磁阀38开启，氢气和空气再分别由电堆c口41和b口40离开电堆，经第二电磁阀39和第五电磁阀38分别进入第一储液装置31和第二储液装置37。尾体出堆后，根据实际操作要求开启或关闭增湿，若开启气体自增湿(此处的增湿指的是自增湿，将出堆的高湿度气体与入堆的干气体混合进行加湿。加湿装置本身没有液体，相当于一个气体混合腔，让干、湿气体混合。储液装置将高湿度尾气流经储液装置使得水在其中凝结，避免水在管道中凝结而堵塞管路。)，则第三流量控制器16和第四流量控制器30开启，第三电磁阀33和第六电磁阀36关闭，尾气经增湿气路分别导入第一加湿装置5和第二加湿装置6中，与新鲜气体进行混合增湿。若关闭增湿，则第三电磁阀33和第六电磁阀36开启，第三流量控制器16和第四流量控制器30关闭，将尾气直接排出。氢气和空气可单独进行增湿也可同时进行增湿。供气模式一保证了氢气和空气在堆内保持逆向流动(在燃料电池中，双极板两侧分别为阴极流道和阳极流道，流道布置基本上呈对称布置，因此，在流动过程中，会出现和间壁式换热器一样，两侧流体呈顺流和逆流。逆向流动是指双极板两侧的气体的流动方向是相反的。)。
60.启用供气模式二时，请参阅4、6所示，在电脑控制下，原供气模式一开启的所有电磁阀和流量控制器全部关闭。第七电磁阀15、第十电磁阀10开启，氢气和空气经第七电磁阀15和第十电磁阀10分别从电堆的c口41和b口40进入电堆。第八电磁阀25、第十一电磁阀20开启，氢气和空气再分别由电堆的a口43和d口42离开电堆，经第八电磁阀25和第十一电磁阀20分别进入第三储液装置27和第四储液装置18。尾体出堆后根据实际操作要求控制开启或关闭增湿，若开启增湿，则第五流量控制器11、第六流量控制器8开启，第九电磁阀28、第十二电磁阀21关闭，尾气经增湿气路分别导入第一加湿装置5和第二加湿装置6中，与新鲜气体进行混合增湿。若关闭增湿，则第九电磁阀28和第十二电磁阀21开启，第五流量控制器11和第六流量控制器8关闭，将尾气直接排出。完成气体进气方向变换的同时始终保持氢气和空气在堆内逆向流动，与供气模式一相同，氢气和空气可单独进行增湿也可同时进行增湿，并且供气模式二的监控方式与供气模式一相同。
61.本发明中，由电脑实时监测电堆整体性能，根据监测参数对供气模式进行切换，保证电堆内氢气和水分布均匀，使电堆持续在最佳工作状态下工作。
62.综上所述，通过以上方法本发明对燃料电池电堆的具体工作状态进行水管理，通过不断调整电池反应气体的进气方向使电堆保持持续的最佳工作状态，避免电池内部发生失水干燥和水淹所导致的传质困难进而影响电池的性能，以提高燃料电池的工作效率与寿命。可以根据实际操作需求实现自增湿，以提高氢气利用率和降低成本，不同电磁阀组合的开关可实现死端模式、循环模式和常开模式三种供气方式(死端模式、循环模式和常开模式是燃料电池三种基本的运行模式。在电堆气体出口处，电磁阀处于关闭状态，此时气体被堵在电堆内，无法向外排出，称为死端模式；将电堆出口气体连接到电堆入口，将尾气循环利用，称为循环模式；气体从电堆入口进入电堆，在电堆内部反应后，直接由电堆出口排到大气中，称为常开模式。)。
63.对于本领域的技术人员而言，显然发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由附属权利要求，而不是上述说明限定，因此旨在将权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图视为限制所涉及的权利要求。
64.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
65.本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，仍属于本发明的保护范围内。