CN104716367B - 燃料电池的尾排系统及其启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池的尾排系统及其启动方法，包括主加热尾排电磁阀以及设于其上方的辅助加热尾排电磁阀，启动时向主加热尾排电磁阀和辅助加热尾排电磁阀通电加热，向燃料电池通入相应的反应气；然后开启与相应排气管路相匹配的主加热尾排电磁阀，检测该主加热尾排电磁阀进气口的气体压力或者相应供气管路的气体压力是否突降；若压力突降，则停止向主加热尾排电磁阀以及辅助加热尾排电磁阀通电加热，后续脉冲排气通过开启主加热尾排电磁阀执行；若压力未出现突降，则采用先开启主加热尾排电磁阀后开启辅助加热尾排电磁阀的循环排堵策略直至主加热尾排电磁阀能够排气。本发明能够改善零下低温环境中燃料电池系统启动时间过长的问题。

Description

燃料电池的尾排系统及其启动方法

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，更具体地说，是涉及一种燃料电池的尾排系统及其启动方法。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。现有的燃料电池主要有以下两种方式：

1)对于以空气为氧化剂的燃料电池，通常阳极采用脉冲排气方式，即通过周期性开关与燃料电池阳极排气管路所连接的排氢电磁阀，当排氢电磁阀打开时将排出阳极尾气，同时也将残留在燃料电池阳极的水排出。因此，阳极排氢电磁阀的阀心及周边区域难免将残留液态水。当燃料电池系统在低于零度的环境下运行时，一旦燃料电池系统停止运行，则阳极排氢电磁阀阀心的残留水将会冻结。当燃料电池系统再次运行时，将由于阳极排氢电磁阀阀心冻结而使得电池阀无法正常开启，由此造成燃料电池系统启动失效。目前通常可采用带加热功能的排氢电磁阀，即在燃料电池系统启动时需先对排氢电磁阀通电加热，使阀心的冰融化，然后燃料电池系统才能实现启动。但由于往往排氢电磁阀阀心的冰较多而造成加热时间长，因此在零下低温环境下，燃料电池系统启动时间较长。

2)对于以氧气为氧化剂的燃料电池，除阳极排氢电磁阀会面临上述难题外，阴极排氧电磁阀也如此。即以氧气为氧化剂的燃料电池，除阳极采用脉冲排气方式外，阴极也采用脉冲排气方式，即通过周期性开关与燃料电池阴极排气管路所连接的排氧电磁阀，当排氧电磁阀打开时将排出阴极尾气，同时也将燃料电池阴极的水排出。因此，阴极排氧电磁阀的阀心及周边区域难免将残留液态水。当燃料电池系统在低于零度的环境下运行时，一旦燃料电池系统停止运行，则阴极排氧电磁阀阀心的残留水将会冻结。当燃料电池系统再次运行时，将由于阴极排氧电磁阀阀心冻结而使得电池阀无法正常开启，由此造成燃料电池系统启动失效。目前通常采用带加热功能的排氧电磁阀，即在燃料电池系统启动时需先对排氧电磁阀通电加热，使阀心的冰融化，然后燃料电池系统才能实现启动。但由于往往排氧电磁阀阀心的冰较多而造成加热时间长，因此在零下低温环境下，燃料电池系统启动时间较长。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种燃料电池的尾排系统及其启动方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

根据本发明的一方面，提供了一种燃料电池的尾排系统，包括以空气为氧化剂的燃料电池以及以氧气为氧化剂的燃料电池，所述以空气为氧化剂的燃料电池设有阳极排氢管路，所述以氧气为氧化剂的燃料电池设有阳极排氢管路以及阴极排氧管路，

还包括排气部件，所述排气部件设于所述以空气为氧化剂的燃料电池中的阳极排氢管路的出气口；或者，所述排气部件分别设于所述以氧气为氧化剂的燃料电池中的阳极排氢管路的出气口以及阴极排氧管路的出气口；

所述排气部件包括主加热尾排电磁阀以及辅助加热尾排电磁阀，所述辅助加热尾排电磁阀设于所述主加热尾排电磁阀的上方，所述主加热尾排电磁阀的进气口以及所述辅助加热尾排电磁阀的进气口均与燃料电池中的相应排气管路的出气口相连通。

所述辅助加热尾排电磁阀与所述主加热尾排电磁阀平行放置或垂直放置。

还包括保温层，所述保温层设于所述排气部件上。

根据本发明的另一方面，还提供了一种低于零度条件下燃料电池的启动方法，该启动方法的具体步骤为：

A.启动时向主加热尾排电磁阀和辅助加热尾排电磁阀通电加热，向燃料电池通入相应的反应气；

B.开启与相应排气管路相匹配的主加热尾排电磁阀，检测该主加热尾排电磁阀进气口的气体压力或者相应供气管路的气体压力是否突降；

若压力突降，则停止向主加热尾排电磁阀以及辅助加热尾排电磁阀通电加热，后续脉冲排气通过开启主加热尾排电磁阀执行；

若压力未出现突降，则采用先开启主加热尾排电磁阀后开启辅助加热尾排电磁阀的循环排堵策略直至主加热尾排电磁阀能够排气后，后续脉冲排气均由主加热尾排电磁阀执行。

所述先开启主加热尾排电磁阀后开启辅助加热尾排电磁阀的循环排堵策略包括以下步骤：

1)若主加热尾排电磁阀先能够排气后，则停止向主加热尾排电磁阀以及辅助加热尾排电磁阀通电加热；

2)若辅助加热尾排电磁阀先能够排气后，则停止向其通电加热；在后续的每个脉冲排气周期中，仍采用先开启主加热尾排电磁阀后开启辅助加热尾排电磁阀的排堵策略，直至主加热尾排电磁阀能够排气后停止向其通电加热。

与现有技术相比，采用本发明的一种燃料电池的尾排系统及其启动方法，能够改善零度以下低温环境中燃料电池系统启动时间过长的问题。这是因为燃料电池运行中尾气和水将主要通过主加热尾排电磁阀排出，因此主加热尾排电磁阀的阀心易积存较多水，在零度以下低温环境中需要较长时间才能完成加热融冰过程。而辅助加热尾排电磁阀阀心处积存的液态水量较主加热尾排电磁阀更少，因此即使被冰冻也因冰量少而比主加热尾排电磁阀更快完成融冰过程，所以在启动时充分利用辅助电磁阀将更快打开这一特性，从而缩短燃料电池系统的启动时间。

附图说明

图1是本发明的实施例1的原理示意图；

图2是图1中的辅助加热尾排电磁阀与主加热尾排电磁阀垂直放置时的示意图；

图3是本发明的实施例2的原理示意图；

图4是图3中的辅助加热尾排电磁阀与主加热尾排电磁阀垂直放置时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

请参阅图1所示的一种燃料电池的尾排系统，包括排气部件11，排气部件分别设于以氧气为氧化剂的燃料电池中的阳极排氢管路的出气口以及阴极排氧管路的出气口；

排气部件11包括主加热尾排电磁阀12以及辅助加热尾排电磁阀13，主加热尾排电磁阀12水平设于相应排气管路的水平轴线上，辅助加热尾排电磁阀13设于主加热尾排电磁阀12的上方，主加热尾排电磁阀12的进气口以及辅助加热尾排电磁阀13的进气口均与相应排气管路的出气口相连通。图1中上面一个P点处为阳极排氢管路的氢气尾排压力检测点，下面一个P点处为阴极排氧管路的氧气尾排压力检测点；

辅助加热尾排电磁阀相对于主加热尾排电磁阀的作用在于，正常运行时，尾气排放由主加热尾排电磁阀完成的，因此辅助加热尾排电磁阀平时用的少，因此残留在其阀芯中的液态水相对较少，特别是如图2所示的位置时，其阀芯内基本没有液态水。

本发明的工作过程如下：

1、在零下低温环境下燃料电池系统运行过程的尾气排放

(1)正常运行过程中，通过主加热尾排电磁阀周期性开启和闭合实现尾气排放和水的排出，辅助加热尾排电磁阀处于关闭状态，不执行周期性开启和闭合动作；

(2)燃料电池系统关机过程中，主加热尾排电磁阀和辅助加热尾排电磁阀均执行开启动作，完成关机过程的排气排水。

因为燃料电池运行中尾气和水通过主加热尾排电磁阀排出，辅助加热尾排电磁阀阀心处不会积存较多液态水，因此即使被冰冻也因冰量少而比主加热尾排电磁阀更快完成融冰过程。

2、在零下低温环境下燃料电池系统启动过程的尾气排放

(1)启动时向主加热尾排电磁阀和辅助加热尾排电磁阀通电加热，向燃料电池通入相应的反应气；

(2)开启与相应排气管路相匹配的主加热尾排电磁阀，检测该主加热尾排电磁阀进气口的气体压力或者相应供气管路的气体压力是否突降；

若压力突降，则停止向主加热尾排电磁阀以及辅助加热尾排电磁阀通电加热，后续脉冲排气通过开启主加热尾排电磁阀执行；

若压力未出现突降，则采用先开启主加热尾排电磁阀后开启辅助加热尾排电磁阀的循环排堵策略直至主加热尾排电磁阀能够排气后，后续脉冲排气均由主加热尾排电磁阀执行。

上述先开启主加热尾排电磁阀后开启辅助加热尾排电磁阀的循环排堵策略包括以下步骤：

1)若主加热尾排电磁阀先能够排气后，则停止向主加热尾排电磁阀以及辅助加热尾排电磁阀通电加热；

2)若辅助加热尾排电磁阀先能够排气后，则停止向其通电加热；在后续的每个脉冲排气周期中，仍采用先开启主加热尾排电磁阀后开启辅助加热尾排电磁阀的排堵策略，直至主加热尾排电磁阀能够排气后停止向其通电加热。

实施例2

再请参见图3、图4所示，本实施例与实施例1的不同之处仅在于：排气部件仅设于以空气为氧化剂的燃料电池中的阳极排氢管路的出气口。

其余内容均与实施例1中所述相同。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种燃料电池的尾排系统，其特征在于，

包括排气部件，所述排气部件设于以空气为氧化剂的燃料电池中的阳极排氢管路的出气口；或者，所述排气部件分别设于以氧气为氧化剂的燃料电池中的阳极排氢管路的出气口以及阴极排氧管路的出气口；

所述排气部件包括主加热尾排电磁阀以及辅助加热尾排电磁阀，所述辅助加热尾排电磁阀设于所述主加热尾排电磁阀的上方，所述主加热尾排电磁阀的进气口以及所述辅助加热尾排电磁阀的进气口均与燃料电池中的相应排气管路的出气口相连通。

2.根据权利要求1所述的尾排系统，其特征在于：

所述辅助加热尾排电磁阀与所述主加热尾排电磁阀平行放置或垂直放置。

3.根据权利要求1或2所述的尾排系统，其特征在于：

还包括保温层，所述保温层设于所述排气部件上。

4.一种低于零度条件下燃料电池的启动方法，其特征在于：

该启动方法的具体步骤为：

A.启动时向主加热尾排电磁阀和辅助加热尾排电磁阀通电加热，向燃料电池通入相应的反应气；

B.开启与相应排气管路相匹配的主加热尾排电磁阀，检测该主加热尾排电磁阀进气口的气体压力或者相应供气管路的气体压力是否突降；

若压力突降，则停止向主加热尾排电磁阀以及辅助加热尾排电磁阀通电加热，后续脉冲排气通过开启主加热尾排电磁阀执行；

若压力未出现突降，则采用先开启主加热尾排电磁阀后开启辅助加热尾排电磁阀的循环排堵策略直至主加热尾排电磁阀能够排气后，后续脉冲排气均由主加热尾排电磁阀执行。

5.根据权利要求4所述的启动方法，其特征在于：

所述先开启主加热尾排电磁阀后开启辅助加热尾排电磁阀的循环排堵策略包括以下步骤：

1)若主加热尾排电磁阀先能够排气后，则停止向主加热尾排电磁阀以及辅助加热尾排电磁阀通电加热；

2)若辅助加热尾排电磁阀先能够排气后，则停止向其通电加热；在后续的每个脉冲排气周期中，仍采用先开启主加热尾排电磁阀后开启辅助加热尾排电磁阀的排堵策略，直至主加热尾排电磁阀能够排气后停止向其通电加热。