CN105161741B - 燃料电池的吹扫系统及其吹扫方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池的吹扫系统及其吹扫方法，包括：传感器组，包括电池堆温度传感器和环境温度传感器，电池堆温度传感器设置于燃料电池堆的内部，且环境温度传感器设置于燃料电池堆的外部；空气泵，连接于燃料电池堆的进气管道；系统控制器，用于接收传感器组传来的测量信号，并根据测量信号控制空气泵的开启和关闭。上述吹扫系统能够有效地带出电池堆内部的水，降低燃料电池堆内部温度，并对燃料电池堆内部温度和系统环境温度进行测量，以判断是否已对燃料电池堆进行有效地吹扫，通过判断结果停止对燃料电池堆的吹扫，有效地降低了对燃料电池堆的吹扫时间，减少了吹扫系统的能量消耗，提高了吹扫系统的可靠性和稳定性。

Description

燃料电池的吹扫系统及其吹扫方法
技术领域
本发明涉及燃料电池堆技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池的吹扫系统及其吹扫方法。
背景技术
燃料电池是一种采用电化学反应的方式将燃料中的化学能转化为电能的发电装置，具有环境友好、安全可靠和易于操作等优点。由于不受卡诺循环的限制，燃料电池的直接发电效率可达45％，热电联供效率可达90％以上，可广泛应用于备用电源、分布式电站和汽车动力等多个领域。
其中，质子交换膜燃料电池作为燃料电池中的一种，在原理上相当于水电解的逆装置，发电过程的产物是水。因此，在电池反应区的中后段常常会有液态水的堆积，发电系统关机时需要对未反应的燃料气体和反应流道中的水进行吹扫，同时，需将燃料电池堆的温度降到室温环境附近，保证燃料电池堆及系统的安全性，以及下次启动系统的顺利进行。
在现有技术中，一种用于燃料电池的吹扫系统包括燃料电池堆、整车控制器、燃料电池控制器、动力输出继电器、空气泵、氢气尾排电磁阀、燃料电池温度采集装置和环境温度采集装置；控制方法是燃料电池控制器根据燃料电池温度和环境温度控制关机时空气泵的转速、氢气尾排电磁阀的排放周期和吹扫时长。根据燃料电池温度采集装置和环境温度采集装置采集的温度数据用相对应的吹扫气体速率、尾排电磁阀排气周期和吹扫时长对燃料电池进行吹扫。
上述吹扫方法中，为了保证吹扫的可靠性，往往采取长时间吹扫，或者对电堆降温与水气吹扫同时进行，从而导致燃料电池发电系统关机时间长，并且能耗较大。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种燃料电池的吹扫系统及其吹扫方法，以解决现有技术中对燃料电池进行吹扫的过程中吹扫时间长、能耗大的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池的吹扫系统，包括：传感器组，包括环境温度传感器和电池堆温度传感器，电池堆温度传感器设置于燃料电池堆的内部，且环境温度传感器设置于燃料电池堆的外部；空气泵，连接于燃料电池堆的进气管道；系统控制器，用于接收传感器组传来的测量信号，并根据测量信号控制空气泵的开启和关闭。
进一步地，传感器组还包括设置于燃料电池堆的出气管道上的出气湿度传感器、出气温度传感器和出气压力传感器。
进一步地，传感器组还包括设置于燃料电池堆的进气管道上的进气湿度传感器。
进一步地，传感器组还包括设置于燃料电池堆的进气管道上的进气压力传感器和进气温度传感器。
进一步地，吹扫系统还包括：尾气阀门，连接于燃料电池堆的出气管道；冷却水泵，连接于燃料电池堆的进水管道和出水管道，并与系统控制器连接。
进一步地，吹扫系统还包括冷却水散热器，设置于进水管道上。
进一步地，系统控制器包括：接收模块，用于接收传感器组传来的测量信号；判断模块，用于对测量信号进行判断，并将测量信号转为控制信号；发送模块，用于将控制信号发送至空气泵和冷却水泵。
进一步地，控制信号包括第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，其中：空气泵包括第一控制模块，用于接收第一控制信号，并将空气泵关闭；空气泵还包括第二控制模块，用于接收第二控制信号，并增加空气泵中的空气对燃料电池堆进行吹扫的吹气量；冷却水泵包括第三控制模块，用于接收第三控制信号，并将冷却水泵开启或关闭。
根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池的吹扫方法，吹扫方法包括以下步骤：S1、停止向燃料电池堆通入燃料后，利用上述的吹扫系统中的空气泵中的空气对燃料电池堆进行吹扫，并利用吹扫系统中的电池堆温度传感器对燃料电池堆内部温度T进行测量，利用吹扫系统中的环境温度传感器对燃料电池堆外部温度Te进行测量；S2、当T与Te之间满足以下关系式时，系统控制器将空气泵关闭：T-Te≤T1，且T1为0～10℃；或Te＜T2，T≤T2，且T2为20～40℃。
进一步地，在执行步骤S2之前，吹扫方法还包括：当T2＜T≤T3时，执行步骤S2；其中，T3为30～100℃。
进一步地，在步骤S1中，利用空气泵中的空气以的第一吹气量对燃料电池堆进行吹扫，第一吹气量等于1600*P/(F*Vc)，其中，P为燃料电池系统的额定功率，Vc为电池堆平均节电压，F为法拉第常数。
进一步地，传感器组还包括设置于燃料电池堆的出气管道上的出气湿度传感器、出气温度传感器和出气压力传感器，步骤S1还包括：利用出气湿度传感器对流出燃料电池堆的空气湿度Φo进行测量，利用出气温度传感器对流出燃料电池堆的空气温度To进行测量，利用出气压力传感器对流出燃料电池堆的空气压力Po进行测量，当Φo＞a*Ps/Po，利用系统控制器将第一吹气量转为第二吹气量对燃料电池堆进行吹扫，且第二吹气量大于第一吹气量；当Φo＜a*Ps/Po，保持第一吹气量对燃料电池堆进行吹扫；其中，0.6≤a≤1，Ps满足关系式：
进一步地，当Φo＞a*Ps/Po，以第二吹气量周期性地对燃料电池堆进行吹扫，吹扫周期为4～30秒，每个吹扫周期内的吹扫时间为2～20秒。
进一步地，第二吹气量为第一吹气量两倍。
进一步地，吹扫系统还包括：尾气阀门，连接于燃料电池堆的出气管道；冷却水泵，连接于燃料电池堆的进水管道和出水管道，并与系统控制器连接，在利用空气泵中的空气对燃料电池堆进行吹扫的步骤之前，步骤S1还包括关闭吹扫系统中的冷却水泵。
进一步地，传感器组还包括设置于燃料电池堆的进气管道上的进气湿度传感器，利用进气湿度传感器对流入燃料电池堆的空气湿度Φi进行测量，当Φo＜b*Φi，且1≤b≤1.5时，利用系统控制器开启冷却水泵，以向燃料电池堆循环通入冷却水。
进一步地，利用空气泵中的空气以第一吹气量对燃料电池堆进行吹扫的步骤中，空气泵的转速为800～2500RPM，气体速率为100～1000L/min，额定功率为12～2000W。
应用本发明的技术方案，提供了一种燃料电池的吹扫系统，由于该吹扫系统包括电池堆温度传感器、环境温度传感器和空气泵，以及用于接收传感器组传来的测量信号的系统控制器，并且该系统控制器能够根据测量信号控制空气泵的开启和关闭，从而能够利用空气泵有效地带出电池堆内部的水，降低燃料电池堆内部温度，并利用电池堆温度传感器和环境温度传感器对燃料电池堆内部温度和系统环境温度进行测量，以判断是否已对燃料电池堆进行有效地吹扫，进而能够通过判断结果利用系统控制器将空气泵关闭，以停止对燃料电池堆的吹扫，进而有效地降低了对燃料电池堆的吹扫时间，减少了吹扫系统的能量消耗，提高了吹扫系统的可靠性和稳定性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施方式所提供的吹扫系统的示意图；
图2示出了本发明实施例1所提供的吹扫方法的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。
由背景技术可知，现有技术中为了保证吹扫的可靠性，往往采取长时间吹扫，或者对电堆降温与水气吹扫同时进行，从而导致燃料电池发电系统关机时间长，并且能耗较大。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提供了一种燃料电池的吹扫系统，如图1所示，该吹扫系统包括：传感器组，包括电池堆温度传感器80和环境温度传感器70，电池堆温度传感器80设置于燃料电池堆30的内部，且环境温度传感器70设置于燃料电池堆30的外部；空气泵20，连接于燃料电池堆30的进气管道；系统控制器10，用于接收传感器组传来的测量信号，并根据测量信号控制空气泵20的开启和关闭。
上述吹扫系统中由于该吹扫系统包括电池堆温度传感器、环境温度传感器和空气泵，以及用于接收传感器组传来的测量信号的系统控制器，并且该系统控制器能够根据测量信号控制空气泵的开启和关闭，从而能够利用空气泵有效地带出电池堆内部的水，降低燃料电池堆内部温度，并利用电池堆温度传感器和环境温度传感器对燃料电池堆内部温度和系统环境温度进行测量，以判断是否已对燃料电池堆进行有效地吹扫，进而能够通过判断结果利用系统控制器将空气泵关闭，以停止对燃料电池堆的吹扫，有效地降低了对燃料电池堆的吹扫时间，减少了吹扫系统的能量消耗，提高了吹扫系统的可靠性和稳定性。
在本发明提供的吹扫系统中，优选地，吹扫系统中的传感器组还可以包括设置于尾气阀门燃料电池堆30的出气管道上的出气湿度传感器120、出气温度传感器130和出气压力传感器140。其中，出气湿度传感器120用于对流出燃料电池堆30的空气湿度Φo进行测量，出气温度传感器130用于对流出燃料电池堆30的空气温度To进行测量，出气压力传感器140用于对流出燃料电池堆30的空气压力Po进行测量。从而能够通过判断Φo、To和Po，在利用空气泵20中的空气对燃料电池堆30进行吹扫的过程中将第一吹气量转为第二吹气量，进而加速了对燃料电池堆30的液态水的吹扫和带出，同时对电池堆降温，其中，第二吹气量大于第一吹气量。
优选地，传感器组还包括设置于燃料电池堆30的进气管道上的进气湿度传感器110。进气湿度传感器110用于对流入燃料电池堆30的空气湿度Φi进行测量，从而能够通过判断Φi和Φo，在利用空气泵20中的空气对燃料电池堆30进行吹扫的过程中将处于关闭状态的冷却水泵50开启，通过向燃料电池堆30通入冷却水，进一步降低燃料电池堆30内的温度。
在上述优选的实施方式中，吹扫系统中的传感器组还可以包括设置于燃料电池堆30的进气管道上的进气压力传感器90和进气温度传感器100。其中，进气压力传感器90用于对流入燃料电池堆30的空气压力进行测量；进气温度传感器100用于对流入燃料电池堆30的空气温度进行测量。
在本发明提供的吹扫系统中，优选地，吹扫系统还包括：尾气阀门40，连接于燃料电池堆30的出气管道；冷却水泵50，连接于燃料电池堆30的进水管道和出水管道，并与系统控制器10连接。其中，尾气阀门40在对燃料电池堆30的吹扫过程中用于将吹扫燃料电池堆30的空气排出吹扫系统；冷却水泵50在对燃料电池堆30的吹扫过程中用于向燃料电池堆30通入冷却水并进行循环，以进一步降低燃料电池堆30内的温度。
在本发明提供的吹扫系统中，优选地，吹扫系统还包括冷却水散热器60，设置于进水管道上。冷却水散热器60用于降低冷却水在循环过程中带来的热量，从而更为有效地利用冷却水对燃料电池堆30进行降温处理。
在本发明提供的吹扫系统中，系统控制器10可以包括：接收模块，用于接收传感器组传来的测量信号；判断模块，用于对测量信号进行判断，并将测量信号转为控制信号；发送模块，用于将控制信号发送至空气泵20和冷却水泵50。其中，测量信号可以包括空气湿度Φi、空气湿度Φo、空气温度To以及空气压力Po。
同时，在上述优选的实施方式中，空气泵20可以包括第一控制模块，用于接收控制信号中的第一控制信号，并将空气泵20关闭。即当系统控制器10接收到测量信号T和Te，并判断燃料电池堆30内部温度T和燃料电池堆30外部温度Te满足T-Te≤T1，T1为0～10℃；或Te＜T2，T≤T2，T2为20～40℃时，由系统控制器10发出第一控制信号，空气泵20中的第一控制模块接收到第一控制信号后将空气泵20关闭。
同时，在上述优选的实施方式中，空气泵20可以包括第二控制模块，用于接收控制信号中的第二控制信号，并增加空气泵20中的空气对燃料电池堆30进行吹扫的吹气量。即当系统控制器10接收到测量信号Φo、To和Po，并判断Φo、To和Po满足Φo＞a*Ps(To)/Po，其中0.6≤a≤1时，由系统控制器10发出第二控制信号，空气泵20中的第二控制模块接收到第二控制信号后，利用空气泵20中的空气将增大吹气量对燃料电池堆30进行吹扫。
同时，在上述优选的实施方式中，冷却水泵50包括第三控制模块，用于接收控制信号中的第三控制信号，并将冷却水泵50开启或关闭。即当系统控制器10接收到测量信号Φi和Φo，并判断Φi和Φo满足Φo＜b*Φi，其中1≤b≤1.5时，由系统控制器10发出第三控制信号，冷却水泵50中的第三控制模块接收到第三控制信号后，可以将处于关闭状态的冷却水泵50开启。
根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池的吹扫方法，吹扫方法包括以下步骤：S1、停止向燃料电池堆30通入燃料后，利用上述的吹扫系统中的空气泵中的空气对燃料电池堆进行吹扫，并利用吹扫系统中的电池堆温度传感器对燃料电池堆内部温度T进行测量，利用吹扫系统中的环境温度传感器对燃料电池堆外部温度Te进行测量；S2、当T与Te之间满足以下关系式时，系统控制器将空气泵关闭：T-Te≤T1，且T1为0～10℃；或Te＜T2，T≤T2，且T2为20～40℃。
由于本发明的上述方法中系统控制器能够根据测量信号控制空气泵的开启和关闭，从而能够利用空气泵有效地带出电池堆内部的水，降低燃料电池堆内部温度，并利用电池堆温度传感器和环境温度传感器对燃料电池堆内部温度和系统环境温度进行测量，以判断是否已对燃料电池堆进行有效地吹扫，进而能够通过判断结果利用系统控制器将空气泵关闭，以停止对燃料电池堆的吹扫，有效地降低了对燃料电池堆的吹扫时间，减少了吹扫系统的能量消耗，提高了吹扫系统的可靠性和稳定性。
下面将结合图1更详细地描述根据本发明提供的燃料电池的吹扫方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
首先，执行步骤S1：停止向燃料电池堆30通入燃料后，利用上述的吹扫系统中的空气泵20中的空气对燃料电池堆30的反应流道进行吹扫，并利用吹扫系统中的电池堆温度传感器80对燃料电池堆30内部温度T进行测量，利用吹扫系统中的环境温度传感器70对燃料电池堆30外部温度Te进行测量。在停止向燃料电池堆30通入燃料后，燃料电池堆30处于不发电/不工作状态，此时空气泵20继续向燃料电池堆30中通入空气，在高温条件下空气的带水能力更强，从而能够实现对燃料电池堆30中未反应气体以及积水的吹扫，并能够降低燃料电池堆30内部温度T。
停止向燃料电池堆30通入燃料，即燃料电池堆30停止工作。燃料电池堆30中燃料的种类根据燃料电池堆30的不同而变化。对于质子交换膜燃料电池堆30，其燃料为氢气，氧化剂为氧气(或空气)，停止向燃料电池堆30通入燃料即关闭氢气进气阀，此时空气泵20仍继续运行。
在一种优选的实施方式中，当吹扫系统还包括：连接于燃料电池堆30的出气管道的尾气阀门40，以及连接于燃料电池堆30的进水管道和出水管道的冷却水泵50，并与系统控制器10连接时，步骤S1还包括关闭吹扫系统中的冷却水泵50。在上述优选的步骤中，能够仅通过空气泵20降低燃料电池堆30内部温度T，实现对燃料电池堆30的降温，从而有效地节省了吹扫系统在对燃料电池堆30吹扫过程中的能耗。
在一种优选的实施方式中，在步骤S1中，可以利用空气泵20中的空气以第一吹气量对燃料电池堆30进行吹扫，所述第一吹气量等于1600*P/(F*Vc)，其中，P为燃料电池系统的额定功率，Vc为电池堆平均节电压，F为法拉第常数，96485C/mol。优选地，P为大于0的任意值kw，Vc为0.3～1.2V，F为96485C/mol。更为优选地，空气泵20的转速为800～2500RPM，气体速率为100～1000L/min，额定功率为12～2000W。在上述优选的参数范围内，空气泵20能够利用空气对燃料电池堆30进行有效地吹扫及降温处理。
在上述优选的实施方式中，当吹扫系统中的传感器组还包括设置于燃料电池堆30的出气管道上的出气温度传感器130、出气压力传感器140和出气湿度传感器120时，步骤S1还包括：利用出气湿度传感器120对流出燃料电池堆30的空气湿度Φo进行测量，利用出气温度传感器130对流出燃料电池堆30的空气温度To进行测量，利用出气压力传感器140对流出燃料电池堆30的空气压力Po进行测量，当Φo＞a*Ps(To)/Po，利用系统控制器10将第一吹气量转为第二吹气量对燃料电池堆30进行吹扫，且第二吹气量大于第一吹气量；当Φo＜a*Ps(To)/Po，保持第一吹气量对燃料电池堆30进行吹扫；其中，0.6≤a≤1，Ps满足关系式： 为Antoine方程，在10℃≤T≤168℃，Antoine方程可以计算该温度下的饱和蒸气压，用Ps(To)表示在温度To时候水的饱和蒸气压。
优选地，当Φo＞a*Ps(To)/Po，且0.6≤a≤1时，以第二吹气量周期性地对燃料电池堆30进行吹扫，吹扫周期为4～30秒，每个吹扫周期内的吹扫时间为2～20秒。以第二吹气量周期性地吹扫不仅能够加大对燃料电池堆30的吹扫力度，还能够有效地减少吹扫系统在对燃料电池堆30吹扫过程中的能耗。并且，更为优选地，第二吹气量为第一吹气量两倍。将空气泵20的吹气量提高为初始状态的两倍，能够进一步提高对燃料电池堆30的吹扫力度，更为有效地带出燃料电池堆30内部的水，并降低燃料电池堆30内部温度T，从而缩短了对燃料电池堆30的吹扫时间，提高了对燃料电池堆30的吹扫效率。
优选地，当吹扫系统中的冷却水泵50处于关闭状态，且吹扫系统中的传感器组还包括设置于燃料电池堆30的进气管道上的进气湿度传感器110时，可以利用进气湿度传感器110对流入燃料电池堆30的空气湿度Φi进行测量，当Φo＜b*Φi，且1≤b≤1.5时，利用系统控制器10开启冷却水泵50，以向燃料电池堆30循环通入冷却水。开启冷却水泵50后，冷却水泵50与空气泵20能够同时降低燃料电池堆30内部温度T，实现对燃料电池堆30更为有效地降温，进一步缩短了对燃料电池堆30的吹扫时间，进而进一步提高了对燃料电池堆30的吹扫效率。
在执行完步骤S1后，执行步骤S2：当T与Te之间满足以下关系式，系统控制器10将空气泵20关闭：T-Te≤T1，且T1为0～10℃；或Te＜T2，T≤T2，且T2为20～40℃。在上述步骤中，通过在系统控制器10中对燃料电池堆30内部温度T和燃料电池堆30外部温度Te进行判断，若T和Te满足本申请要求，即燃料电池堆30内部已降温至所需温度，此时系统控制器10通过控制空气泵20，将空气泵20关闭，燃料电池堆30内部吹扫完毕。
优选地，在执行步骤S2之前，吹扫方法还包括：当T2＜T≤T3时，执行步骤S2；其中，所述T3为30～100℃。当燃料电池堆30内部温度T满足上述条件时，再执行步骤S2，由于满足上述条件时的燃料电池堆30内部温度已经降至较低的温度，从而此时再执行步骤S2，能够更为迅速有效地判断是否关闭空气泵，即对燃料电池堆的吹扫是否完毕。
下面将结合实施例进一步说明本申请提供的燃料电池的吹扫方法。
实施例1
本实施例提供的燃料电池的吹扫方法如图2所示，包括以下步骤：
1、燃料电池备用电源系统发出关机信号后，关闭氢气进气阀，空气泵以满足额定功率100w的第一吹气量以及转速1500RPM对系统开始吹扫，同时停止冷却水泵，其中，第一吹气量等于1600*P/(F*Vc)，P为50kw，Vc为0.6v，F为96485C/mol。
2、利用电池堆温度传感器对燃料电池堆内部温度进行测量：
2.1、当燃料电池堆内部温度T≥50℃，根据传感器组(出气温度传感器、出气压力传感器、出气湿度传感器和进气湿度传感器)的测量数据判断吹扫方法：
a、流出燃料电池堆的空气湿度Φo＞0.9*Ps(To)/Po，将第一吹气量转为第二吹气量，以大小为第一吹气量两倍的第二吹气量周期性地对燃料电池堆进行吹扫，周期为20s，吹扫的时间为15s，直到燃料电池堆的空气湿度Φo＜0.9*Ps(To)/Po，转而采用方法b进行吹扫，其中，第二吹气量等于3200*P/(F*Vc)，P为50kw，Vc为0.6v，F为96485C/mol；
b、流出燃料电池堆的空气湿度1.2*Φi＜Φo＜0.9*Ps(To)/Po，空气泵采用满足额定功率100w的第一吹气量恒速吹扫。直到流出燃料电池堆的空气湿度Φo＜1.2*Φi，转而采用方法c进行吹扫，其中，第一吹气量等于1600*P/(F*Vc)，P为50kw，Vc为0.6v，F为96485C/mol；
c、流出燃料电池堆的空气湿度Φo＜1.2*Φi，空气泵采用额定功率100w的第一吹气量进行恒速吹扫，同时开启冷却水泵给燃料电池堆降温，直到电堆温度T降到50℃以下，转而采用方法2.2进行吹扫，其中，第一吹气量等于1600*P/(F*Vc)，P为50kw，Vc为0.6v，F为96485C/mol。
2.2、当电堆温度30℃＜T≤50℃，同样根据传感器组(出气温度传感器、出气压力传感器、出气湿度传感器和进气湿度传感器)的测量数据判断吹扫方法：
a、流出燃料电池堆的空气湿度Φo＞0.9*Ps(To)/Po，将第一吹气量转为第二吹气量，以大小为第一吹气量两倍的第二吹气量周期性地对燃料电池堆进行吹扫，周期为20s，吹扫的时间为15s，直到流出燃料电池堆的空气湿度Φo＜0.9*Ps(To)/Po，转而采用方法b进行吹扫，其中，第二吹气量等于3200*P/(F*Vc)，P为50kw，Vc为0.6v，F为96485C/mol；
b、流出燃料电池堆的空气湿度1.2*Φi＜Φo＜0.9*Ps(To)/Po，空气泵采用满足额定功率100w的的第一吹气量恒速吹扫。直到流出燃料电池堆的空气湿度Φo＜1.2*Φi，转而采用方法c进行吹扫，其中，第一吹气量等于1600*P/(F*Vc)，P为50kw，Vc为0.6v，F为96485C/mol；
c、流出燃料电池堆的空气湿度Φo＜1.2*Φi，空气泵采用额定功率100w的第一吹气量进行恒速吹扫，同时开启冷却水泵给电池堆降温，其中，第一吹气量等于1600*P/(F*Vc)，P为50kw，Vc为0.6v，F为96485C/mol。
3、利用环境温度传感器对燃料电池堆外部温度进行测量，根据电池堆温度传感器和环境温度传感器的测量数据判断吹扫系统的关闭时间点：
d、当燃料电池堆外部温度Te≥30℃，且T-Te≤5℃时，停止吹扫，关闭冷却水泵和空气泵，停止吹扫，关闭吹扫系统；
e、当燃料电池堆外部温度Te＜30℃，且燃料电池堆内部温度T≤30℃时，关闭冷却水泵和空气泵，停止吹扫，关闭吹扫系统。
需要注意的是，在上述实施例中，步骤2和3可以顺序进行，也可以在进行步骤2的过程中执行步骤3。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、电池堆温度传感器和环境温度传感器能够对燃料电池堆内部温度和系统环境温度进行测量，并利用燃料电池堆内部温度和系统环境温度判断是否已对燃料电池堆进行有效地吹扫，从而通过判断利用系统控制器将空气泵关闭，以停止对燃料电池堆的吹扫，进而有效地降低了对燃料电池堆的吹扫时间，减少了吹扫系统的能量消耗，提高了吹扫系统的可靠性和稳定性；
2、能够通过出气温度传感器、出气压力传感器和出气湿度传感器的测量数据，判断流出燃料电池堆的空气湿度高低，并根据判断结果利用系统控制器加大对燃料电池堆的吹扫力度，更为有效地带出电池堆内部的水，并降低燃料电池堆内部温度，从而缩短了对燃料电池堆的吹扫时间，提高了对燃料电池堆的吹扫效率；
3、能够通过进气湿度传感器的测量数据，判断流入燃料电池堆的空气湿度与流出燃料电池堆的空气湿度之间的关系，流出燃料电池堆的空气湿度利用系统控制器控制冷却水泵的开启，利用冷却水泵与空气泵同时降低燃料电池堆内部温度，实现对燃料电池堆更为有效地降温，进一步缩短了对燃料电池堆的吹扫时间，进而进一步提高了对燃料电池堆的吹扫效率。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种燃料电池的吹扫方法，其特征在于，所述吹扫方法包括以下步骤：
S1、停止向燃料电池堆(30)通入燃料后，利用吹扫系统中的空气泵(20)中的空气对所述燃料电池堆(30)进行吹扫，并利用所述吹扫系统中的电池堆温度传感器(80)对所述燃料电池堆(30)内部温度T进行测量，利用所述吹扫系统中的环境温度传感器(70)对所述燃料电池堆(30)外部温度Te进行测量；
S2、当所述T与所述Te之间满足以下关系式时，所述吹扫系统中的系统控制器(10)将所述空气泵(20)关闭：
T-Te≤T1，且T1为0～10℃；或
Te＜T2，T≤T2，且T2为20～40℃，
在所述步骤S1中，利用所述空气泵(20)中的空气以第一吹气量对所述燃料电池堆(30)进行吹扫，所述第一吹气量等于1600*P/(F*Vc)，其中，P为燃料电池系统的额定功率，Vc为电池堆平均节电压，F为法拉第常数，
所述燃料电池的吹扫系统包括：
传感器组，包括所述环境温度传感器(70)和所述电池堆温度传感器(80)，所述电池堆温度传感器(80)设置于燃料电池堆(30)的内部，且所述环境温度传感器(70)设置于所述燃料电池堆(30)的外部；
所述空气泵(20)，连接于所述燃料电池堆(30)的进气管道；
所述系统控制器(10)，用于接收所述传感器组传来的测量信号，并根据所述测量信号控制所述空气泵(20)的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的吹扫方法，其特征在于，所述传感器组还包括设置于所述燃料电池堆(30)的出气管道上的出气湿度传感器(120)、出气温度传感器(130)和出气压力传感器(140)。
3.根据权利要求1所述的吹扫方法，其特征在于，所述传感器组还包括设置于所述燃料电池堆(30)的所述进气管道上的进气湿度传感器(110)。
4.根据权利要求1所述的吹扫方法，其特征在于，所述传感器组还包括设置于所述燃料电池堆(30)的所述进气管道上的进气压力传感器(90)和进气温度传感器(100)。
5.根据权利要求1所述的吹扫方法，其特征在于，所述吹扫系统还包括：
尾气阀门(40)，连接于所述燃料电池堆(30)的出气管道；
冷却水泵(50)，连接于所述燃料电池堆(30)的进水管道和出水管道，并与所述系统控制器(10)连接。
6.根据权利要求5所述的吹扫方法，其特征在于，所述吹扫系统还包括冷却水散热器(60)，设置于所述进水管道上。
7.根据权利要求5所述的吹扫方法，其特征在于，所述系统控制器(10)包括：
接收模块，用于接收所述传感器组传来的测量信号；
判断模块，用于对所述测量信号进行判断，并将所述测量信号转为控制信号；
发送模块，用于将所述控制信号发送至所述空气泵(20)和所述冷却水泵(50)。
8.根据权利要求7所述的吹扫方法，其特征在于，所述控制信号包括第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，其中：
所述空气泵(20)包括第一控制模块，用于接收第一控制信号，并将所述空气泵(20)关闭；
所述空气泵(20)还包括第二控制模块，用于接收第二控制信号，并增加所述空气泵(20)中的空气对所述燃料电池堆(30)进行吹扫的吹气量；
所述冷却水泵(50)包括第三控制模块，用于接收第三控制信号，并将所述冷却水泵(50)开启或关闭。
9.根据权利要求1所述的吹扫方法，其特征在于，在执行所述步骤S2之前，所述吹扫方法还包括：
当T2＜T≤T3时，执行步骤S2；
其中，所述T3为30～100℃。
10.根据权利要求1所述的吹扫方法，其特征在于，所述传感器组还包括设置于所述燃料电池堆(30)的出气管道上的出气湿度传感器(120)、出气温度传感器(130)和出气压力传感器(140)，所述步骤S1还包括：
利用所述出气湿度传感器(120)对流出所述燃料电池堆(30)的空气湿度Φo进行测量，利用所述出气温度传感器(130)对流出所述燃料电池堆(30)的空气温度To进行测量，利用所述出气压力传感器(140)对流出所述燃料电池堆(30)的空气压力Po进行测量，
当Φo＞a*Ps(To)/Po，利用所述系统控制器(10)将所述第一吹气量转为第二吹气量对所述燃料电池堆(30)进行吹扫，且所述第二吹气量大于所述第一吹气量；
当Φo＜a*Ps(To)/Po，保持所述第一吹气量对所述燃料电池堆(30)进行吹扫；
其中，0.6≤a≤1，所述Ps满足关系式：
11.根据权利要求10所述的吹扫方法，其特征在于，当Φo＞a*Ps(To)/Po，以所述第二吹气量周期性地对所述燃料电池堆(30)进行吹扫，吹扫周期为4～30秒，每个所述吹扫周期内的吹扫时间为2～20秒。
12.根据权利要求10所述的吹扫方法，其特征在于，所述第二吹气量为所述第一吹气量两倍。
13.根据权利要求10所述的吹扫方法，其特征在于，所述吹扫系统还包括：尾气阀门(40)，连接于所述燃料电池堆(30)的出气管道；冷却水泵(50)，连接于所述燃料电池堆(30)的进水管道和出水管道，并与所述系统控制器(10)连接，在利用所述空气泵(20)中的空气对所述燃料电池堆(30)进行吹扫的步骤之前，所述步骤S1还包括关闭所述吹扫系统中的冷却水泵(50)。
14.根据权利要求13所述的吹扫方法，其特征在于，所述传感器组还包括设置于所述燃料电池堆(30)的所述进气管道上的进气湿度传感器(110)，利用所述进气湿度传感器(110)对流入所述燃料电池堆(30)的空气湿度Φi进行测量，当Φo＜b*Φi，且1≤b≤1.5时，利用所述系统控制器(10)开启所述冷却水泵(50)，以向所述燃料电池堆(30)循环通入冷却水。
15.根据权利要求1所述的吹扫方法，利用所述空气泵(20)中的空气以第一吹气量对所述燃料电池堆(30)进行吹扫的步骤中，所述空气泵(20)的转速为800～2500RPM，气体速率为100～1000L/min，额定功率为12～2000W。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105573367B (zh) * 2016-02-01 2018-02-02 金龙联合汽车工业（苏州）有限公司 一种高压仓温度控制方法及系统
US10439238B2 (en) * 2016-07-15 2019-10-08 Ford Global Technologies, Llc Control of fuel cell cooling system in a vehicle
CN109572487B (zh) * 2018-12-12 2021-05-14 电子科技大学 一种燃料电池混合动力系统的关机控制方法
CN110380086B (zh) * 2019-08-09 2022-02-18 河南豫氢动力有限公司 一种燃料电池辅助系统及停机阴极快速吹扫方法
CN111082106B (zh) * 2019-12-30 2021-09-14 上海神力科技有限公司 一种燃料电池启停机控制方法
CN111224132B (zh) * 2020-01-09 2021-05-04 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池关机吹扫方法及系统
CN111584902B (zh) * 2020-05-26 2021-03-26 上海捷氢科技有限公司 一种燃料电池系统及其吹扫方法
JP7298547B2 (ja) * 2020-05-28 2023-06-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN111785995B (zh) * 2020-06-16 2023-05-23 国鸿氢能科技(嘉兴)股份有限公司 导水双极板燃料电池吹扫管路系统
CN112687918B (zh) * 2020-12-17 2022-04-26 潍柴动力股份有限公司 固体氧化物燃料电池系统及其控制方法
US11641022B2 (en) * 2021-01-04 2023-05-02 GM Global Technology Operations LLC Controlling purge operation for fuel cell assembly
GB2604595A (en) * 2021-03-05 2022-09-14 Intelligent Energy Ltd Systems and methods for controlling air flow at a fuel cell
CN113130944B (zh) * 2021-03-18 2022-02-22 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 适用于盐酸系液流电池的电池堆残液清洗装置及方法
CN113793953B (zh) * 2021-07-23 2024-02-06 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种燃料电池系统及其快速关机方法
CN113948743B (zh) * 2021-09-29 2023-03-17 北京亿华通科技股份有限公司 一种车载燃料电池的温度调控方法及装置
CN114464845B (zh) * 2022-01-21 2024-05-10 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种燃料电池系统开机吹扫方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101207217A (zh) * 2006-12-18 2008-06-25 通用汽车环球科技运作公司 运行燃料电池堆的方法
WO2008155627A2 (en) * 2007-06-20 2008-12-24 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and operating method therefor
CN102522582A (zh) * 2011-12-28 2012-06-27 新源动力股份有限公司 一种车载燃料电池发电系统的关机吹扫系统和吹扫方法
JP2013225487A (ja) * 2012-03-23 2013-10-31 Toto Ltd 固体酸化物型燃料電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101207217A (zh) * 2006-12-18 2008-06-25 通用汽车环球科技运作公司 运行燃料电池堆的方法
WO2008155627A2 (en) * 2007-06-20 2008-12-24 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and operating method therefor
CN102522582A (zh) * 2011-12-28 2012-06-27 新源动力股份有限公司 一种车载燃料电池发电系统的关机吹扫系统和吹扫方法
JP2013225487A (ja) * 2012-03-23 2013-10-31 Toto Ltd 固体酸化物型燃料電池

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