CN112234228B - 一种车载燃料电池氢气管道吹扫系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载燃料电池氢气管路吹扫系统及方法，其特征在于，系统包括氢气管道、空气管道、尾排管以及燃料电池电堆，氢气管道上设有氢瓶、氢气流量计、减压阀、进气阀、比例阀以及压力和温湿度传感器，空气管道上设有空气过滤器、空气流量计、空压机、中冷器和加湿器，尾排管道入口处通过尾排阀连接电堆阳极出口的氢气管道，尾排管和氢气管道之间连接有泄压管道，氢气管道与电堆连接处有氢气循环管道。本发明采用两级吹扫实现了车载燃料电池电堆内部残余水和氢气管路中水蒸气含量的独立控制，降低冷启动时加热能耗，避免冷启动失败并保证冷启动后电堆的输出性能。

Description

一种车载燃料电池氢气管道吹扫系统及方法
技术领域
本发明涉及车载燃料电池吹扫技术领域，特别涉及一种车载燃料电池氢气管道吹扫系统及方法。
背景技术
车载燃料电池运行时，空气和氢气在电堆内部发生电化学反应产生大量的水，部分水进入空气侧和氢气侧管道，部分水储存在电堆内部，这给燃料电池低温冷启动带来巨大挑战。电堆内部残余水过多时，部分水在低温环境下结冰，堵塞气体传质通道，带来冷启动缓慢、冷启动失败问题；电堆内部残余水过少时，冷启动后电堆质子交换膜水含量较低，欧姆极化增强，输出电压和功率低。空气侧管道中空气参与反应后通过背压阀进入尾排管道排放至环境，而且在停机吹扫时增大空气量适当排出空气路中液态水、水蒸气和电堆内部残余水，避免低温环境下空气管道结冰堵塞。氢气侧管道中气体是循环流动的，液态水和水蒸气仅能在尾排阀开启时(几百毫秒)排出，吹扫结束时氢气管道中气体水蒸气含量仍然较高。随着氢气管道气体温度降低，饱和蒸气压下降，气体中水蒸气液化并结冰，引起管路流通受阻或氢气循环泵卡转，导致冷启动失败。因此，燃料电池一般在停机吹扫时要适当控制电堆内部残余水和管道中气体水蒸气含量。
现有部分技术采用氮气吹扫装置，增大了燃料电池系统的体积和成本，无法应用于车子燃料电池系统，还有些技术以电堆欧姆内阻为基准控制系统进行吹扫，例如专利CN111029623A和CN210723237U通过检测单元实时测量电堆欧姆内阻，来反映电堆内部残余水是否控制到预期值，仅能保证燃料电池电堆内部残余水的适当控制，而对于氢气管道中气体的水蒸气含量无法控制降低到合适范围。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种车载燃料电池氢气管道吹扫系统及方法，管路系统将管道主要分为两部分，分别为氢气管道和空气管道，两个管路之间通过燃料电池电堆、尾排管、泄压管道和背压管道连通，与电堆连接的氢气管道、氢气回路管道和燃料电池电堆之间形成了氢气循环管道，通过调整管道各相关阀门以及吹扫装置、检测装置等装置配合对管路和电堆进行两级吹扫，保证将氢气管路中水蒸气和燃料电池电堆中的残余水排出至合适值。
本发明提供了一种车载燃料电池氢气管道吹扫系统及方法，具体技术方案如下：
系统管道包括氢气管道、空气管道和尾排管，所述氢气管道设有两段为第一氢气管道和第二氢气管道，分别连接在燃料电池电堆7阳极的进口和出口，吹扫系统包括氢瓶1、氢气流量计6、燃料电池电堆7、尾排氢气浓度传感器12、空气过滤器13、空气流量计14、空压机15、中冷器17、加湿器18、阻抗检测装置16，所述氢瓶1、氢气流量计6和燃料电池电堆7通过第一氢气管道依次连接，所述燃料电池电堆7上还设有所述阻抗检测装置16，所第二氢气管道通过氢气尾排阀10连接有尾排管，所述尾排管上设有所述尾排氢气浓度传感器12，所述空气过滤器13、空气流量计14、空压机15、中冷器17、加湿器18通过空气管道与所述燃料电池电堆7连接，所述第一氢气管道在所述氢气流量计6入口处与所述第二氢气管道之间连接有氢气循环装置，所述氢气循环装置所在管道的氢气流动方向为所述尾排管向所述氢气进口管流动。
进一步的，在所述第一氢气管道上，所述氢瓶1与所述氢气流量计6之间设有减压阀2、进气阀3和比例阀4。
进一步的，所述氢气循环装置为氢气循环泵9或引射器，循环装置采用引射器时，则将所述比例阀4替换为喷射器。
进一步的，所述氢气管道上设有一个压力传感器，所述空气管道上设有至少一个压力传感器，所述第一氢气管道与所述尾排管之间通过泄压管道连接，所述泄压管道上设有泄压阀11，所述第一氢气管道与所述燃料电池电堆7的连接处设有温湿度传感器8。
进一步的，所述第二氢气管道与所述燃料电池电堆7连接处设有压力传感器5，所述燃料电池电堆7还通过背压管道与所述尾排管连接，背压管道上设有压力传感器5和背压阀19，压力传感器5和背压阀7之间连通有所述加湿器18。
本发明基于上述吹扫系统还提供了一种车载燃料电池氢气管道吹扫方法，具体步骤如下：
一级吹扫：进行电堆内部残余水的吹扫，接收到停机吹扫信号时，增大空气管道上空压机的转速和背压阀的开度，同时增大氢气管道上比例阀的开度进行吹扫，判断电堆上的阻抗检测装置检测的阻抗值是否高于预设值，如果未高于预设值，则持续进行一级吹扫，如果高于预设值，则进行二级吹扫。
二级吹扫：进行氢气管路中水蒸气的吹扫，开启尾排管上的氢气尾排阀，按照预设时间控制氢气循环装置停止t1秒后在启动运行t2秒，往复循环，根据循环次数或者管道内氢气湿度判断管道内残余水是否排出，当满足预设条件后，停止吹扫。
进一步的，氢气循环装置所在所述氢气回路管道出口连接氢气进口管至电堆之间的管道、第二氢气管道与氢气回路管道入口连接处至电堆的管道以及所述氢气回路管道构成作为氢气循环管道，预设时间t1根据所述氢气循环管道的管道截面面积、与电堆连接的氢气循环管道的长度、流量计读数和电堆阳极体积设定，预设时间t2根据所述氢气循环管道的管道截面面积、氢气回路管道的长度和流量计读数设定。
进一步的，二级吹扫中判断温湿度传感器检测入堆氢气湿度是否小于预设值，如果小于则停止吹扫。
进一步的，二级吹扫中将氢气循环装置停转t1秒并运行t2秒作为一次循环，进行累积计数，当循环次数达到预设次数后，停止吹扫。
本发明的有益效果如下：
1、系统结构简单，无需额外设备，成本低廉，系统体积小适用于车载。
2、停机吹扫时，燃料电池电堆内部残余水和氢气管路内水蒸气含量的独立控制，对燃料电池电堆和管路进行两级吹扫，保证冷启动成功、缩短冷启动时间、降低冷启动时的加热能耗并保证冷启动后的电堆输出性能。
3、通过控制氢气循环装置的启动和停转时间以及管路中对应阀门的开度控制管路气体中水蒸气排出，通过管路气体中湿度检测值或者氢气循环装置的停转与启动次数判定氢气管道中水蒸气是否吹扫降低到合适值，降低了系统能耗，同时保证了系统中水分的吹扫效果。
4、系统管路各处根据需要设置有多个压力传感器，避免系统运行过程中管路超压，提高系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明吹扫系统结构示意图；
图2为本发明实施例2吹扫方法的流程示意图；
图3为本发明二级吹扫氢泵停转时氢气流动方向示意图；
图4为本发明二级吹扫氢泵再启时氢气流动方向示意图；
图5为本发明实施例3吹扫方法的流程示意图。
附图说明：1-氢瓶、2-减压阀、3-进气阀、4-比例阀、5-压力传感器、6-氢气流量计、7-燃料电池电堆、8-温湿度传感器、9-氢气循环泵、10-氢气尾排阀、11-泄压阀、12-尾排氢气浓度传感器、13-空气过滤器、14-空气流量计、15-空压机、16-阻抗检测装置、17-中冷器、18-加湿器、19-背压阀。
具体实施方式
在下面的描述中对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
实施例1
本发明的实施例1提供了一种车载燃料电池氢气管道吹扫系统，系统结构简单，实现了燃料电池电堆内部残余水和氢气管路内水蒸气排出的独立控制，避免管路或电堆内含水量较高，在低温情况下结冰，保证系统能够冷启动。
如图1所示，该系统包括氢瓶1、氢气流量计6、燃料电池电堆7、尾排氢气浓度传感器12、空气过滤器13、空气流量计14、空压机15、中冷器17、加湿器18、阻抗检测装置16，其中所述燃料电池电堆7连接有氢气管道、背压管道和空气管道，所述氢气管道包括第一氢气管道和第二氢气管道，分别连接燃料电池电堆7阳极的进出口，所述第一氢气管道和所述空气管道的气体流通方向均向所述燃料电池电堆7，所述第二氢气管道的气体流向与其连接的尾排管和氢气循环泵所在的氢气回路管道，所述尾排管的气体流通方向由燃料电池电堆7通向外部，所述第一氢气管道的进口端设有所述氢瓶1，在所述氢瓶1之后第一氢气管道上一次设置有减压阀2、进气阀3和比例阀4，所述第一氢气管道上在所述比例阀4后设有压力传感器5和所述氢气流量计6，所述第一氢气管道在所述氢气流量计6与所述燃料电池电堆连接处还设有一个温湿度传感器8。
所述尾排管出口处设有尾排氢气浓度传感器12，尾排管与所述第二氢气管道之间通过尾排阀10连接，第二氢气管道与所述燃料电池电堆7连接处设有压力传感器5，所述尾排管在所述尾排氢气浓度传感器12和所述尾排阀10之间设有管道连接点分别为节点c，在所述尾排阀10和所述第二氢气管路上的压力传感器5之间设有节点d；
在所述第一氢气管道的所述比例阀4与所述氢气流量计6之间设有两个管道连接点分别为节点a和节点b,所述节点a与所述节点c以及所述节点b与所述节点d之间分别通过管道将所述第一氢气管道与所述尾排管和所述第二氢气管道连通，所述节点a与所述节点c之间连接的管道为泄压管道，所述泄压管道上设有泄压阀11，所述节点b与所述节点d之间连接的管道为氢气回路管道，所述氢气回路管道上设有氢气循环装置，本实施例中氢气循环装置采用氢气循环泵；
所述氢气循环泵9和所述比例阀4出口汇合处到电堆阳极入口处的管道为L1。
电堆阳极出口处到尾排阀10入口处的管道为L2。
所述氢气循环泵9入口管路和电堆7出口管路汇合点，经过氢气循环泵9，到比例阀4和氢气循环泵9管路汇合点的氢气管路为L3。
所述空气管道上依次设有空气过滤器13、空气流量计14、空压机15、中冷器17和加湿器18，所述空压机15与中冷器17之间的管路以及所述加湿器18与燃料电池电堆7之间的管路上分别设有一个压力传感器5，本实施例中所述燃料电池电堆7与所述尾排管之间还连接有一个管道为背压管道，所述背压管道上设有背压阀19和压力传感器5，在所述背压阀19和所述压力传感器5之间同样连接着所述加湿器18。
系统运行过程如下：
燃料电池运行时，通过氢瓶1为燃料电池电堆7提供燃料，氢气进入减压阀2后进行减压，再进入进气阀3和比例阀4，之后通过氢气流量计6进入燃料电池电堆，反应后的气体经过氢气循环泵的再次进入电堆，所述氢气尾排阀隔一段时间开启一次，氢气尾气和空气尾气混合后通过尾排管排出，为保证电堆变载时的氢气供应及时，电堆入口氢气是过量的，而氢气循环泵会将流经电堆剩余的氢气加压到电堆入口，和比例阀4过来的氢气混合为电堆内部反应提供燃料。空气管道为电堆提供氧化剂，空气经过空气过滤器13进入空气流量计14再进入空压机15，压缩后的空气先后进入中冷器17、加湿器18和电堆，反应后的尾气进入加湿器18和背压阀19，再通过尾排管和氢气尾气一起排出。
实施例2
基于实施例1，本实施例公开了一种车载燃料电池氢气管道吹扫方法，如图2所示，包括如下步骤：
一级吹扫：车载系统接收到停机吹扫命令后，增大背压阀19的开度和空压机15的转速，增大干空气进量通过空气将空气管路和燃料电池电堆7中的残余水吹出，同时增大比例阀4的开度，增大氢气进量保证氢气管道和空气管道的压差在正常范围内，通过阻抗检测装置检测电堆的高频阻抗，判断是否高于预设值，如果高于预设值则进行二级吹扫；
一级吹扫时，尾排阀隔段时间开启一次，氢气经过电堆后会经过氢气循环泵回到电堆入口与比例阀4侧过来的氢气混合进入电堆，所述氢气尾排阀10开启时，电堆出口部分氢气进入氢气循环泵9，部分氢气经过氢气尾排阀10进入尾排管。
二级吹扫：尾排管上的氢气尾排阀处于常开状态，氢气循环泵按照预设时间停止t1秒后再启动运行t2秒，往复循环，通过所述温湿度传感器8检测的管道内氢气湿度值判断管道内水蒸气含量是否降低到合适值，当氢气湿度小于预设值则停止吹扫；
如图3所示，当氢气循环泵停转时，氢瓶1中的干氢气经过减压阀2、进气阀3、比例阀4、氢气流量计6、燃料电池电堆7、氢气尾排阀10后进入尾排管，氢气循环泵停转时间t1根据L1和L2管路长度、截面面积以及实际氢气流量获得，所述实际氢气流量计算公式如下：
Figure GDA0003308609730000061
其中，M1为氢气流量计读数，M2为实际氢气流量，Z1、Z2为压缩因子,表示相同温度、压力下氢气实际密度与将氢气当作理想气体时的密度之比，Z1通过电堆阳极出口的温度T1和压力p1查表获得，Z2为标况压力p0、温度T0下氢气的压缩因子。
所述氢气循环泵停转时间t1的计算公式如下：
Figure GDA0003308609730000062
其中，L1和L2分别为L1管路和L2管路的长度，A为管道截面积，Van为电堆阳极流道体积。
如图4所示，当氢气循环泵运行时，氢气回路中的湿氢气都和比例阀4处过来的干氢气混合进入流量计6；而电堆出口的氢气部分通过氢气尾排阀10排出，部分再次进入氢气回路，氢气循环泵如此往复循环工作直至所述温湿度传感器检测的管道气体湿度小于预设值时，吹扫完毕，氢气循环泵运行时间t2由氢气流量计读数、氢气管路截面积、L3管路长度决定，计算公式如下：
Figure GDA0003308609730000063
其中，L3为L3管路的长度。
实施例3
基于上述实施例2，实施例公开了一种车载燃料电池氢气管道吹扫方法，如图5所示，当所述温湿度传感器出现脱机等情况时，进行吹扫时，系统在二次吹扫时可选择通过所述氢气循环泵的循环次数结束吹扫，当二级吹扫开始所述氢气尾气阀处于常开状态，车载系统为所述氢气循环泵的启动和停转进行计数，当所述氢气循环泵停启的往复次数达到预设次数后，则系统停止吹扫。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种车载燃料电池氢气管道吹扫方法，其特征在于，基于车载燃料电池氢气管道吹扫系统实现，所述吹扫系统，燃料电池以及吹扫系统设置在车上，系统管道包括氢气管道、空气管道和尾排管，所述氢气管道设有两段为第一氢气管道和第二氢气管道，分别连接在燃料电池电堆（7）阳极的进口和出口，吹扫系统包括氢瓶（1）、氢气流量计（6）、燃料电池电堆（7）、尾排氢气浓度传感器（12）、空气过滤器（13）、空气流量计（14）、空压机（15）、中冷器（17）、加湿器（18）、阻抗检测装置（16），所述氢瓶（1）、氢气流量计（6）和燃料电池电堆（7）通过第一氢气管道依次连接，在所述第一氢气管道上，所述氢瓶（1）与所述氢气流量计（6）之间设有减压阀（2）、进气阀（3）和比例阀（4），所述第一氢气管道与所述燃料电池电堆（7）的连接处设有温湿度传感器（8）所述燃料电池电堆（7）上还设有所述阻抗检测装置（16），所第二氢气管道通过氢气尾排阀（10）连接有尾排管，所述尾排管上设有所述尾排氢气浓度传感器（12），所述空气过滤器（13）、空气流量计（14）、空压机（15）、中冷器（17）、加湿器（18）通过空气管道与所述燃料电池电堆（7）连接，所述第一氢气管道在所述氢气流量计（6）入口处与所述第二氢气管道之间连接有氢气回路管道，所述氢气回路管道上设有氢气循环装置，所述氢气回路管道的氢气流动方向为所述尾排管向所述氢气进口管流动；
所述第二氢气管道与所述燃料电池电堆（7）连接处设有第一压力传感器，所述燃料电池电堆（7）还通过背压管道与所述尾排管连接，背压管道上设有第二压力传感器和背压阀（19），第二压力传感器和背压阀（19）之间连通有所述加湿器（18）；
所述吹扫方法包括两级吹扫，步骤如下：
一级吹扫：进行电堆内部残余水的适当吹扫，接收到停机吹扫信号时，增大空气管道上空压机的转速和背压阀的开度，同时增大氢气管道上比例阀的开度进行吹扫，判断电堆上的阻抗检测装置检测的阻抗值是否高于预设值，如果未高于预设值，则持续进行一级吹扫，如果高于预设值，则进行二级吹扫；
二级吹扫：进行氢气管路中水蒸气的适当吹扫，开启尾排管上的氢气尾排阀，按照预设时间控制氢气循环装置停止
Figure 158183DEST_PATH_IMAGE001
秒后再启动运行
Figure 560345DEST_PATH_IMAGE002
秒，往复循环，根据循环次数或者管道内氢气湿度判断氢气管道内水蒸气含量是否降低至合适值，当满足预设条件后，停止吹扫。
2.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气管道吹扫方法，其特征在于，所述氢气循环装置为氢气循环泵（9）或引射器，循环装置采用引射器时，则将所述比例阀（4）替换为喷射器 。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的车载燃料电池氢气管道吹扫方法，其特征在于，所述氢气管道上设有至少一个压力传感器，所述空气管道上设有至少一个压力传感器，所述第一氢气管道与所述尾排管之间通过泄压管道连接，所述泄压管道上设有泄压阀（11）。
4.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气管道吹扫方法，其特征在于，所述氢气回路管道出口连接氢气进口管至电堆之间的管道、第二氢气管道与氢气回路管道入口连接处至电堆的管道以及所述氢气回路管道构成氢气循环管道，预设时间
Figure 494803DEST_PATH_IMAGE001
根据所述氢气循环管道的管道截面面积、与电堆连接的氢气循环管道的长度、氢气流量计读数和电堆阳极体积设定，预设时间
Figure 691429DEST_PATH_IMAGE002
根据所述氢气循环管道的管道截面面积、氢气回路管道的长度和氢气流量计读数设定。
5.根据权利要求4所述的车载燃料电池氢气管道吹扫方法，其特征在于，二级吹扫中判断温湿度传感器检测入堆氢气湿度是否小于预设值，如果小于则停止吹扫。
6.根据权利要求4所述的车载燃料电池氢气管道吹扫方法，其特征在于，二级吹扫中将氢气循环装置停转
Figure 711338DEST_PATH_IMAGE001
秒并运行
Figure 448350DEST_PATH_IMAGE002
秒作为一次循环，进行累积计数，当循环次数达到预设次数后，停止吹扫。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113013444A (zh) * 2021-02-09 2021-06-22 广西玉柴机器股份有限公司 一种燃料电池系统集成氢气吹扫装置和尾排稀释功能的空气子系统及其控制方法
DE102021201449A1 (de) 2021-02-16 2022-08-18 Psa Automobiles Sa Sensoranordnung für ein Wasserstoffspeichersystem
CN113270619A (zh) * 2021-04-15 2021-08-17 黄冈格罗夫氢能汽车有限公司 一种用于降低燃料电池系统尾排氢气浓度的系统
CN113328123B (zh) * 2021-05-20 2022-08-30 东风汽车集团股份有限公司 一种燃料电池电堆外壳吹扫装置及控制方法
CN113889649B (zh) * 2021-09-24 2023-07-28 北京亿华通科技股份有限公司 一种燃料电池系统尾气合成氨的装置
CN113707918B (zh) * 2021-10-27 2022-02-08 北京新研创能科技有限公司 燃料电池模块及其腔室吹扫控制方法
CN114050295B (zh) * 2021-11-11 2022-04-29 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池发动机快速低温关机方法
CN114335609B (zh) * 2021-12-30 2023-05-23 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统和车辆
CN114864996A (zh) * 2022-05-25 2022-08-05 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池空气供给系统及控制方法
CN114784337B (zh) * 2022-06-17 2022-09-20 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 燃料电池发电机氢气路的测试系统、发电机及方法
CN115207409B (zh) * 2022-09-14 2022-11-25 佛山市清极能源科技有限公司 一种燃料电池系统的停机吹扫方法
CN115411312B (zh) * 2022-10-31 2023-03-24 北京英博新能源有限公司 一种燃料电池氢气再循环系统、控制方法及燃料电池系统
CN116666689B (zh) * 2023-08-01 2023-12-08 山东美燃氢动力有限公司 一种燃料电池系统低温冷启动控制方法及燃料电池系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110380086A (zh) * 2019-08-09 2019-10-25 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
CN110459786A (zh) * 2019-08-15 2019-11-15 佛山市清极能源科技有限公司 一种燃料电池发动机吹扫系统及其控制方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110137539A (zh) * 2018-02-09 2019-08-16 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统及其关机吹扫方法
CN110911712B (zh) * 2018-09-18 2021-11-02 上海恒劲动力科技有限公司 一种燃料电池系统及其停机和启动时吹扫和排水的方法
CN110224155A (zh) * 2019-05-27 2019-09-10 深圳国氢新能源科技有限公司 氢燃料电池系统
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
CN111490272B (zh) * 2020-03-31 2021-07-02 清华大学 燃料电池停机吹扫方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110380086A (zh) * 2019-08-09 2019-10-25 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
CN110459786A (zh) * 2019-08-15 2019-11-15 佛山市清极能源科技有限公司 一种燃料电池发动机吹扫系统及其控制方法

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