CN112490472B - 一种燃料电池低温运行停机吹扫方式 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池低温运行停机吹扫系统及吹扫方式，系统包括燃料电池电堆、空压机、空气入口截止阀、空气出口截止阀、储氢瓶、氢气喷射器、排水阀、排气阀，所述燃料电池电堆的阳极吹扫入口与空压机相连接，所述阴极吹扫入口与空压机之间设置有空气入口截止阀，所述阴极吹扫出口与水汽排出管相连，所述阴极吹扫出口与水汽排出管之间设置有空气出口截止阀。本发明旨在解决现有的燃料电池系统低温环境下停机吹扫中系统过于复杂，以及因检测不准确导致吹扫不确定等问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池低温运行停机吹扫方式。
背景技术
燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的发电装置。其工作原理是通过电化学反应把物质中的化学能转化为电能，并且燃料电池进行化学反应所需的物质由外部提供，只要不断供应燃料和氧化剂，燃料电池就能源源不断地输出电能和热能。简而言之，燃料电池就是一种能量转换装置。
燃料电池系统运行时电堆通过电化学反应在阴极侧产生水，停机时，需要将电堆阴极测的水吹干，避免电堆下次启动有水淹情况，保证正常启动。而且燃料气体一般为易燃易爆的氢气，燃料电池停机后，电堆中残余的氢气，容易造成着火或爆炸等安全事故，而在低温环境下，系统内部流道、气体扩散层或管路中的水凝结后产生冰，其膨胀作用导致燃料电池系统部件或燃料电池电堆产生机械损伤，因此，一般停机后需要对电堆进行吹扫。
现有技术中，有采用内阻检测吹扫方案，如中国专利CN111029623A公开了一种燃料电池吹扫装置及其控制方法，该方案中燃料电池和所述燃料电池吹扫装置设置在车辆上，主要包括控制单元、检测单元和吹扫单元，通过在控制单元设定内阻阈值，当车辆进入第一状态时，吹扫单元吹扫燃料电池，检测单元用于检测燃料电池的欧姆内阻，当燃料电池的欧姆内阻不小于设定的内阻阈值时，吹扫单元停止吹扫所述燃料电池。
还有采用了加热脱氧吹扫方案，如中国专利CN110854415A公开了公开一种燃料电池吹扫装置及其吹扫方法，该方案包括反应炉、三通阀、阳极吹扫阀和阴极吹扫阀；其中，反应炉能对空气进行脱氧处理；阴极吹扫阀的入口与反应炉的出口连通，阴极吹扫阀的出口与燃料电池的阴极及阳极吹扫阀的入口连通，阳极吹扫阀的出口与燃料电池的阳极连通；三通阀的两个出口分别与反应炉的入口及燃料电池的阴极入口连接。采用电加热反应炉，加热特定的脱氧剂，能对燃料电池的阳极和阴极分别进行吹扫。
对于上述的内阻检测吹扫方案，在燃料电池系统中增加了内阻检测单元，增加了燃料电池系统的复杂度。燃料电池内阻检测技术不成熟，检测精度存在一定的误差，所以整体的吹扫效果也存在很大的不确定性。而加热脱氧吹扫方案，增加了反应炉装置，从而在系统组成和控制方面都增加了燃料电池系统的复杂度。另外，由于存在空气加热装置和过程，燃料电池系统在安全方面也存在一定的隐患。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种燃料电池低温运行停机吹扫方式，旨在解决现有的燃料电池系统低温环境下停机吹扫中系统过于复杂，以及因检测不准确导致吹扫不确定等问题。
本发明采取以下技术方案实现上述目的：
一种燃料电池低温运行停机吹扫系统，包括燃料电池电堆、空压机、空气入口截止阀、空气出口截止阀、储氢瓶、氢气喷射器、排水阀、排气阀，
所述燃料电池电堆的阴极吹扫入口与空压机相连接，所述阴极吹扫入口与空压机之间设置有空气入口截止阀，所述阴极吹扫出口与水汽排出管相连接，所述阴极吹扫出口与水汽排出管之间设置有空气出口截止阀，
所述燃料电池电堆的阳极吹扫入口与储氢瓶相连接，所述阳极吹扫入口与储氢瓶之间设置有氢气喷射器，所述阳极吹扫出口连接有第一分支管、第二分支管、第三分支管，所述第一分支管、第二分支管分别与水汽排出管相连，所述第一分支管上设置有排水阀，所述第二分支管上设置有排气阀，所述第三分支管与氢气喷射器相连接。
一种燃料电池低温运行停机吹扫方式，所述低温运行停机吹扫方式包括如下步骤：检测环境温度是否小于零度，然后检测燃料电池工作状态是否为停机状态，如果都为是，则发出吹扫指令开始阳极吹扫和阴极压力脉冲吹扫同步进行；然后，系统监测燃料电池单体电压值，当单体电压值低于预设值是，停止吹扫。
进一步的，所述阳极吹扫，包括如下步骤：预先设置排水阀的启闭时间和启闭次数，然后预先设置排气阀的启闭时间和启闭次数，预先设置单体电压值；开始吹扫；然后监测燃料电池单体电压，当单体电压低于预设值时，停止阳极吹扫。
进一步的，所述阴极压力脉冲吹扫，包括如下步骤：预先设置阴极吹扫压力上升和下降数值，以及设置吹扫压力上升和下降的持续时间，预先设置阴极吹扫压力上升和下降次数；开始吹扫；然后监测燃料电池单体电压，当单体电压低于预设值时，停止阴极吹扫。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的一种燃料电池低温运行停机吹扫方式，在能实现低温停机吹扫的情况下整个吹扫系统结构简单，运行安全；
2.本发明提供的一种燃料电池低温运行停机吹扫方式，实现吹扫的控制简单有效，易于实现，适合行业推广应用。
附图说明
图1为：本发明所述一种燃料电池低温运行停机吹扫系统的示意图。
图中：1-燃料电池电堆；2-空压机；3-空气入口截止阀；4-空气出口截止阀；5-储氢瓶；6-氢气喷射器；7-排水阀；8-排气阀；9-水汽排出管。
具体实施方式
下面结合附图1具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，为本发明的一个实施方式，提供一种燃料电池低温运行停机吹扫系统，包括燃料电池电堆1、空压机2、空气入口截止阀3、空气出口截止阀4、储氢瓶5、氢气喷射器6、排水阀7、排气阀8，
所述燃料电池电堆1的阴极吹扫入口与空压机2相连接，所述阴极吹扫入口与空压机2之间设置有空气入口截止阀3，所述阴极吹扫出口与水汽排出管9相连接，所述阴极吹扫出口与水汽排出管9之间设置有空气出口截止阀4，
所述燃料电池电堆1的阳极吹扫入口与储氢瓶5相连接，所述阳极吹扫入口与储氢瓶5之间设置有氢气喷射器6，所述阳极吹扫出口连接有第一分支管、第二分支管、第三分支管，所述第一分支管、第二分支管分别与水汽排出管9相连，所述第一分支管上设置有排水阀7，所述第二分支管上设置有排气阀8，所述第三分支管与氢气喷射器6相连接。
一种燃料电池低温运行停机吹扫方式，所述低温运行停机吹扫方式包括如下步骤：检测环境温度是否小于零度，然后检测燃料电池电堆1工作状态是否为停机状态，如果都为是，则发出吹扫指令开始阳极吹扫和阴极压力脉冲吹扫同步进行；然后系统监测燃料电池电堆单体电压值，当单体电压值低于预设值是，停止吹扫。
在另一个实施例中，在上述实施方式的基础上，所述阳极吹扫，包括如下步骤：预先设置排水阀7的启闭时间和启闭次数，然后预先设置排气阀8的启闭时间和启闭次数，预先设置单体电压值；开始吹扫；然后监测燃料电池电堆单体电压，当单体电压低于预设值时，停止阳极吹扫。
其他的实施例中，在上述实施方式的基础上，所述阴极压力脉冲吹扫，其通过对空压机2进行转速调节，改变阴极气体压力，从而形成压力脉冲来进行吹扫，包括如下步骤：预先设置吹扫压力上升和下降数值，以及设置吹扫压力上升和下降的持续时间，预先设置阴极吹扫压力上升和下降次数；开始吹扫，同时调整空气入口截止阀3的开口度来控制吹扫的压力；然后监测燃料电池电堆的单体电压，当单体电压低于预设值时，停止阴极压力脉冲吹扫。
本发明提供的一种燃料电池低温运行停机吹扫系统及吹扫方式，通过检测燃料电池单体电压判断吹扫是否完成，以及采用阴极压力脉冲吹扫方案进行吹扫，其系统整体结构精简不复杂，吹扫方法控制简单明了易于实现，适合在行业中推广应用。
Claims (4)
1.一种燃料电池低温运行停机吹扫系统，其特征在于，包括燃料电池电堆、空压机、空气入口截止阀、空气出口截止阀、储氢瓶、氢气喷射器、排水阀、排气阀，
所述燃料电池电堆的阴极吹扫入口与空压机相连接，所述阴极吹扫入口与空压机之间设置有空气入口截止阀，阴极吹扫出口与水汽排出管相连接，所述阴极吹扫出口与水汽排出管之间设置有空气出口截止阀，
所述燃料电池电堆的阳极吹扫入口与储氢瓶相连接，所述阳极吹扫入口与储氢瓶之间设置有氢气喷射器，所述阳极吹扫出口分别连接有第一分支管、第二分支管、第三分支管，所述第一分支管、第二分支管分别与水汽排出管相连，所述第一分支管上设置有排水阀，所述第二分支管上设置有排气阀，所述第三分支管与氢气喷射器相连接。
2.一种燃料电池低温运行停机吹扫方式，其特征在于，所述低温运行停机吹扫方式包括如下步骤：检测环境温度是否小于零度，然后检测燃料电池工作状态是否为停机状态，如果都为是，则发出吹扫指令开始阳极吹扫和阴极压力脉冲吹扫同步进行；然后系统监测燃料电池单体电压值，当单体电压值低于预设值是，停止吹扫。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池低温运行停机吹扫方式，其特征在于，所述阳极吹扫，包括如下步骤：预先设置排水阀的启闭时间和启闭次数，然后预先设置排气阀的启闭时间和启闭次数，预先设置单体电压值；开始吹扫；然后监测燃料电池单体电压，当单体电压低于预设值时，停止阳极吹扫。
4.根据权利要求2所述的一种燃料电池低温运行停机吹扫方式，其特征在于，所述阴极压力脉冲吹扫，包括如下步骤：预先设置阴极吹扫压力上升和下降数值，以及设置吹扫压力上升和下降的持续时间，预先设置阴极吹扫压力上升和下降次数；开始吹扫；然后监测燃料电池单体电压，当单体电压低于预设值时，停止阴极吹扫。
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Application publication date: 20210312 Assignee: Beijing Yuchai Xingshunda New Energy Technology Co.,Ltd. Assignor: Guangxi Yuchai Machinery Co.,Ltd. Contract record no.: X2024980002842 Denomination of invention: A low-temperature operation shutdown and blowing method for fuel cells Granted publication date: 20230523 License type: Common License Record date: 20240315 |