CN113013444A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN113013444A
CN113013444A CN202110180640.5A CN202110180640A CN113013444A CN 113013444 A CN113013444 A CN 113013444A CN 202110180640 A CN202110180640 A CN 202110180640A CN 113013444 A CN113013444 A CN 113013444A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
air
way valve
cell stack
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110180640.5A
Other languages
English (en)
Inventor
叶遥立
何华东
黄延楷
刘兵
郑高照
王兵杰
毛正松
张松
林志强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Original Assignee
Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd filed Critical Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
Priority to CN202110180640.5A priority Critical patent/CN113013444A/zh
Publication of CN113013444A publication Critical patent/CN113013444A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104—Regulation of differential pressures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04447—Concentration; Density of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了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，包括空气过滤器、空压机、中冷器、空气三通阀、燃料电池堆壳体、燃料电池堆、背压阀、燃料电池堆壳体排气管路、燃料电池堆阳极腔排气管路、燃料电池系统尾排和氢气浓度传感器。本发明提出的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，通过集成一个空气三通阀，同时实现了壳体通风功能和尾排氢气稀释功能，简化了空气子系统架构，减少了成本。

Description

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
技术领域
本发明涉及车用燃料电池系统中空气子系统技术领域，尤其涉及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。
背景技术
燃料电池系统发动机是一种用于新能源汽车用的动力系统。燃料电池系统发动机包括核心零部件(燃料电池电堆)、电辅件(空压机、增湿器、传感器、阀类零件、DCDC等)、热管理系统零部件(阳极热交换器、中冷器、节温器等)、连接的管路接头、机械结构等。
燃料电池系统的核心零部件，燃料电池电堆，是利用燃料氢气和氧化剂空气的电化学反应产生电能的电化学装置。因为电堆产生高压电能，所以通常需设计电堆的壳体对电堆进行密封处理，实现IP67或以上的防护等级。但是在电堆运行的过程中，如果电堆出现故障或者电堆密封性不好或者壳体内管路、接头密封不严时，可能会出现氢气泄露的情况。因电堆处于相对封闭的壳体内，通常需要增加通风，以便在氢气浓度上升到爆炸极限4％VOL前，通风控制壳体内氢气浓度。
另外，在燃料电池系统启动过程中，通常会先用氢气吹扫燃料电池电堆阳极腔，达到置换其中气体的目的，以保证阳极腔内部气体为纯氢气。在置换过程中，因氢气还未进行电化学反应，电堆置换后的排气为高浓度氢气。该高浓度氢气会通过尾排直接排出燃料电池系统。高浓度氢气的直接排出存在潜在风险，所以通常需要同时利用大量的空气对高浓度氢气进行稀释处理，降低氢气浓度。
现有常见的燃料电池系统空气子系统架构，其空气子系统通过空压机、中冷器、增湿器(根据电堆需求决定是否需要增加)调节进入电堆的空气的流量、湿度、温度，以实现电堆工况的调节。经过电堆出口的高湿度空气重新通入增湿器内，为增湿器的干空气进行加湿。通过背压阀调节进入电堆空气的压力。电堆氢气尾排、电堆壳体通风与电堆空气尾排混合后，作为燃料电池系统的尾排排出。
现有专利，专利申请号为CN201911039874.7，专利名称为“一种燃料电池系统的启动准备方法”，其公开的燃料电池系统空气子系统架构，如其供气组件所示，在空气压机的管路中分出两条支路，通过节流阀、管路通入电堆组件实现通风的功能；通过旁通组件实现将部分空气旁通后，直接与尾排氢气进行混合，达到稀释氢气浓度的效果。上述方案的缺点为设计较为复杂，且成本较高。该方案为了在空压机之后增加两个支路，需要在两个支路上分别增加一个电磁阀。该设计的鲁棒性较低，三个电磁阀需要通过控制器进行协调控制，控制不当会对燃料电池堆的发电状态和寿命造成严重的影响。
现有专利，专利申请号为CN201811169413.7，专利名称为“改进通风的燃料电池系统”，其公开的燃料电池系统空气子系统架构中，燃料电池电堆壳体的通风功能通过大气与空压机前管路中空气压力的压差形成的空气流实现。因为燃料电池系统的进气需要通过空气过滤，所以该方案在壳体进气的位置增加了两个通风过滤器。该方案的空气子系统架构中无通风功能。上述方案缺点为成本较高，且无尾排氢气稀释功能，并存在一定的风险。该方案为了混合空气进气与壳体通风的出气，需要在壳体上增加两个空气过滤器，此设计会增加壳体通风的成本；该方案只涉及了壳体通风，但是没有涉及尾排氢气的稀释，无法在燃料电池系统启动过程中实现稀释；另外，壳体通风的排气中可能含有一定浓度的氢气，与空压机后的气体混合后通入燃料电池的阴极室可能存在一定的风险。
现有专利，专利申请号为CN201580003058.4，专利名称为“包括设置在壳体中的燃料电池堆以及用于使壳体通风的措施的燃料电池系统”，其公开的燃料电池系统空气子系统架构，利用拉伐尔喷嘴吸入式喷射泵效应将待从壳体中排出的气体吸出，形成壳体通风，实现壳体通风的功能。另外，通过在燃料电池系统启动的过程中，可以通过冷却器进气流与冷却器进气流的气体进行混合，实现稀释高浓度氢气的功能。上述方案的缺点为对于燃料电池堆运行影响较大，尾排整体结构较为复杂。该方案中拉伐尔喷嘴设计在燃料电池电堆出口处，会直接影响燃料电池堆压力控制；尾排混合除燃料电池系统内阳极腔出口氢气以及阴极腔出口空气需要混合之外，还需要与整车冷却器的气流相混合，设计上相对比较复杂，不利于整车布置。
发明内容
针对上述问题，本发明提供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，在空气子系统中集成壳体通风和启动过程尾排氢气稀释功能，简化壳体通风和尾排稀释的架构和设计，降低方案成本。
本发明采取以下技术方案实现上述目的：
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，包括空气过滤器、空压机、中冷器、空气三通阀、燃料电池堆壳体、燃料电池堆、背压阀、燃料电池堆壳体排气管路、燃料电池堆阳极腔排气管路、燃料电池系统尾排和氢气浓度传感器；空气过滤器、空压机和中冷器依次相连接，中冷器的出口连接空气三通阀的第一接头，空气三通阀的第二接头连接燃料电池堆壳体，空气三通阀的第三接头连接燃料电池堆的阴极腔入口，燃料电池堆的阴极腔出口依次连接背压阀和燃料电池系统尾排，燃料电池堆壳体排气管路的相对两端分别连接燃料电池堆壳体和燃料电池系统尾排，燃料电池堆阳极腔排气管路的相对两端分别连接燃料电池堆的阳极腔出口和燃料电池系统尾排，氢气浓度传感器设在燃料电池堆壳体内。
优选地，空气三通阀包含空气三通阀阀体及设于空气三通阀阀体上的空气三通阀控制电机、空气三通阀壳体通风出口、空气三通阀电堆阴极出口和空气三通阀转接接口，空气三通阀壳体通风出口连接燃料电池堆壳体，空气三通阀电堆阴极出口连接燃料电池堆的阴极腔入口，空气三通阀转接接口连接中冷器的出口。
优选地，空气三通阀与燃料电池堆壳体通过螺栓进行固定。
优选地，空气三通阀壳体通风出口和空气三通阀电堆阴极出口与燃料电池堆壳体之间分别设有密封圈。
优选地，空气三通阀阀体与空气三通阀壳体通风出口之间设有密封垫片。
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的控制方法，包括以下步骤：
步骤1，启动燃料电池系统，在燃料电池系统的启动过程中，电气零件通过自检之后，启动空压机，并调整空气三通阀的开度，使得空气通过空气三通阀的第二接头进入燃料电池堆壳体，使燃料电池堆壳体保持通风状态，燃料电池堆壳体依次通过燃料电池堆壳体排气管路和燃料电池系统尾排进行通风排气；
步骤2，打开氢气气源，执行氢气吹扫，高浓度氢气通过燃料电池堆阳极腔排气管路进入燃料电池系统尾排，与燃料电池堆壳体排气管路中的通风排气混合稀释，降低排气氢气浓度；
步骤3，完成氢气吹扫之后，调整空气三通阀的开度，使得空气通过空气三通阀的第三接头进入燃料电池堆的阴极腔入口，开始电化学反应；
步骤4，若出现燃料电池堆壳体中通过氢气浓度传感器检测出氢气浓度过高的情况，通过故障情况判断是否可以通过燃料电池堆壳体排气管路通风排气恢复故障，若可以，则不需要停机，若不可以，则需要停机；
步骤5，若不需要停机，则进行降功率处理，并将部分空气通过空气三通阀的第二接头，通风降低燃料电池堆壳体中的氢气浓度；
步骤6，燃料电池堆壳体排气管路中的通风排气的少量氢气以及燃料电池堆阳极腔排气管路中的少量氢气，与背压阀出口的空气混合稀释，进一步降低燃料电池系统尾排中的排气氢气浓度；
步骤7，故障处理后，经过故障复原的判断是否返回正常运行状态，若故障复原则返回运行状态，若故障没复原则停机处理。
优选地，步骤1中，通过空气三通阀控制电机控制调整空气三通阀的开度。
本发明的有益效果是：
本发明的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，通过集成一个空气三通阀，同时实现了壳体通风功能和尾排氢气稀释功能，通过壳体通风和尾排氢气稀释功能保证了启动过程和运行过程中燃料电池堆运行环境的安全，简化了空气子系统架构，同时减少了空气三通阀与电堆壳体布置空间，减少了成本。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的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的结构示意图；
图2为本发明实施方式提供的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中的空气三通阀的结构示意图；
图3为本发明实施方式提供的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的控制策略图。
图中，1-空气过滤器，2-空压机，3-中冷器，4-空气三通阀，5-燃料电池堆壳体，6-燃料电池堆，7-背压阀，8-燃料电池堆壳体排气管路，9-燃料电池堆阳极腔排气管路，10-燃料电池系统尾排，11-氢气浓度传感器，401-空气三通阀控制电机，402-空气三通阀阀体，403-空气三通阀壳体通风出口，404-空气三通阀电堆阴极出口，405-空气三通阀转接接口。
具体实施方式
下面结合附图1～3和具体实施方式对本发明进行详细说明。
请参见图1，本实施方式提供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，包括空气过滤器1、空压机2、中冷器3、空气三通阀4、燃料电池堆壳体5、燃料电池堆6、背压阀7、燃料电池堆壳体排气管路8、燃料电池堆阳极腔排气管路9、燃料电池系统尾排10和氢气浓度传感器11。空气过滤器1、空压机2和中冷器3依次相连接，中冷器3的出口连接空气三通阀4的第一接头，空气三通阀4的第二接头连接燃料电池堆壳体5，空气三通阀4的第三接头连接燃料电池堆6的阴极腔入口，燃料电池堆6的阴极腔出口依次连接背压阀7和燃料电池系统尾排10，燃料电池堆壳体排气管路8的相对两端分别连接燃料电池堆壳体5和燃料电池系统尾排10，燃料电池堆阳极腔排气管路9的相对两端分别连接燃料电池堆6的阳极腔出口和燃料电池系统尾排10，氢气浓度传感器11设在燃料电池堆壳体5内。
本发明的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在使用时，空气经过空气过滤器1净化后，经空压机2加压和中冷器3冷却后流经空气三通阀4进行分流。其中，空气三通阀4的第二接头处流出的空气流入燃料电池堆壳体5，进行燃料电池堆壳体5通风，燃料电池堆壳体排气管路8为通风排气的出口。空气三通阀4第三接头流出的空气流入燃料电池堆6的阴极腔入口作为阴极反应气体。调节空气三通阀4的开度可以调节第二接头和第三接头之间的空气流量比例，以控制通风流量和反应气体流量。燃料电池堆6的阴极腔出口空气流入背压阀7，通过背压阀7的阀体开度调节，调整整个空气回路的压力。燃料电池堆壳体排气管路8中的通风排气与背压阀7出口的空气以及燃料电池堆阳极腔排气管路9中的排气混合汇入燃料电池系统尾排10实现尾排气体氢气浓度稀释。
在本实施方式中，请参见图2，空气三通阀4与燃料电池堆壳体5通过螺栓进行固定。空气三通阀4包含空气三通阀阀体402及设于空气三通阀阀体402上的空气三通阀控制电机401、空气三通阀壳体通风出口403、空气三通阀电堆阴极出口404和空气三通阀转接接口405，空气三通阀壳体通风出口403连接燃料电池堆壳体5，空气三通阀电堆阴极出口404连接燃料电池堆6的阴极腔入口，空气三通阀转接接口405连接中冷器3的出口。通过控制空气三通阀控制电机401可以实现调节空气三通阀阀体402与空气三通阀壳体通风出口403之间的空气流量的比例。
在本实施方式中，燃料电池堆壳体5上设有分别与空气三通阀壳体通风出口403、空气三通阀电堆阴极出口404相配合的孔位。空气三通阀壳体通风出口403和空气三通阀电堆阴极出口404与燃料电池堆壳体5的孔位之间分别设有密封圈，以分别保证空气三通阀壳体通风出口403和燃料电池堆壳体5之间、空气三通阀电堆阴极出口404与燃料电池堆壳体5之间的密封性。空气三通阀阀体402与空气三通阀壳体通风出口403之间设有密封垫片，保证密封和燃料电池堆壳体5通风和电堆阴极出口孔位补偿位置公差。
请同时参见1～3，一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的控制方法，包括以下步骤：
步骤1，启动燃料电池系统，在燃料电池系统的启动过程中，电气零件通过自检之后，启动空压机2，并调整空气三通阀4的开度，使得空气通过空气三通阀4的第二接头进入燃料电池堆壳体5，使燃料电池堆壳体5保持通风状态，燃料电池堆壳体5依次通过燃料电池堆壳体排气管路8和燃料电池系统尾排10进行通风排气；
步骤2，打开氢气气源，执行氢气吹扫，高浓度氢气通过燃料电池堆阳极腔排气管路9进入燃料电池系统尾排10，与燃料电池堆壳体排气管路8中的通风排气混合稀释，降低排气氢气浓度；
步骤3，完成氢气吹扫之后，调整空气三通阀4的开度，使得空气通过空气三通阀4的第三接头进入燃料电池堆6的阴极腔入口，开始电化学反应；
步骤4，若出现燃料电池堆壳体5中通过氢气浓度传感器11检测出氢气浓度过高的情况，通过故障情况判断是否可以通过燃料电池堆壳体排气管路8通风排气恢复故障，若可以，则不需要停机，若不可以，则需要停机；
步骤5，若不需要停机，则进行降功率处理，调整空压机2转速、氢气供应流量、压力等，调整背压阀7的开度，并调整空气三通阀4的开度，将部分空气通过空气三通阀4的第二接头，通风降低燃料电池堆壳体5中的氢气浓度；
步骤6，燃料电池堆壳体排气管路8中的通风排气的少量氢气以及燃料电池堆阳极腔排气管路9中的少量氢气，与背压阀7出口的空气混合稀释，进一步降低燃料电池系统尾排10中的排气氢气浓度；
步骤7，故障处理后，经过故障复原的判断是否返回正常运行状态，若故障复原则返回运行状态，若故障没复原则停机处理。
在本实施方式中，步骤1中，通过空气三通阀控制电机401控制调整空气三通阀4的开度。
虽然，上文中已经用具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一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，其特征在于，包括空气过滤器(1)、空压机(2)、中冷器(3)、空气三通阀(4)、燃料电池堆壳体(5)、燃料电池堆(6)、背压阀(7)、燃料电池堆壳体排气管路(8)、燃料电池堆阳极腔排气管路(9)、燃料电池系统尾排(10)和氢气浓度传感器(11)；空气过滤器(1)、空压机(2)和中冷器(3)依次相连接，中冷器(3)的出口连接空气三通阀(4)的第一接头，空气三通阀(4)的第二接头连接燃料电池堆壳体(5)，空气三通阀(4)的第三接头连接燃料电池堆(6)的阴极腔入口，燃料电池堆(6)的阴极腔出口依次连接背压阀(7)和燃料电池系统尾排(10)，燃料电池堆壳体排气管路(8)的相对两端分别连接燃料电池堆壳体(5)和燃料电池系统尾排(10)，燃料电池堆阳极腔排气管路(9)的相对两端分别连接燃料电池堆(6)的阳极腔出口和燃料电池系统尾排(10)，氢气浓度传感器(11)设在燃料电池堆壳体(5)内。
2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，空气三通阀(4)包含空气三通阀阀体(402)及设于空气三通阀阀体(402)上的空气三通阀控制电机(401)、空气三通阀壳体通风出口(403)、空气三通阀电堆阴极出口(404)和空气三通阀转接接口(405)，空气三通阀壳体通风出口(403)连接燃料电池堆壳体(5)，空气三通阀电堆阴极出口(404)连接燃料电池堆(6)的阴极腔入口，空气三通阀转接接口(405)连接中冷器(3)的出口。
3.根据权利要求2所述的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，其特征在于，空气三通阀(4)与燃料电池堆壳体(5)通过螺栓进行固定。
4.根据权利要求2所述的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，其特征在于，空气三通阀壳体通风出口(403)和空气三通阀电堆阴极出口(404)与燃料电池堆壳体(5)之间分别设有密封圈。
5.根据权利要求2所述的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，其特征在于，空气三通阀阀体(402)与空气三通阀壳体通风出口(403)之间设有密封垫片。
6.根据权利要求1～5任一项所述的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的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，启动燃料电池系统，在燃料电池系统的启动过程中，电气零件通过自检之后，启动空压机(2)，并调整空气三通阀(4)的开度，使得空气通过空气三通阀(4)的第二接头进入燃料电池堆壳体(5)，使燃料电池堆壳体(5)保持通风状态，燃料电池堆壳体(5)依次通过燃料电池堆壳体排气管路(8)和燃料电池系统尾排(10)进行通风排气；
步骤2，打开氢气气源，执行氢气吹扫，高浓度氢气通过燃料电池堆阳极腔排气管路(9)进入燃料电池系统尾排(10)，与燃料电池堆壳体排气管路(8)中的通风排气混合稀释，降低排气氢气浓度；
步骤3，完成氢气吹扫之后，调整空气三通阀(4)的开度，使得空气通过空气三通阀(4)的第三接头进入燃料电池堆(6)的阴极腔入口，开始电化学反应；
步骤4，若出现燃料电池堆壳体(5)中通过氢气浓度传感器(11)检测出氢气浓度过高的情况，通过故障情况判断是否可以通过燃料电池堆壳体排气管路(8)通风排气恢复故障，若可以，则不需要停机，若不可以，则需要停机；
步骤5，若不需要停机，则进行降功率处理，并将部分空气通过空气三通阀(4)的第二接头，通风降低燃料电池堆壳体(5)中的氢气浓度；
步骤6，燃料电池堆壳体排气管路(8)中的通风排气的少量氢气以及燃料电池堆阳极腔排气管路(9)中的少量氢气，与背压阀(7)出口的空气混合稀释，进一步降低燃料电池系统尾排(10)中的排气氢气浓度；
步骤7，故障处理后，经过故障复原的判断是否返回正常运行状态，若故障复原则返回运行状态，若故障没复原则停机处理。
7.根据权利要求6所述的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的控制方法，其特征在于，步骤1中，通过空气三通阀控制电机(401)控制调整空气三通阀(4)的开度。
CN202110180640.5A 2021-02-09 2021-02-09 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 Pending CN113013444A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110180640.5A CN113013444A (zh) 2021-02-09 2021-02-09 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110180640.5A CN113013444A (zh) 2021-02-09 2021-02-09 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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113013444A true CN113013444A (zh) 2021-06-22

Family

ID=76384051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110180640.5A Pending CN113013444A (zh) 2021-02-09 2021-02-09 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113013444A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113578089A (zh) * 2021-06-29 2021-11-02 东风汽车集团股份有限公司 一种燃料电池汽车尾气混合系统及其控制方法
CN113707918A (zh) * 2021-10-27 2021-11-26 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
CN114824382A (zh) * 2022-04-29 2022-07-29 三一电动车科技有限公司 燃料电池系统的尾排氢气浓度控制方法及装置
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
CN115050993A (zh) * 2022-07-06 2022-09-13 潍柴动力股份有限公司 燃料电池的吹扫系统及燃料电池的吹扫系统的吹扫方法
CN115050999A (zh) * 2022-07-07 2022-09-13 玉柴芯蓝新能源动力科技有限公司 燃料电池系统及其低温停机过程
CN115051000A (zh) * 2022-07-07 2022-09-13 玉柴芯蓝新能源动力科技有限公司 燃料电池系统及其起动前氢氧界面状态的判断方法
WO2023010844A1 (zh) * 2021-08-06 2023-02-09 中山大洋电机股份有限公司 一种燃料电池冷却通风系统
EP4142000A1 (en) * 2021-08-24 2023-03-01 Hydrogenics Corporation Systems and methods for ventilating a fuel cell enclosure

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103456973A (zh) * 2013-09-05 2013-12-18 上海新源动力有限公司 一种强化氢气安全排放的燃料电池空气供应系统
CN103474685A (zh) * 2013-09-05 2013-12-25 上海新源动力有限公司 一种用于燃料电池的氢气安全排放方法
CN205543069U (zh) * 2016-03-29 2016-08-31 上海重塑能源科技有限公司 用于燃料电池系统的氢气稀释设备
CN111129543A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 潍柴动力股份有限公司 空气供应系统及具有其的燃料电池发动机
CN111403777A (zh) * 2020-04-01 2020-07-10 广西玉柴机器股份有限公司 电堆壳体的通风换气系统
CN111403772A (zh) * 2020-03-06 2020-07-10 电子科技大学 一种燃料电池冷启动装置及其控制方法
CN112186223A (zh) * 2020-09-27 2021-01-05 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种汽车燃料电池系统及其空气湿度控制方法
CN112234228A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 北京理工大学重庆创新中心 一种车载燃料电池氢气管道吹扫系统及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103456973A (zh) * 2013-09-05 2013-12-18 上海新源动力有限公司 一种强化氢气安全排放的燃料电池空气供应系统
CN103474685A (zh) * 2013-09-05 2013-12-25 上海新源动力有限公司 一种用于燃料电池的氢气安全排放方法
CN205543069U (zh) * 2016-03-29 2016-08-31 上海重塑能源科技有限公司 用于燃料电池系统的氢气稀释设备
CN111129543A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 潍柴动力股份有限公司 空气供应系统及具有其的燃料电池发动机
CN111403772A (zh) * 2020-03-06 2020-07-10 电子科技大学 一种燃料电池冷启动装置及其控制方法
CN111403777A (zh) * 2020-04-01 2020-07-10 广西玉柴机器股份有限公司 电堆壳体的通风换气系统
CN112186223A (zh) * 2020-09-27 2021-01-05 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种汽车燃料电池系统及其空气湿度控制方法
CN112234228A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 北京理工大学重庆创新中心 一种车载燃料电池氢气管道吹扫系统及方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113578089A (zh) * 2021-06-29 2021-11-02 东风汽车集团股份有限公司 一种燃料电池汽车尾气混合系统及其控制方法
WO2023010844A1 (zh) * 2021-08-06 2023-02-09 中山大洋电机股份有限公司 一种燃料电池冷却通风系统
EP4142000A1 (en) * 2021-08-24 2023-03-01 Hydrogenics Corporation Systems and methods for ventilating a fuel cell enclosure
CN113707918A (zh) * 2021-10-27 2021-11-26 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
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
CN114824382A (zh) * 2022-04-29 2022-07-29 三一电动车科技有限公司 燃料电池系统的尾排氢气浓度控制方法及装置
CN114824382B (zh) * 2022-04-29 2023-11-24 三一电动车科技有限公司 燃料电池系统的尾排氢气浓度控制方法及装置
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
CN115050993A (zh) * 2022-07-06 2022-09-13 潍柴动力股份有限公司 燃料电池的吹扫系统及燃料电池的吹扫系统的吹扫方法
CN115050993B (zh) * 2022-07-06 2024-01-12 潍柴动力股份有限公司 燃料电池的吹扫系统及燃料电池的吹扫系统的吹扫方法
CN115050999A (zh) * 2022-07-07 2022-09-13 玉柴芯蓝新能源动力科技有限公司 燃料电池系统及其低温停机过程
CN115051000A (zh) * 2022-07-07 2022-09-13 玉柴芯蓝新能源动力科技有限公司 燃料电池系统及其起动前氢氧界面状态的判断方法
CN115050999B (zh) * 2022-07-07 2024-02-27 玉柴芯蓝新能源动力科技有限公司 燃料电池系统及其低温停机过程
CN115051000B (zh) * 2022-07-07 2024-02-27 玉柴芯蓝新能源动力科技有限公司 燃料电池系统及其起动前氢氧界面状态的判断方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113013444A (zh) 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
CN107078325B (zh) 燃料电池系统以及用于关停燃料电池堆栈的方法
KR102563432B1 (ko) 연료전지용 가습기
CN110854416B (zh) 一种燃料电池系统的启动准备方法
CN100483819C (zh) 一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统
US10680260B2 (en) Arrangement for a cathode recirculation in a fuel cell and method for cathode recirculation
CN111354958B (zh) 一种燃料电池的阳极保护系统及控制方法
CN110459783A (zh) 一种燃料电池发动机空气控制系统
CA3152824A1 (en) Fuel cell power module and air handling system to enable robust exhaust energy extraction for high altitude operations
CN111224130A (zh) 一种燃料电池及其空气供给系统
CN216288546U (zh) 一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器
CN209087991U (zh) 一种燃料电池及其空气供给系统
CN217955922U (zh) 一种使用氮气吹扫的燃料电池以及车辆
US20220102741A1 (en) Fuel cell system
CN112751058B (zh) 一种性能恢复装置及其控制方法
CN213304184U (zh) 一种质子交换膜燃料电池吹扫系统
CN213988946U (zh) 一种利用燃料电池尾排和进气压力实现电堆壳体通风的装置
CN210897483U (zh) 一种燃料电池发动机空气控制系统
CN113707911A (zh) 一种燃料电池的供气系统及供气方法
CN111883801A (zh) 一种燃料电池空气系统
CN114759229B (zh) 燃料电池控制系统
CN214226963U (zh) 燃料电池通风控制系统及车辆
CN117239179B (zh) 燃料电池系统限制高电位的启动方法及高电压放电系统
CN213816208U (zh) 集成式燃料电池空气供给系统及燃料电池系统
CN211829044U (zh) 负压通风系统及燃料电池箱体负压通风系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210622

RJ01 Rejection of invention patent application after publication