CN113707918B - 燃料电池模块及其腔室吹扫控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源技术领域，提供了一种燃料电池模块及其腔室吹扫控制方法，该燃料电池模块的腔室吹扫控制方法包括：实时监测密封腔室内的氢气浓度值和湿度值、以及吹扫气体的湿度值；其中，密封腔室为燃料电池模块的壳体与置于壳体内的电堆之间的区域，壳体上设置有与密封腔室连通的进气通道和排气通道；若氢气浓度值大于预设阈值，则将进气通道和排气通道开启；若氢气浓度值小于或等于预设阈值，则根据密封腔室内的湿度值和吹扫气体的湿度值，设置进气通道和排气通道的开闭状态。本发明通过上述腔室吹扫控制方法，可以精确地控制密封腔室的吹扫时机，从而降低吹扫气体的功耗，并保证燃料电池模块的绝缘性能。

Description

燃料电池模块及其腔室吹扫控制方法

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种燃料电池模块及其腔室吹扫控制方法。

背景技术

燃料电池模块中的电堆因材料、结构、工艺等限制因素，可能会存在一定的燃料（一般为氢气）渗漏。因此，相关标准中要求带封装的燃料电池模块具有进风口和出风口，使用惰性气体或空气对模块的密封腔室进行吹扫，以排除模块腔室中可能累积的氢气。

由于不同厂家电堆制作水平和工艺的不同，加之电堆随着使用时间的延长氢气的泄漏量有增加的趋势，模块内部氢气的聚集速度或浓度变化会随着电堆的不同或同一电堆运行时间的不同而有很大的不同，使得定流量或定压力吹扫密封腔室的策略难以满足要求，为此，人们不得不采用尽量大的流量来进行吹扫，导致提供吹扫气体的装置如空压机的功耗无谓增加，而空压机的功耗在燃料电池的辅助功耗中又占比较高，降低了燃料电池的发电效率。

此外，对于车用燃料电池模块，为安全起见，其电输出正极及负极分别与模块壳体上任何一点（包括反应气进出管接头、冷却液进出管接头）的绝缘电阻一般要求达到500Ω/V；如果该模块的绝缘电阻在燃料电池运行过程中出现低于该值的情况，那么燃料电池系统将自动停机。电堆中湿度较高的反应气体（如氢气和空气）的轻微泄露，或冷却液（如水或水溶液）的微渗，都会逐渐增加模块壳体中气体（一般以空气为主）的湿度，高湿度气体或液滴会影响绝缘性能，使得燃料电池模块的绝缘电阻大幅降低，导致燃料电池系统突然停机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池模块及其腔室吹扫控制方法，以解决现有燃料电池模块吹扫功耗高、绝缘电阻下降的技术问题。

第一个方面，本发明实施例提供了一种燃料电池模块的腔室吹扫控制方法，包括：

获取密封腔室内的氢气浓度值和湿度值、以及吹扫气体的湿度值；其中，所述密封腔室为所述燃料电池模块的壳体与置于所述壳体内的电堆之间的区域，所述壳体上设置有与所述密封腔室连通的进气通道和排气通道，所述进气通道用于与产生所述吹扫气体的外部气源连通；

若所述氢气浓度值大于预设阈值，则将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态；

若所述氢气浓度值小于或等于预设阈值，则判断所述密封腔室内的湿度值是否超标；

若所述密封腔室内的湿度值正常，则将所述进气通道和所述排气通道设置为关闭状态；

若所述密封腔室内的湿度值超标，则根据所述吹扫气体的湿度值，将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态或者关闭状态。可选地，若所述密封腔室内的湿度值超标，则根据所述密封腔室内的湿度值，将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态或者关闭状态，包括：

若所述密封腔室内的湿度值超标，则判断所述吹扫气体的湿度值是否超标；

若所述吹扫气体的湿度值正常，则将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态；

若所述吹扫气体的湿度值超标，则将所述进气通道和所述排气通道设置为关闭状态。

可选地，若所述吹扫气体的湿度值正常，则将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态之后，包括：

请求上位机增加吹扫气体的流量。

可选地，若所述吹扫气体的湿度值超标，则将所述进气通道和所述排气通道设置为关闭状态之后，包括：

对所述吹扫气体进行干燥处理；

若所述吹扫气体的湿度值恢复正常，则将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态。

第二个方面，本发明实施例还提供了一种燃料电池模块，包括：

电堆，用于产生电能；

壳体，所述壳体包围所述电堆，所述壳体与所述电堆之间的区域构造成一密封腔室，所述壳体上设置有与所述密封腔室连通的进气通道和排气通道，所述进气通道用于与外部气源相连通；

第一湿度检测部件和第二湿度检测部件，分别用于检测流入所述进气通道的吹扫气体的湿度值和所述密封腔室内的湿度值；

至少一个氢气检测部件，用于检测所述密封腔室内的氢气浓度值；

第一气体阀门和第二气体阀门，分别用于控制所述进气通道和所述排气通道的开闭；

控制单元，所述控制单元分别与所述第一湿度检测部件、第二湿度检测部件、所述氢气检测部件、所述第一气体阀门和所述第二气体阀门电连接， 用于执行如第一个方面所述的腔室吹扫控制方法。

可选地，所述燃料电池模块还包括至少一个控湿片，所述控湿片设置在所述密封腔室内，用于根据自身的控湿能力对所述密封腔室内的环境湿度进行调节。

可选地，所述控湿片的数量为多个，多个所述控湿片间隔设置在所述壳体的内侧表面上。

可选地，所述密封腔室内还设置有漏液检测部件和报警器，所述控制单元分别与所述漏液检测部件和所述报警器电连接，用于根据所述漏液检测部件检测的漏液数据大于预设漏液阈值时，启动所述报警器。

可选地，所述壳体包括相对设置的第一端面和第二端面；所述进气通道安装在所述第一端面，所述排气通道安装在所述第二端面，所述进气通道与所述排气通道呈在所述壳体上呈对角线分布。

可选地，所述第一湿度检测部件设置在所述壳体内靠近所述进气通道的位置，所述第二湿度检测部件设置在所述壳体内靠近所述排气通道的位置。

本发明实施例至少具有以下技术效果：

本发明实施例提供的燃料电池模块的腔室吹扫控制方法，通过获取密封腔室内泄露的氢气浓度值、吹扫气体的湿度值以及密封腔室内的湿度值，可实时监测密封腔室内的氢气状况、湿度状况以及吹扫气体的湿度状况，并且根据密封腔室内的氢气浓度状况和湿度状况以及吹扫气体的湿度状况综合设置进气通道和排气通道的开闭状态，更加精确地控制密封腔室的吹扫时机，从而降低空压机的功耗，提升燃料电池模块的发电效率；同时由于密封腔室内的湿度值处于被监控的状态，保证了电池模块的绝缘性能，有利于燃料电池模块的安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种燃料电池模块的内部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种燃料电池模块的吹扫控制系统的连接示意图；

图3为本发明实施例提供的图1中沿A-A的剖面示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种燃料电池模块的吹扫控制系统的连接示意图；

图5为本发明实施例提供的一种燃料电池模块内部的吹扫通道的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种燃料电池模块的腔室吹扫控制方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的另一种燃料电池模块的腔室吹扫控制方法的流程图；

图8为本发明实施例提供的又一种燃料电池模块的腔室吹扫控制方法的流程图；

图9为本发明实施例提供的再一种燃料电池模块的腔室吹扫控制方法的流程图；

图10为本发明实施例提供的一种燃料电池模块的腔室吹扫控制方法中步骤S510的具体流程图；

图11为本发明实施例提供的一种燃料电池模块的腔室吹扫控制方法具体应用的流程示意图。

图标：1-进气通道；110-入气端；120-吹扫入口侧管路；130-吹扫入口连接件；2-排气通道；210-出气端；220-吹扫出口侧管路；230-吹扫出口连接件；3-氢气检测部件；4-第一湿度检测部件；5-第二湿度检测部件；6-壳体；610-第一端面；620-第二端面；7-电堆；8-密封腔室；810-吹扫通道；9-第一气体阀门；10-第二气体阀门；11-控湿片；12-控制单元；13-漏液检测部件；14-报警器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式 “一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

对于燃料电池模块，吹扫气的主要作用是用于排除模块壳体内部可能会聚集的氢气，从而确保燃料电池的安全。但发明人发现，在保证用氢安全的同时，可能会对电堆的绝缘性能造成影响，因为来自空压机、通风机、尾气中的压缩空气，在供气湿度较高或除湿装置出现问题的时候，尤其是当压缩空气从工作温度较高的环境流动到工作温度较低的环境时，在燃料电池模块的腔室内冷凝或聚集，导致燃料电池模块内的电堆表面有水汽或者水滴形成，从而降低电池模块的绝缘性，影响运行安全。

此外，在现有的燃料电池模块设计中，未充分考虑电堆因某些状况所导致的泄漏或渗漏等因素，这些泄漏可能来自于电堆的密封瑕疵，外部力，如碰撞、振动等，也可能是因防尘防水设计等问题造成的密封失效所形成的液体渗漏等，受燃料电池模块工作温度影响，部分渗漏的液体会汽化，导致燃料电池模块腔室内的湿度增加，这些漏液或高湿的水汽都有可能导致电堆的绝缘故障（绝缘电阻下降）。

同时，现有用于吹扫燃料电池模块内部氢气的定流量或定压力连续吹扫策略很大程度上导致了空压机功耗的增加，而空压机的功耗在燃料电池的辅助功耗中又占比较高，非常不利于燃料电池效率的提高。

基于上述考虑，本发明实施例提供了一种燃料电池模块及其腔室吹扫控制方法，以解决现有技术存在的上述不足。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

结合图1和图2所示，本发明实施例提供了一种燃料电池模块，包括：电堆7、壳体6、至少两个湿度检测部件、至少一个氢气检测部件3、第一气体阀门9、第二气体阀门10以及控制单元12。

具体地，本实施例中的电堆7位于壳体6的内部，电堆7是由相互独立的氢气腔室、冷却液腔室和空气腔室组成的一个整体结构，每个腔室对外界环境都是密封的，即氢气、冷却液、空气密封在各自的腔室中，只能通过各自的入口和出口分别流入和流出电堆。电堆7包括间隔交错布置的双极板和膜电极，通过氢气和空气的电化学反应产生电能。

本实施例中电堆7的燃料为氢气（易燃烧、爆炸）和空气（氧气），对应的氢气检测部件3为氢气传感器。由于氢气的密度小，为了能够及时并准确地检测可能存在的氢气，需要将氢气传感器设置在密封腔室8的顶部位置，利用氢气传感器检测密封腔室8内的氢气浓度值。

为了提升燃料电池模块的结构稳定性、安全性和防尘防水等级，在电堆7的外部包围有壳体6，壳体6的内侧表面与电堆7的外侧表面之间的区域构造成一密封腔室8。其中，壳体6上设置有进气通道1和排气通道2，进气通道1用于与外部气源（例如：空压机的排气出口）相连通，即外部吹扫气体（例如：压缩空气）通过进气通道1进入到壳体6内的密封腔室8，而进入密封腔室8内的气体则通过排气通道2排出到外部的排气管道。

本实施例中至少两个湿度检测部件包括第一湿度检测部件4和第二湿度检测部件5，第一湿度检测部件4位于密封腔室8内部且靠近进气通道1的位置，用于检测位于进气通道1处通入的吹扫气体的湿度值。为了方便描述，可以将吹扫气体的湿度值称为第一湿度值。此外，第一湿度检测部件4还可以设置在进气通道1的内部或者进气通道1与外部气源相连接的管路中。

为了提高密封腔室8内的湿度值的检测精度，防止吹扫气体自身湿度的影响，本实施例中将第二湿度检测部件5设置在密封腔室8内部且靠近排气通道2的位置，第二湿度检测部件5用于检测密封腔室8内的湿度值，为了方便描述，可以将密封腔室8内的湿度值称为第二湿度值。其中，第一湿度检测部件4和第二湿度检测部件5可以都采用现有的湿度传感器。

需要说明的是，当湿度检测部件的数量大于两个时，多个湿度检测部件可以沿着进气通道1至排气通道2的吹扫路径间隔布置，更精确地检测密封腔室8内的湿度分布状况，本发明实施例中以两个湿度检测部件（第一湿度检测部件4和第二湿度检测部件5）为例进行示例性说明。

进一步地，为了优化吹扫气体的控制策略，在进气通道1靠近壳体6的一侧或者在进气通道1上设置第一气体阀门9，第一气体阀门9用于控制进气通道1的开闭。在排气通道2靠近壳体6的一侧或者在排气通道2上设置第二气体阀门10，第二气体阀门10用于控制排气通道2的开闭。

此外，第一气体阀门9还可以设置在进气通道1靠近外部气源的一侧，只要保证第一气体阀门9能够控制进气通道1的开闭即可。第二气体阀门10还可以设置在排气通道2靠近排气管道的一侧，只要保证第二气体阀门10能够控制排气通道2的开闭即可。

本实施例中的第一气体阀门9和第二气体阀门10均为常闭型阀门（即初始状态为关闭状态）。本实施例中的第一湿度检测部件4、第二湿度检测部件5、氢气检测部件3、第一气体阀门9和第二气体阀门10均与控制单元12电连接，控制单元12根据密封腔室8内的氢气浓度值、第一湿度值以及第二湿度值，设置第一气体阀门9和第二气体阀门10的开闭状态，以使得密封腔室8内的氢气浓度和湿度均维持在各自的预设范围内。

具体地，控制单元12可以先获取密封腔室8内的氢气浓度值、进气通道1处的第一湿度值（相当于吹扫气体的湿度值）以及排气通道2处的第二湿度值（相当于密封腔室8内的湿度值），若氢气浓度值大于预设阈值，则将进气通道1和排气通道2设置至开启状态，使得吹扫气体可以进入到密封腔室8。其中，预设阈值是根据密封腔室8内的安全性能指标进行设置的，预设阈值也可以称之为安全浓度，例如：当氢气浓度超过该安全浓度时，可以理解为密封腔室8内的氢气浓度达到了法规规定的安全阈值，但可能并不存在爆炸等安全风险。因此，当氢气浓度达到该安全浓度时，需要进行通气吹扫以排出密封腔室8内的氢气，提升燃料电池模块的安全性能，避免氢气进一步累积，造成安全风险。

本发明实施例中，控制单元12确定密封腔室8内的氢气是否处于超出安全浓度是最高优先级，只要氢气浓度超标，则开启第一气体阀门9和第二气体阀门10，向密封腔室8中通入吹扫气体进行吹扫操作。

若氢气浓度值小于或等于预设阈值，则判断密封腔室内的湿度值（第二湿度值）是否超标，若第二湿度值正常，则说明密封腔室8内的湿度处于较低的水平，不需要继续扫气，从而可以将进气通道和排气通道设置为关闭状态，即控制单元12将第一气体阀门9和第二气体阀门10设置为关闭状态。

若第二湿度值超标，则说明密封腔室8内的湿度处于较高的水平，此时为了排除吹扫气体自身的干扰，则需要判断吹扫气体的湿度值（第一湿度值）是否超标，控制单元12根据吹扫气体的湿度值设置第一气体阀门9和第二气体阀门10的关闭状态。

若第一湿度值超标，则说明吹扫气源自身的湿度处于较高的水平，从而可以将进气通道和排气通道设置为关闭状态，即控制单元12将第一气体阀门9和第二气体阀门10设置为关闭状态，避免湿度较高的吹扫气体进入到密封腔室8中，因为湿度超标的吹扫气体无法起到排湿的作用，反而可能会增加密封腔室8内的湿度。

由于本实施例中的吹扫气体一般由空压机供应，当进气通道1和排气通道2设置为关闭状态之后，空压机对应的吹扫流量需求消失，控制器可通过降低转速等措施调整其输出，使其仅为电堆提供反应气，从而降低了空压机的功耗，提升了燃料电池的系统效率。

需要说明的是，若第一气体阀门和第二气体阀门先前为关闭状态，则将进气通道和排气通道设置为关闭状态相当于不对第一气体阀门和第二气体阀门进行设置动作。同样地，若第一气体阀门和第二气体阀门先前为开启状态，则将进气通道和排气通道设置为开启状态相当于不对第一气体阀门和第二气体阀门进行设置动作。

若第一湿度值正常（不超标），则说明吹扫气源自身的湿度处于较低的水平，此时第二湿度值超标，控制单元12将第一气体阀门9和第二气体阀门10设置为开启状态；为了加快排湿，控制单元12需要请求上位机增加吹扫气体的流量。

可选地，本实施例中的控制单元12包括单片机，单片机型号可以采用51系列或者AVR系列，本实施例中对控制单元12的具体型号不作限定，保证能够实现相应的控制功能即可。

本发明实施例提供的燃料电池模块，通过在密封腔室8内设置氢气检测部件3、在进气通道1附近设置第一湿度检测部件4以及在排气通道2附近分布第二湿度检测部件5，可实时监测密封腔室8内的氢气浓度状况、湿度状况以及吹扫气体的湿度状况，并且根据密封腔室8内的氢气状况、湿度状况以及吹扫气体的湿度状况综合设置进气通道1和排气通道2的开闭状态，更加精确地控制密封腔室8的吹扫时机，从而降低空压机的功耗，提升燃料电池模块的效率；同时由于密封腔室8内的湿度值处于被监控的状态，保证了电池模块的绝缘性能，有利于燃料电池模块的安全运行。

在一个可选的实施例中，结合图1和图3所示，本发明实施例提供的燃料电池模块还包括：至少一个控湿片11，控湿片11设置在密封腔室8内，具体可固定在壳体6的内侧表面。控湿片11可以根据感知的湿度值自适应调控密封腔室8内的湿度，有利于将密封腔室8内的湿度控制在合理的范围内，避免湿度过大影响模块的绝缘性能。

具体地，根据密封腔室8的体积不同，控湿片11的面积不同等因素，控湿片11的数量可以选择性设定。控湿片11由高分子控湿材料（例如：高吸水聚合物）构成，该高分子控湿材料可以根据本体与周围环境湿度的差别吸收或释放水分，达到密封腔室8内稳定控制湿度在一定范围内的效果。

控湿片11调控湿度的基本原理是：当密封腔室8内的环境湿度高于自身的控湿能力（一般维持在50-70Rh%，控湿能力具体由控湿片的材料特性决定）时，控湿片11开启吸湿功能，从环境中吸收水分，以降低环境湿度，延长密封腔室内第二湿度值超标所需时间，从而起到控湿且节省吹扫气体的作用；而当自身的控湿能力低于密封腔室8内的环境湿度时，则开启放湿功能，在气流、对流等作用下向环境中排放湿气，以降低自身的湿度，这个排湿过程虽然会增加密封腔室内的环境湿度，但当第二湿度值超标吹扫开始后，密封腔室内环境湿度会很快降到较低的数值。

可选地，为了进一步提升控制效果，控湿片11的数量为多个，多个控湿片11间隔设置在壳体6的内侧表面上。控湿片11可以通过粘接剂或者粘接胶层附着在壳体6的内侧表面上。

以壳体6为矩形结构为例，电堆7大致位于矩形结构内部的中心位置。壳体6具有六个内侧表面，这六个内侧表面中相对的两个内侧表面为一组。针对每一组内侧表面，其上设置的控湿片11可以呈线性间隔布置，也可以呈阵列间隔布置，保证密封腔室8内的各个细分的空间区域都分布有一定数量的控湿片11，从而提升控湿效果。

在一个可选的实施方式中，如图3和图4所示，密封腔室8内还设置有漏液检测部件13和报警器14，控制单元12分别与漏液检测部件13和报警器14电连接，当根据漏液检测部件13检测的漏液数据大于预设漏液阈值时，驱动报警器14工作，及时提示用户。

本实施例中，漏液检测部件13可以监测电堆7的循环液或管路内的液滴泄漏状况，或外界环境中的液体侵入到电堆7的状况，并且当出现异常状况时及时发出报警信号，提醒用户及时对燃料电池模块进行检修，保证燃料电池模块的安全运行。

进一步地，漏液传感器13位于燃料电池模块的壳体6底部的最低点，以利于检测可能出现的液体。报警器14位于壳体6的外部，具体根据燃料电池模块的安装位置和应用环境进行设置，本实施例中对报警器14的位置不作具体限定，方便提示用户即可。

在一个可选的实施例中，继续参阅图1，为了便于描述，将壳体6沿长度延伸方向相对设置的两个侧表面分别定义为第一端面610和第二端面620。

具体地，第一端面610上可以预先设置相应的进气孔，第一气体阀门9可以安装在进气孔的位置，也可以安装在进气通道1上或者入口端，进气通道1安装在第一端面610上并与进气孔连通。

第二端面620上可以预先设置相应的排气孔，第二气体阀门10可以安装在排气孔的位置，也可以安装在排气通道2上或者出口端，排气通道2安装在第二端面620上并与排气孔连通。

可选地，进气通道1包括：入气端110、吹扫入口侧管路120以及吹扫入口连接件130，吹扫入口侧管路120的一端与入气端110连接，吹扫入口侧管路120的另一端与吹扫入口连接件130相连接，吹扫入口连接件130与壳体6的第一端面610连接并与进气孔连通。

可选地，排气通道2包括：排气端、吹扫出口侧管路220以及吹扫出口连接件230，吹扫出口侧管路220的一端与排气端连接，吹扫出口侧管路220的另一端与吹扫出口连接件230相连接，吹扫出口连接件130与壳体6的第二端面620连接并与排气孔连通。

可选地，第一端面610和第二端面620还可以是壳体6沿宽度延伸方向相对设置的两个侧表面（图中未示出），同样的第一端面610与第二端面620也可以呈对角线分布。

本发明实施例中的进气通道1与排气通道2在壳体6上呈对角线分布，使吹扫气体流经密封腔室的所有空间，并增加了吹扫气体在密封腔室8内的停留时间，从而提升了吹扫排气效果和降湿效果。

在一个可选的实施例中，如图5所示，密封腔室8内设置有多个吹扫通道810，吹扫通道810的一端与进气通道1对接，吹扫通道810的另一端与排气通道2对接。吹扫通道810为半开放式结构（类似于槽型结构），具体可以在壳体6制作时预先设计在壳体6的内侧，起到对吹扫气体引流的作用，在吹扫过程中，所形成的吹扫通道810内的气体流量较大，可以定向带走密封腔室8内的氢气和水汽。

进一步地，根据密封腔室8的具体结构，多个吹扫通道810可以包括直线型结构和弯折型结构，不同类型的吹扫通道810可以进一步提升吹扫效果。

基于同一发明构思，如图6所示，本发明实施例还提供了一种燃料电池模块的腔室吹扫控制方法，包括：

S100，获取密封腔室内的氢气浓度值和湿度值、以及吹扫气体的湿度值；其中，密封腔室为燃料电池模块的壳体与置于壳体6内的电堆之间的区域，壳体上设置有与密封腔室连通的进气通道和排气通道，进气通道用于与产生吹扫气体的外部气源连通。

具体地，结合图1和图2所示，密封腔室8内的氢气浓度值由布置在密封腔室8内的氢气检测部件3进行检测，吹扫气体的湿度值（第一湿度值）由布置在进气通道1附近的第一湿度检测部件4进行检测，密封腔室8内的湿度值（第二湿度值）由布置在排气通道2附近的第二湿度检测部件5进行检测。

需要说明的是，关于燃料电池模块的具体结构和工作方式可以参照前述实施例中燃料电池模块的内容，此处不再详细赘述。

S200，若氢气浓度值大于预设阈值，则将进气通道和排气通道设置为开启状态。

具体地，结合图1和图2所示，当壳体6内部的氢气浓度值高于设定的预设阈值时，控制单元12控制第一气体阀门9和第二气体阀门10动作（第一气体阀门9和第二气体阀门10初始状态为关闭状态），从而将进气通道1和排气通道2设置为开启状态。控制单元12向上位机（例如：燃料电池发动机的控制器）发送氢气浓度高的指令信息，从而启动系统吹扫，并持续监测密封腔室8内的氢气浓度变化。

可选地，控制单元12也可以共用燃料电池发动机的控制器，由燃料电池发动机的控制器对吹扫气源进行控制。

可选地，本发明实施例中将吹扫气源看作是常开的设置，即只要进气通道1开启，就会有吹扫气体进入到密封腔室8内。

S300，若氢气浓度值小于或等于预设阈值，则判断密封腔室内的湿度值是否超标。

具体地，结合图1和图2所示，当氢气浓度小于或者等于设定的预设阈值时，则控制单元12对获取的密封腔室内的湿度值（第二湿度值）进行判断，确认第二湿度值是否超标（是否超出预警阈值），以便于设置进气通道和排气通道的开闭状态。

S400，若密封腔室内的湿度值正常，则将进气通道和排气通道设置为关闭状态。

具体地，结合图1和图2所示，若第二湿度值正常，则说明密封腔室8内的湿度处于较低的水平，不需要吹气或继续吹气，从而可以将进气通道和排气通道设置为关闭状态，即控制单元12将第一气体阀门9和第二气体阀门10设置为关闭状态。

S500，若密封腔室内的湿度值超标，则根据吹扫气体的湿度值，将进气通道和排气通道设置为开启状态或者关闭状态。

吹扫气体的湿度值设置，具体地，结合图1和图2所示，若第二湿度值超标，则说明密封腔室8内的湿度处于较高的水平，此时为了排除吹扫气体自身的干扰，则控制单元12判断第一湿度值是否超标，根据第一湿度值来具体设置进气通道和排气通道的开闭状态，从而保证密封腔室内的湿度处于正常水平。

本实施例提供的燃料电池模块的腔室吹扫控制方法，通过获取气密封腔室内泄露的氢气浓度值、吹扫气体的湿度值以及密封腔室内的湿度值，可实时监测密封腔室内的氢气状况、湿度状况以及吹扫气体的湿度状况，并且根据密封腔室内的氢气浓度状况和湿度状况以及吹扫气体的湿度状况综合设置进气通道和排气通道的开闭状态，更加精确地控制密封腔室的吹扫时机，从而降低空压机的功耗，提升了燃料电池模块的电效率；同时由于密封腔室内的湿度值处于被监控的状态，保证了电池模块的绝缘性能，有利于燃料电池模块的安全运行。

可选地，如图7所示，上述实施例中的步骤S500进一步包括：

S510，若密封腔室内的湿度值超标，且吹扫气体的湿度值超标，则将进气通道和排气通道设置为关闭状态。

具体地，若第一湿度值超标，则说明吹扫气源自身的湿度处于较高的水平，从而可以通过控制单元12将进气通道1和排气通道2设置为关闭状态，避免湿度较高的吹扫气体进入到密封腔室8中，因为湿度超标的吹扫气体无法起到排湿的作用，反而会增加密封腔室8内的湿度。

需要说明的是，本实施例中的第一湿度值和第二湿度值超标的判断标准可以根据时机情况设定，可以设置为相同的超标评价标准，也可以设置成不同的超标评价标准。

由于本实施例中的吹扫气体一般由空压机供应，当进气通道1和排气通道2设置为关闭状态之后，空压机对应的吹扫流量需求消失，控制器可通过降低转速等措施调整其输出，使空压机只为电堆供应反应气，从而降低了空压机的功耗，提升了燃料电池的系统效率。

S520，若密封腔室内的湿度值超标，且吹扫气体的湿度值正常，则将进气通道和排气通道设置为开启状态。

具体地，当第一湿度值正常时，为了降低密封腔室内的湿度值，控制单元12将进气通道1和排气通道2设置为开启状态，从而开启吹扫操作，直至密封腔室内的湿度值恢复正常之后，再将进气通道1和排气通道2设置为关闭状态。

可选地，如图8所示，在步骤S520之后，还包括：

S600，请求上位机增加吹扫气体的流量。

具体地，当第一湿度值正常且第二湿度值超标，并且也没有超过报警阈值时，则说明吹扫流量不足。此时，控制单元12向上位机发送加大吹扫流量的指令，在保持进气通道1和排气通道2为开启状态的情况下，同时请求上位机增加外部气源的吹扫气体流量，进而降低密封腔室8内的湿度，以提升燃料电池模块的绝缘性能。

可选地，如图9所示，在步骤S510之后，还包括：

S700，对吹扫气体进行干燥处理。

具体地，若第一湿度值大于第二湿度值或者第一湿度值大于报警阈值（但是小于第二湿度值），则说明进气通道1处（相当于模块的吹扫入口）的吹扫气体的湿度值过高，则控制单元12将第一气体阀门9和第二气体阀门10设置为闭合状态，从而关闭进气通道1和排气通道2，以防止过多的水汽进入密封腔室8内部。当进气通道1和排气通道2关闭之后，控制单元12可以控制相应的除湿装置对吹扫气体进行干燥除湿，干燥除湿装置可以安装在空压机的进气口，也可以安装在空压机的排气口或者空压机与燃料电池模块的进气通道1之间，只要保证后续排入到密封腔室8内的湿度正常即可。

进一步地，控制单元12也可以向上位机发送吹扫气湿度超标的指令信息，用于系统层面自检或处理，便于排查外部气源湿度超标的原因，及时检修或者设置吹扫气源的气体湿度，以满足吹扫气体的湿度要求。

S800，若吹扫气体的湿度值恢复正常，则将进气通道和排气通道设置为开启状态。

具体地，对吹扫气体进行除湿操作一段时间之后（例如：延时1分钟），控制单元可以仅将进气通道1处的第一气体阀门9设置为开启状态，利用第一湿度检测部件对吹扫气体的湿度进行检测（第一湿度值），若第一湿度值恢复正常（达标），则可以将控制单元排气通道2处的第二气体阀门10设置为开启状态，继续对密封腔室8进行吹扫，以降低密封腔室8内的湿度。

可选地，本实施例还可以在进气通道1与吹扫气源的连接管道上设置相应的湿度检测传感器，可以在不开启第一气体阀门9的情况下检测吹扫气体的湿度。当吹扫气体的湿度恢复正常后，控制单元12可以将第一气体阀门9和第二气体阀门10都设置为开启状态。

可选地，上述实施例中的步骤S400中：若密封腔室内的湿度值正常，则将进气通道和排气通道设置为关闭状态，进一步包括：

若密封腔室内的湿度值小于或等于预警阈值，则将进气通道和排气通道设置为关闭状态。

具体地，结合图1和图2所示，当密封腔室8内的氢气浓度小于或等于预设阈值时，表明密封腔室8内的氢气浓度处于安全设定范围以内，即认为密封腔室内的氢气浓度值正常。此时，控制单元12首先根据排气通道2处的第二湿度值的状况，确定第一气体阀门9和第二气体阀门10关闭的条件。

若第二湿度检测部件5检测的第二湿度值小于或等于密封腔室8内湿度的预紧阈值，则说明此时密封腔室8内的湿度处于比较合理的范围（湿度处于较低的水平），在保证燃料电池模块的绝缘性能的前提下，则可以停止吹扫操作，即将第一气体阀门9和第二气体阀门10设置为关闭状态。

可选地，如图10所示，上述实施例中的步骤S510中：若所述密封腔室内的湿度值超标，则判断吹扫气体的湿度值是否超标，进一步包括：

S511，若密封腔室内的湿度值介于预警阈值和报警阈值之间，则向上位机发送湿度预警指令之后，再判断吹扫气体的湿度值是否超标。

具体地，若氢气浓度值小于或等于预设阈值、且第二湿度值介于预警阈值和报警阈值之间，则向上位机发送湿度预警指令，从而提示用户此时的湿度处于较高的水平。然后，再对吹扫气体的湿度值（第一湿度值）进行判断，从而确定吹扫气源的湿度情况，以确定是否需要关闭进气通道1和排气通道2。

S512，若密封腔室内的湿度值大于报警阈值，则判断吹扫气体的湿度值是否超标。

具体地，若第二湿度值高于报警阈值，则控制单元12先判断第一湿度值的状况（超标或者正常），通过判断第一湿度值是否超标，可以避免吹扫气体自身的湿度对第二湿度值的影响，及时设置进气通道1和排气通道2的开闭状态。

可以理解的是，本实施例中的预警阈值小于报警阈值，二者表示不同的湿度设定值，预警阈值和报警阈值可以理解为不同的湿度等级，例如：若检测的湿度值大于预警阈值且小于报警阈值，则可以根据实际情况对密封腔室8内的湿度进行调控，也可以仅发出预紧提示信息供用户参考。当第二湿度值大于报警阈值，则表明密封腔室8内的湿度处于更高的水平，则需要进一步加快对密封腔室8内的湿度调控。控制单元12根据第二湿度值或者第一湿度值分别与预警阈值或者报警阈值之间的大小关系，从而控制第一气体阀门9和第二气体阀门10的开闭。

如图11所示，下面结合具体的应用场景对燃料电池模块的具体吹扫工作过程进行说明：

当系统上电后，燃料电池模块的控制单元12会自主检测密封腔室8内部的氢气传感器检测的氢气浓度、第一湿度检测部件4和第二湿度检测部件5，当密封腔室8内部的氢气浓度高于预设阈值（设定值）时，则控制单元12控制进气通道1处的第一气体阀门9和排气通道2处的第二气体阀门10开启，同时向燃料电池发动机的控制器发送氢气浓度高的指令信息，用于系统吹扫启动，并持续监测氢气传感器的氢气浓度变化。

当氢气低于设定值时，则再判断系统内湿度状况，若排气通道2处的第二湿度检测部件5检测的第二湿度值低于预警阈值，则停止吹扫，即关闭第一气体阀门9和第二气体阀门10。

若第二湿度检测部件5检测的第二湿度值高于预警阈值，则先判断第二湿度检测部件5检测的第二湿度值是否达到报警阈值，若低于报警阈值，则先发送湿度高预警指令信息给上位机，然后进入监测进气通道1处的第一湿度检测部件4的状态，以确定是否需要关闭第一气体阀门9和第二气体阀门10。

若第二湿度值高于报警阈值，则先检查并判断第一湿度检测部件4的状态，如果第一湿度检测部件4检测的第一湿度值大于第二湿度值或者大于报警阈值，则说明进气通道1的吹扫气湿度过高，则关闭第一气体阀门9和第二气体阀门10，以防止过多的水汽进入密封腔室8内部。同时控制单元12可以向上位机发送吹扫气湿度超标的指令信息，用于系统层面自检或处理，例如：上位机在接收到该指令信息之后，可以对吹扫气体进行干燥处理，同时控制单元12可以在间隔预设时间（例如：60秒）后将第一气体阀门9和第二气体阀门10设置为开启状态，继续进行吹扫气体的湿度检测以及吹扫操作。此外，上位机在接收到该指令信息之后，可以指派人员对吹扫气体支路进行检修，保证产生的吹扫气体的湿度达标，控制单元12可以等待上位机的指令，以便开启第一气体阀门9和第二气体阀门10继续对密封腔室8进行吹扫。

如果第一湿度检测部件4检测的第一湿度值小于或者等于第二湿度检测部件5检测的第二湿度值，并且第一湿度值也没有超过报警阈值，则说明吹扫气体的流量不足，则控制单元12可以请求上位机增加吹扫气体的流量，并持续监测密封腔室8内的湿度变化。

综上所述，本发明实施例提供的燃料电池模块及其腔室吹扫控制方法，在密封腔室内设置氢气检测部件、在进气通道附近设置第一湿度检测部件以及在排气通道附近分布第二湿度检测部件，实时监测密封腔室内的氢气浓度状况和湿度状况，当氢气浓度值小于或等于预设阈值时，根据第一湿度值和/或第二湿度值，确定是否关闭进气通道和排气通道，根据密封腔室内的氢气浓度状况和湿度状况综合设置进气通道和排气通道的开闭，更精确地控制密封腔室的吹扫时机，从而降低空压机的功耗，提升了燃料电池模块的发电效率；同时由于密封腔室内的湿度值处于被监控的状态，保证了燃料电池模块的绝缘性能，有利于燃料电池模块的安全运行。

本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体状况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池模块的腔室吹扫控制方法，其特征在于，包括：

实时获取密封腔室内的氢气浓度值和湿度值、以及吹扫气体的湿度值；其中，所述密封腔室为所述燃料电池模块的壳体与置于所述壳体内的电堆之间的区域，所述壳体上设置有与所述密封腔室连通的进气通道和排气通道，所述进气通道用于与产生所述吹扫气体的外部气源连通；所述吹扫气体的外部气源为常开设置；

若所述氢气浓度值大于预设阈值，则将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态；

若所述氢气浓度值小于或等于预设阈值，则判断所述密封腔室内的湿度值是否超标：若所述密封腔室内的湿度值正常，则将所述进气通道和所述排气通道设置为关闭状态；若所述密封腔室内的湿度值超标，则根据所述吹扫气体的湿度值，将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态或者关闭状态；

若所述密封腔室内的湿度值超标，则根据所述密封腔室内的湿度值，将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态或者关闭状态，包括：

若所述密封腔室内的湿度值超标，则判断所述吹扫气体的湿度值是否超标；

若所述吹扫气体的湿度值正常，则将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态；

若所述吹扫气体的湿度值超标，则将所述进气通道和所述排气通道设置为关闭状态。

2.根据权利要求1所述的腔室吹扫控制方法，其特征在于，若所述吹扫气体的湿度值正常，则将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态之后，包括：

请求上位机增加吹扫气体的流量。

3.根据权利要求1所述的腔室吹扫控制方法，其特征在于，若所述吹扫气体的湿度值超标，则将所述进气通道和所述排气通道设置为关闭状态之后，包括：

对所述吹扫气体进行干燥处理；

若所述吹扫气体的湿度值恢复正常，则将所述进气通道和所述排气通道设置为开启状态。

4.一种燃料电池模块，其特征在于，包括：

电堆，用于产生电能；

壳体，所述壳体包围所述电堆，所述壳体与所述电堆之间的区域构造成一密封腔室，所述壳体上设置有与所述密封腔室连通的进气通道和排气通道，所述进气通道用于与外部气源相连通；

第一湿度检测部件和第二湿度检测部件，分别用于检测流入所述进气通道的吹扫气体的湿度值和所述密封腔室内的湿度值；

至少一个氢气检测部件，用于检测所述密封腔室内的氢气浓度值；

第一气体阀门和第二气体阀门，分别用于控制所述进气通道和所述排气通道的开闭；

控制单元，所述控制单元分别与所述第一湿度检测部件、第二湿度检测部件、所述氢气检测部件、所述第一气体阀门和所述第二气体阀门电连接，用于执行如权利要求1至3中任一项所述的腔室吹扫控制方法。

5.根据权利要求4所述的燃料电池模块，其特征在于，还包括至少一个控湿片，所述控湿片设置在所述密封腔室内，用于根据自身的控湿能力对所述密封腔室内的环境湿度进行调节。

6.根据权利要求5所述的燃料电池模块，其特征在于，所述控湿片的数量为多个，多个所述控湿片间隔设置在所述壳体的内侧表面上。

7.根据权利要求4所述的燃料电池模块，其特征在于，所述密封腔室内还设置有漏液检测部件和报警器，所述控制单元分别与所述漏液检测部件和所述报警器电连接，当所述漏液检测部件检测的漏液数据大于预设漏液阈值时，启动所述报警器。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述壳体包括相对设置的第一端面和第二端面；

所述进气通道安装在所述第一端面，所述排气通道安装在所述第二端面，所述进气通道与所述排气通道在所述壳体上呈对角线分布。

9.根据权利要求4至7中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述第一湿度检测部件设置在所述壳体内靠近所述进气通道的位置，所述第二湿度检测部件设置在所述壳体内靠近所述排气通道的位置。

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