CN113793953A - 一种燃料电池系统及其快速关机方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种燃料电池系统及其快速关机方法,通过设置燃料电池、增湿装置、供气装置、第一进堆阀及第二进堆阀,所述第一进堆阀两端分别与增湿装置及燃料电池空气腔连接,所述增湿装置另一端与供气装置连接,所述第二进堆阀两端分别与供气装置及燃料电池空气腔连接,使供气装置与空气腔连通,由于电堆运行时,水分主要在空气侧产生,本发明的一种燃料电池系统及其快速关机方法,通过使空气对燃料电池空气腔进行吹扫,吹扫效率更高,同时使空气直接对电池进行吹扫,不经过增湿器,用干空气可快速的带走湿气,用时短,吹扫效率高,可实现快速关机。

Description

一种燃料电池系统及其快速关机方法
技术领域
本发明涉及氢气燃料电池领域,尤其涉及一种燃料电池系统及其快速关机方法。
背景技术
随着国家及地方政府对燃料电池的支持,燃料电池车辆发展迅速,目前已有越来越多的燃料电池车辆开始进入市场运行。燃料电池系统是燃料电池车辆的心脏,对燃料电池车的性能有着决定性作用。
现有技术中的燃料电池关机控制方法,通过将吹扫旁通阀的开度开到最大,利用空气系统中的空气吹扫氢气腔,同时打开氢气尾排阀,使氢气排出,接着提高空压机转速,氢气尾排阀间隔打开,便于使水分排出,当电压低于预设电压后,关闭吹扫,进行关机。
但由于燃料电池存在空气腔和氢气腔,电堆在运行时,水分主要产生在空气腔,现有燃料电池系统关机的时候,存在需要吹扫的过程,但其选择吹扫氢气腔,导致湿度下降慢,吹扫速度慢,不能做到快速关机。
发明内容
有鉴于此,本发明提出了一种燃料电池系统及其快速关机方法,可实现快速吹扫,快速关机。
本发明的技术方案是这样实现的:
一方面,本发明提供了一种燃料电池系统,包括燃料电池、增湿装置及供气装置,其特征在于:还包括第一进堆阀及第二进堆阀;
所述第一进堆阀两端分别与增湿装置及燃料电池空气腔连接,所述增湿装置另一端与供气装置连接;
所述第二进堆阀两端分别与供气装置及燃料电池空气腔连接。
在以上技术方案的基础上,优选的,还包括排水阀,所述排水阀两端分别与外界大气及燃料电池氢气腔连接。
更进一步优选的,还包括出堆阀,所述出堆阀两端分别与增湿装置及燃料电池空气腔连接,所述出堆阀及第一进堆阀分别位于燃料电池空气腔两侧。
更进一步优选的,还包括供氢装置、比例阀及进氢阀,所述进氢阀两端分别与供氢装置及比例阀连接,比例阀另一端与燃料电池氢气腔连接。
更进一步优选的,还包括氢气循环压缩机,所述氢气循环压缩机两端分别与比例阀及燃料电池氢气腔连接,所述比例阀及氢气循环压缩机分别位于燃料电池氢气腔两侧。
更进一步优选的,还包括分水器,所述分水器与燃料电池氢气腔连接,所述排水阀两端分别与外界大气及分水器连接,所述氢气循环压缩机两端分别与比例阀及分水器连接。
更进一步优选的,还包括DC/DC转换器,所述DC/DC转换器与燃料电池连接,DC/DC转换器用于调节燃料电池功率。
更进一步优选的,所述供气装置为空压机。
另一方面,本发明还提供了一种利用如权利要求8所述燃料电池系统进行燃料电池快速关机的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、燃料电池收到关机指令后,通过DC/DC转换器使燃料电池系统功率下降;
S2、当燃料电池功率降低到3KW后,关闭第一进堆阀,打开第二进堆阀,增大空压机转速;
S3、当燃料电池电压降低到V1后,关闭空压机、第二进堆阀及出堆阀,打开排水阀,同时调节比例阀,使燃料电池氢气腔压力大于空气腔压力;
S4、当燃料电池电压降低到V2后,关闭排水阀和DC/DC转换器;
S5、关闭比例阀、进氢阀和氢气循环压缩机,完成关机。
更进一步优选的,所述V1为0.75V,所述V2为0.2V。
本发明的一种燃料电池系统相对于现有技术具有以下有益效果:
(1)通过设置第一进堆阀及第二进堆阀,所述第一进堆阀两端分别与增湿装置及燃料电池空气腔连接,所述增湿装置另一端与供气装置连接,所述第二进堆阀两端分别与供气装置及燃料电池空气腔连接,使空气可直接对电池进行吹扫,不经过增湿器。燃料电池关机过程中需要吹扫,因为电堆在运行过程会有很多气态水产生,当系统冷却下来时会气态水会变成液态水,导致水积累在系统内部,环境温度零下时会结冰,导致电堆或者零部件损坏。传统的吹扫经过增湿器,以湿度较高的气体去吹效率比较低,耗时长并且效果较差,用干空气可以快速的带走湿气,用时短,效率高,可实现快速关机;
(2)通过使供气装置与空气腔连通,使空气对燃料电池空气腔进行吹扫,由于电堆运行时,水分主要在空气侧产生,用干空气吹扫效果最明显,效率高,可实现快速关机。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例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,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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为本发明的一种燃料电池系统的平面结构示意图;
图2为本发明的一种燃料电池快速关机的方法的流程示意图。
符号说明
1燃料电池;2增湿装置;3供氢装置;4第一进堆阀;5第二进堆阀;6出堆阀;7供气装置;8排水阀;9比例阀;10进氢阀;11氢气循环压缩机;12DC/DC转换器;13分水器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,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方式,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,结合图2,本发明实施例公开了一种燃料电池1系统及其快速关机方法,可实现快速关机。
本发明的技术方案是这样实现的:
一方面,本发明提供了一种燃料电池系统,包括燃料电池1、增湿装置2及供气装置7,还包括第一进堆阀4及第二进堆阀5;
所述第一进堆阀4两端分别与增湿装置2及燃料电池1空气腔连接,所述增湿装置2另一端与供气装置7连接;
所述第二进堆阀5两端分别与供气装置7及燃料电池1空气腔连接。
在本实施例中,通过设置第一进堆阀4及第二进堆阀5,所述第一进堆阀4两端分别与增湿装置2及燃料电池1空气腔连接,所述增湿装置2另一端与供气装置7连接,所述第二进堆阀5两端分别与供气装置7及燃料电池1空气腔连接,使空气可直接对电池进行吹扫,不经过增湿器。燃料电池1关机过程中需要吹扫,因为电堆在运行过程会有很多气态水产生,当系统冷却下来时会气态水会变成液态水,导致水积累在系统内部,环境温度零下时会结冰,导致电堆或者零部件损坏。传统的吹扫经过增湿器,以湿度较高的气体去吹效率比较低,耗时长并且效果较差,用干空气可以快速的带走湿气,用时短,效率高,可实现快速关机。
同时,在本实施例中,通过使供气装置7与空气腔连通,使空气对燃料电池1空气腔进行吹扫,由于电堆运行时,水分主要在空气侧产生,用干空气吹扫效果最明显,效率高,可实现快速关机。
具体的,所述供气装置7为空压机。
在本实施例中,为使燃料电池1湿度降低,优选的,还包括排水阀8,所述排水阀8两端分别与外界大气及燃料电池1氢气腔连接。如此,可将燃料电池1氢气腔的水分排出。
在本实施例中,为使水分可充分利用,优选的,还包括出堆阀6,所述出堆阀6两端分别与增湿装置2及燃料电池1空气腔连接,所述出堆阀6及第一进堆阀4分别位于燃料电池1空气腔两侧。通过使出堆阀6与增湿装置2连接,使空气中水分可充分利用。
具体的,所述增湿装置2为增湿器。
在本实施例中,为使燃料电池1氢气腔压力大于空气腔压力,优选的,还包括供氢装置3、比例阀9及进氢阀10,所述进氢阀10两端分别与供氢装置3及比例阀9连接,比例阀9另一端与燃料电池1氢气腔连接。通过比例阀9进行调节,可使燃料电池1氢气腔压力大于空气腔压力。关机过程中,当空气侧的第一进堆阀4、第二进堆阀5及出堆阀6关闭时,内部气体还有氧气,此时氢气压力需要继续维持,让氢气去消耗空气侧密闭环境下的氧气,否则会因为氢气侧因为消耗氧气导致压力低于空气侧,会使空气侧气体进入氢气侧,产生氢空界面,会有局部热点产生会对电堆的寿命有影响。
具体的,所述供氢装置3为氢瓶。
为使氢气可循环使用。具体的,还包括氢气循环压缩机11,所述氢气循环压缩机11两端分别与比例阀9及燃料电池1氢气腔连接,所述比例阀9及氢气循环压缩机11分别位于燃料电池1氢气腔两侧。
为使排水阀8排出水分时,水分中携带的氢气可重复利用。具体的,还包括分水器13,所述分水器13与燃料电池1氢气腔连接,所述排水阀8两端分别与外界大气及分水器13连接,所述氢气循环压缩机11两端分别与比例阀9及分水器13连接。
更进一步优选的,还包括DC/DC转换器12,所述DC/DC转换器12与燃料电池1连接,DC/DC转换器12用于调节燃料电池1功率。
另一方面,本发明还提供了一种利用如权利要求8所述燃料电池系统进行燃料电池快速关机的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、燃料电池1收到关机指令后,通过DC/DC转换器12使燃料电池1系统功率下降;
S2、当燃料电池1功率降低到3KW后,关闭第一进堆阀4,打开第二进堆阀5,增大空压机转速;
S3、当燃料电池1电压降低到V1后,关闭空压机、第二进堆阀5及出堆阀6,打开排水阀8,同时调节比例阀9,使燃料电池1氢气腔压力大于空气腔压力;
S4、当燃料电池1电压降低到V2后,关闭排水阀8和DC/DC转换器12;
S5、关闭比例阀9、进氢阀10和氢气循环压缩机11,完成关机。
增大空压机转速使空气侧流量增大,空气侧过量系数增大,可以实现快速吹扫,吹扫效率更高。
步骤S3中,通过比例阀9进行调节,可使燃料电池1氢气腔压力大于空气腔压力,防止出现氢气负压。关机过程中,当空气侧的第一进堆阀4、第二进堆阀5及出堆阀6关闭时,内部气体还有氧气,此时氢气压力需要继续维持,让氢气去消耗空气侧密闭环境下的氧气,否则会因为氢气侧因为消耗氧气导致压力低于空气侧,会使空气侧气体进入氢气侧,产生氢空界面,会有局部热点产生会对电堆的寿命有影响。
具体的,燃料电池1氢气侧保持120kpa的压力。
所述V1为0.75V,所述V2为0.2V。此数值为通过大量实验得出的可快速关机的优选值。
当V1为0.75V时,吹扫已基本完成,此时关闭空压机、第二进堆阀5及出堆阀6,使氢气消耗空气腔中的氧气,同时,打开排水阀8,可使电堆湿度降低,电堆性能变差,电堆内阻增大,从而导致电堆电压降低,当V2为0.2V时,氢气已基本消耗空气腔中的氧气,可完成关机。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已,并不用以限制本发明,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 (10)

1.一种燃料电池系统,包括燃料电池、增湿装置及供气装置,其特征在于:还包括第一进堆阀及第二进堆阀;
所述第一进堆阀两端分别与增湿装置及燃料电池空气腔连接,所述增湿装置另一端与供气装置连接;
所述第二进堆阀两端分别与供气装置及燃料电池空气腔连接。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池系统,其特征在于:还包括排水阀,所述排水阀两端分别与外界大气及燃料电池氢气腔连接。
3.如权利要求2所述的一种燃料电池系统,其特征在于:还包括出堆阀,所述出堆阀两端分别与增湿装置及燃料电池空气腔连接,所述出堆阀及第一进堆阀分别位于燃料电池空气腔两侧。
4.如权利要求3所述的一种燃料电池系统,其特征在于:还包括供氢装置、比例阀及进氢阀,所述进氢阀两端分别与供氢装置及比例阀连接,比例阀另一端与燃料电池氢气腔连接。
5.如权利要求4所述的一种燃料电池系统,其特征在于:还包括氢气循环压缩机,所述氢气循环压缩机两端分别与比例阀及燃料电池氢气腔连接,所述比例阀及氢气循环压缩机分别位于燃料电池氢气腔两侧。
6.如权利要求5所述的一种燃料电池系统,其特征在于:还包括分水器,所述分水器与燃料电池氢气腔连接,所述排水阀两端分别与外界大气及分水器连接,所述氢气循环压缩机两端分别与比例阀及分水器连接。
7.如权利要求6所述的一种燃料电池系统,其特征在于:还包括DC/DC转换器,所述DC/DC转换器与燃料电池连接,DC/DC转换器用于调节燃料电池功率。
8.如权利要求7所述的一种燃料电池系统,其特征在于:所述供气装置为空压机。
9.一种利用如权利要求8所述燃料电池系统进行的燃料电池快速关机方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、燃料电池收到关机指令后,通过DC/DC转换器使燃料电池系统功率下降;
S2、当燃料电池功率降低到3KW后,关闭第一进堆阀,打开第二进堆阀,增大空压机转速;
S3、当燃料电池电压降低到V1后,关闭空压机、第二进堆阀及出堆阀,打开排水阀,同时调节比例阀,使燃料电池氢气腔压力大于空气腔压力;
S4、当燃料电池电压降低到V2后,关闭排水阀和DC/DC转换器;
S5、关闭比例阀、进氢阀和氢气循环压缩机,完成关机。
10.如权利要求9所述的一种燃料电池快速关机方法,其特征在于:所述V1为0.75V,所述V2为0.2V。
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