CN113964345A - 一种燃料电池系统及其关机吹扫方法 - Google Patents

一种燃料电池系统及其关机吹扫方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113964345A
CN113964345A CN202111454400.6A CN202111454400A CN113964345A CN 113964345 A CN113964345 A CN 113964345A CN 202111454400 A CN202111454400 A CN 202111454400A CN 113964345 A CN113964345 A CN 113964345A
Authority
CN
China
Prior art keywords
way valve
galvanic pile
cooling liquid
input end
humidifier
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
CN202111454400.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王伟强
赵兴旺
刘然
高云庆
李飞强
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.)
Beijing Sinohytec Co Ltd
Original Assignee
Beijing Sinohytec 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 Beijing Sinohytec Co Ltd filed Critical Beijing Sinohytec Co Ltd
Priority to CN202111454400.6A priority Critical patent/CN113964345A/zh
Publication of CN113964345A publication Critical patent/CN113964345A/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
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04037—Electrical heating
    • 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
    • H01M8/04228—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 shut-down
    • 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
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • 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
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04649—Other electric variables, e.g. resistance or impedance of fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04723—Temperature of the coolant
    • 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

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

Abstract

本发明提供了一种燃料电池系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术无法有效吹扫增湿器和电堆并且不造成膜的机械损伤的问题。该系统包括电堆、空压机、水泵、加热器、散热器、增湿器、三通阀一和控制器。其中，电堆的空气入口经增湿器与空压机连接，冷却液入口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口与水泵的进口连接；水泵的出口经加热器与三通阀一的输入端一连接，并经散热器与三通阀一的输入端二连接。接收到关机指令后，控制器控制冷却液走小循环进行加热，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫；吹扫结束后，控制冷却液走大循环进行散热，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统。

Description

一种燃料电池系统及其关机吹扫方法
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系统及其关机吹扫方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池内部设置有氢气管道和空气管道，氢气和空气中的氧气在电堆内部反应生成副产物水，并获得电能。生成的水会随尾排气体一起排出燃料电池。
随着燃料电池技术的发展，目前燃料电池系统装置的功率已达120 kW以上，增湿器的体积也越来越大，吹扫增湿器的时间越来越长。并且，燃料电池在低于0 ℃的工作环境下未完全吹扫，会造成电堆和增湿器的损坏。
由于燃料电池工作环境不同和燃料电池的工作状态不同，每次停机时燃料电池的湿度也不相同，如果吹扫时间过短，不能保证吹扫的效果；如果吹扫时间过长，则会造成浪费，甚至造成膜的机械损伤。目前，并无有效的应对电堆和增湿器分别吹扫的方法。
发明内容
本发明实施例旨在提供一种燃料电池系统及其关机吹扫方法，用以解决现有技术无法有效吹扫增湿器和电堆并且不造成膜的机械损伤的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池系统，包括电堆、空压机、水泵、加热器、散热器、增湿器、三通阀一和控制器；其中，
电堆的空气入口经增湿器与空压机的输出端连接，冷却液入口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口与水泵的进口连接；水泵的出口经加热器与三通阀一的输入端一连接，并经散热器与三通阀一的输入端二连接；
控制器，用于接收到关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫；吹扫结束后，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统。
上述技术方案的有益效果如下：相比现有技术，增加了增湿器、加热器、散热器、三通阀一。加热器可实现电堆的快速升温，实现热吹扫。关机吹扫过程中可实现带载吹扫，全程避免高电位，有利于延长电堆的使用寿命。针对增湿器正常温度下不易吹干的问题，通过加热器加热的方式可实现高温吹扫，有利于快速吹干增湿器，减少吹扫时间。吹扫结束后，散热器有助于实现电堆的快速降温，降低到电堆舒适的存储温度，有利于延长电堆的使用寿命。
基于上述方法的进一步改进，该系统还包括三通阀二；其中，
所述电控三通阀二的输入端与空压机的输出端连接，输出端一与增湿器的空气进口连接，输出端二与电堆的空气入口连接，控制端与控制器的输出端连接。
上述进一步改进方案的有益效果是：增加了三通阀二，吹扫过程可实现干空气入堆，有利于快速吹干电堆。
进一步，该系统还包括中冷器；其中，
所述中冷器的空气进口与空压机的输出端连接，空气出口与三通阀二的输入端连接，冷却液进口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口与水泵的出口并联连接。
上述进一步改进方案的有益效果是：增加了中冷器，使得接收到关机指令后，加热器对通过中冷器内的气体进行加热，即吹到增湿器和电堆内的空气是热空气，进行了热吹扫。而增湿器正常温度下不易吹干，通过加热器加热的方式可实现高温吹扫，有利于快速吹干增湿器，减少吹扫时间。
进一步，该系统还包括三通阀三；其中，
所述三通阀三的输入端与增湿器的空气出口连接，主路出口与电堆的空气入口连接，旁通出口与增湿器的尾气进口连接，控制端与控制器的输出端连接。
上述进一步改进方案的有益效果是：增加了三通阀三，吹扫过程增加增湿器旁通的方案，实现了吹扫全程干空气入堆，有利于快速吹干电堆。
进一步，该系统还包括单向电控阀；
所述单项电控阀的输入端与增湿器的尾气出口连接，控制端与控制器的输出端连接。
上述进一步改进方案的有益效果是：关闭燃料电池系统后，单向电控阀也自动关闭，实现了电堆内部的封闭性。
进一步，所述控制器进一步包括依次连接的：
数据采集单元，用于实时采集电堆的冷却液入口水温，电堆内阻，以及电堆的单片电压；
数据处理与控制单元，用于接收到关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫，直到电堆的交流阻抗大于设定值，结束吹扫，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统；
执行单元，用于根据控制单元的控制，分别控制水泵、加热器、散热器、空压机、增湿器、三通阀一~三通阀三启动或关闭。
上述进一步改进方案的有益效果是：对控制器的组成和各部件功能进行了限定，增加了测量电堆内阻进行控制的功能，实现了燃料电池吹扫时间的闭环调节。
进一步，所述数据采集单元进一步包括：
温度传感器，分别设置于电堆的冷却液入口管道、冷却液出口管道内，用于采集布设位置处的冷却液水温；
燃料电池单片电压监测设备，用于采集电堆中每一单片电池的输出电压；
交流阻抗测试仪，与电堆的供电输出端连接，用于实时采集电堆的交流阻抗。
上述进一步改进方案的有益效果是：增加了温度控制、电堆单片电池的输出电压控制和交流阻抗控制，使得全程无高电位吹扫，并且实现电流闭环调节。
进一步，所述数据处理与控制单元进一步执行如下程序：
接收到用户输入的关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭；
控制水泵、加热器依次启动，监测电堆的冷却液入口水温；
将获得的电堆的冷却液入口水温与阈值进行比较，一旦电堆的冷却液入口水温大于等于阈值，关闭加热器；
控制三通阀二的输出端一、输出端二调整至预设开度，控制三通阀三的主路出口关闭、旁通出口打开；
控制空压机运行在预设转速下，对电堆和加湿器分别执行热吹扫；
在热吹扫过程中，监测电堆中每一单片电池的输出电压，获得电堆的平均单片电压；
控制空压机的转速不变，通过调节电堆的输出电流，使得电堆的平均单片电压维持在预设电压以下的恒压；
监测电堆的交流阻抗，一旦电堆的交流阻抗达到设定值，关闭空压机，结束吹扫；
控制三通阀一的输入端一关闭、输入端二打开，启动散热器，对电堆执行降温操作；
在降温操作过程中，实时监测电堆的冷却液入口水温，一旦电堆冷却液入口水温降至设定值，关闭散热器，关闭三通阀的输入端二，关闭燃料电池系统。
上述进一步改进方案的有益效果是：应用交流阻抗测试电堆内阻，实现吹扫时间的闭环调节，避免电堆吹扫过干或吹扫不充分；吹扫阶段实行带载电流恒压闭环策略，避免电堆出现高电压情况；针对增湿器正常温度下不易吹干问题，通过PTC加热升温的方式实现高温吹扫。
进一步，所述执行单元进一步包括分别与水泵、加热器、散热器、空压机、增湿器、三通阀一~三通阀三控制端连接的MOS开关，以及设置于电堆与负载之间的DC-DC转换器；
所述DC-DC转换器的电阻可调，用于调节电堆的输出电流。
上述进一步改进方案的有益效果是：设备简单、成本低，易实现。
另一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池系统的关机吹扫方法，包括如下步骤：
接收到关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭；
启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；
控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫；
吹扫结束后，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统。
采用上述方案的有益效果是：相比现有技术，加热器可实现电堆的快速升温，实现热吹扫；关机吹扫过程中可实现带载吹扫，全程避免高电位，有利于延长电堆的使用寿命；针对增湿器正常温度下不易吹干的问题，通过加热器加热的方式可实现高温吹扫，有利于快速吹干增湿器，减少吹扫时间。吹扫结束后，散热器有助于实现电堆的快速降温，降低到电堆舒适的存储温度，有利于延长电堆的使用寿命。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了实施例1燃料电池系统装置组成示意图；
图2示出了实施例2燃料电池系统装置原理示意图；
图3示出了实施例2燃料电池系统装置组成示意图。
附图标记：
10- 电堆；11- 交流阻抗测试仪（与DC-DC转换器集成）； 20- 三通阀一；21- 散热器；22- PTC加热器；23- 水泵；30- 空压机；31 中冷器；32- 三通阀二；33- 增湿器； 34-单向电控阀；35- 三通阀三。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
实施例1
本发明的一个实施例公开了一种燃料电池系统，如图1所示，包括电堆、空压机、水泵、加热器、散热器、增湿器、三通阀一和控制器。
其中，电堆的空气入口经增湿器与空压机的输出端连接，冷却液入口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口与水泵的进口连接；水泵的出口经加热器与三通阀一的输入端一连接，并经散热器与三通阀一的输入端二连接。
控制器，用于接收到关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫；吹扫结束后，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统。
实施时，接收到关机指令后，控制器控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，启动水泵和加热器，冷却液走小循环，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器，升温过程结束；控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫；吹扫结束后，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，冷却液走大循环，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统（包括散热器、空压机三通阀的输入端二、水泵）。
与现有技术相比，本实施例提供的燃料电池系统装置相比现有技术，增加了增湿器、加热器、散热器、三通阀一。加热器可实现电堆的快速升温，实现热吹扫。关机吹扫过程中可实现带载吹扫，全程避免高电位，有利于延长电堆的使用寿命。针对增湿器正常温度下不易吹干的问题，通过加热器加热的方式可实现高温吹扫，有利于快速吹干增湿器，减少吹扫时间。吹扫结束后，散热器有助于实现电堆的快速降温，降低到电堆舒适的存储温度，有利于延长电堆的使用寿命。
实施例2
在实施例1的基础上进行改进，该燃料电池系统还包括三通阀二，如图2~3所示。
其中，所述电控三通阀二的输入端与空压机的输出端连接，输出端一与增湿器的空气进口连接，输出端二与电堆的空气入口连接，控制端与控制器的输出端连接。
优选地，空压机前端设置空气过滤器，过滤进入空气中粉尘、颗粒等杂质，有益于提高电堆使用寿命。
优选地，加热器可采用PTC加热器。该加热器具有体积小、热效率高、性能稳定、适应性强、故障率低等优点。
优选地，该燃料电池系统还包括中冷器。
其中，所述中冷器的空气进口与空压机的输出端连接，空气出口与三通阀二的输入端连接，冷却液进口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口与水泵的出口并联连接。
优选地，该燃料电池系统还包括三通阀三。
其中，所述三通阀三的输入端与增湿器的空气出口连接，主路出口与电堆的空气入口连接，旁通出口与增湿器的尾气进口连接，控制端与控制器的输出端连接。
优选地，该燃料电池系统还包括单向电控阀。
其中，所述单项电控阀的输入端与增湿器的尾气出口连接，控制端与控制器的输出端连接。
优选地，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元、执行单元。
数据采集单元，用于实时采集电堆的冷却液入口水温，电堆内阻，以及电堆的单片电压。
数据处理与控制单元，用于接收到关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫，直到电堆的交流阻抗大于设定值，结束吹扫，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统。
执行单元，用于根据控制单元的控制，分别控制水泵、加热器、散热器、空压机、增湿器、三通阀一~三通阀三启动或关闭。
优选地，所述数据采集单元进一步包括温度传感器、燃料电池单片电压监测设备、交流阻抗测试仪。
温度传感器，分别设置于电堆的冷却液入口管道、冷却液出口管道内，用于采集布设位置处的冷却液水温。
燃料电池单片电压监测设备，用于采集电堆中每一单片电池的输出电压。
交流阻抗测试仪，与电堆的供电输出端连接，用于实时采集电堆的交流阻抗。
优选地，所述数据处理与控制单元进一步执行如下程序：
SS1. 接收到用户输入的关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭；
SS2. 控制水泵、加热器依次启动，监测电堆的冷却液入口水温（也可以是出口水温）；
SS3. 将获得的电堆的冷却液入口水温与阈值进行比较，一旦电堆的冷却液入口水温大于等于阈值，关闭加热器；
SS4. 控制三通阀二的输出端一、输出端二调整至预设开度，控制三通阀三的主路出口关闭、旁通出口打开，控制单向电控阀打开；
SS5. 控制空压机运行在预设转速下，对电堆和加湿器分别执行热吹扫；
SS6. 在热吹扫过程中，监测电堆中每一单片电池的输出电压，获得电堆的平均单片电压；
SS7. 控制空压机的转速不变，通过调节电堆的输出电流，使得电堆的平均单片电压维持在预设电压以下的恒压（即处于DCDC恒压模式）；具体地，当平均单片电压下降时，减小电堆的输出电流（直至电流降为0），以使平均单片电压维持固定的恒压值；
SS8. 监测电堆的交流阻抗，一旦电堆的交流阻抗达到设定值，关闭空压机，结束吹扫；
SS9. 控制三通阀一的输入端一关闭、输入端二打开，启动散热器，对电堆执行降温操作；
SS10. 在降温操作过程中，实时监测电堆的冷却液入口水温，一旦电堆冷却液入口水温降至设定值，关闭散热器，关闭三通阀的输入端二，关闭燃料电池系统。
值得注意的是，上述控制程序中的电堆冷却液入口水温也可设置为冷却液出口水温。
优选地，所述执行单元进一步包括分别与水泵、加热器、散热器、空压机、三通阀一~三通阀三的控制端连接的MOS开关，以及设置于电堆与负载之间的DC-DC转换器。
DC-DC转换器的电阻可调，用于调节电堆的输出电流。
实施时，接收到关机指令后，控制器控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，启动水泵和加热器，冷却液走小循环，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器，升温过程结束；控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫，中冷器后端的空气流量分两路，一路流量直接进入电堆，进行电堆吹扫，另一路流量进入增湿器，进行增湿器吹扫，吹扫过程单项电控阀全开，分两路吹扫是为了避免干空气经过增湿器后的湿气体进入电堆内部，造成电堆吹扫时间增长；吹扫过程中，执行DC-DC恒压模式进行吹扫，控制电堆平均单片电压维持在低电位（例如，一般是0.845 V）以下运行，实现带载吹扫过程电流闭环调节，吹扫过程如果电流不变，电压会持续下降，但是电流大，不易于吹扫，所以实现电流闭环调节，有利于缩短吹扫时间，如执行空载吹扫，则会存在高电位情况，影响电堆寿命，当交流阻抗仪检测的电堆内阻值≥电堆设定的阻值时，则吹扫结束，执行后续降温流程。吹扫结束后，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，冷却液走大循环，直到所述冷却液入口水温快速降至设定值，关闭燃料电池系统（包括散热器、空压机、三通阀一的输入端二、水泵）。
与实施例1相比，本实施例提供的装置具有如下有益效果：
1. 增加了交流阻抗测量电堆内阻的功能，实现了燃料电池吹扫时间的闭环调节；
2. 关机吹扫过程中可实现恒压带载吹扫（通过DC-DC转换器接负载），全程避免高电位，有利于延长电堆的使用寿命；
3. 针对增湿器正常温度下不易吹干的问题，通过加热器加热的方式可实现高温吹扫，有利于快速吹干增湿器，减少吹扫时间；
4. 吹扫过程增加增湿器旁通的方案（三通阀三），实现了吹扫全程干空气入堆，有利于快速吹干电堆；
5. 为了避免吹扫结束时电堆温度过高，吹扫结束后通过散热器快速降温，降到电堆舒适的存储温度，有利于延长电堆的使用寿命。
实施例3
本发明的另一个实施例，公开了一种实施例1或2所述燃料电池系统的关机吹扫方法，包括如下步骤：
S1. 接收到关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭；
S2. 启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；
S3. 控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫；
S4. 吹扫结束后，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括电堆、空压机、水泵、加热器、散热器、增湿器、三通阀一和控制器；其中，
电堆的空气入口经增湿器与空压机的输出端连接，冷却液入口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口与水泵的进口连接；水泵的出口经加热器与三通阀一的输入端一连接，并经散热器与三通阀一的输入端二连接；
控制器，用于接收到关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫；吹扫结束后，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括三通阀二；其中，
所述电控三通阀二的输入端与空压机的输出端连接，输出端一与增湿器的空气进口连接，输出端二与电堆的空气入口连接，控制端与控制器的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括中冷器；其中，
所述中冷器的空气进口与空压机的输出端连接，空气出口与三通阀二的输入端连接，冷却液进口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口与水泵的出口并联连接。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括三通阀三；其中，
所述三通阀三的输入端与增湿器的空气出口连接，主路出口与电堆的空气入口连接，旁通出口与增湿器的尾气进口连接，控制端与控制器的输出端连接。
5.根据权利要求1~4之一所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括单向电控阀；
所述单项电控阀的输入端与增湿器的尾气出口连接，控制端与控制器的输出端连接。
6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制器进一步包括依次连接的：
数据采集单元，用于实时采集电堆的冷却液入口水温，电堆内阻，以及电堆的单片电压；
数据处理与控制单元，用于接收到关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫，直到电堆的交流阻抗大于设定值，结束吹扫，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统；
执行单元，用于根据控制单元的控制，分别控制水泵、加热器、散热器、空压机、增湿器、三通阀一~三通阀三启动或关闭。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括：
温度传感器，分别设置于电堆的冷却液入口管道、冷却液出口管道内，用于采集布设位置处的冷却液水温；
燃料电池单片电压监测设备，用于采集电堆中每一单片电池的输出电压；
交流阻抗测试仪，与电堆的供电输出端连接，用于实时采集电堆的交流阻抗。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述数据处理与控制单元进一步执行如下程序：
接收到用户输入的关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭；
控制水泵、加热器依次启动，监测电堆的冷却液入口水温；
将获得的电堆的冷却液入口水温与阈值进行比较，一旦电堆的冷却液入口水温大于等于阈值，关闭加热器；
控制三通阀二的输出端一、输出端二调整至预设开度，控制三通阀三的主路出口关闭、旁通出口打开；
控制空压机运行在预设转速下，对电堆和加湿器分别执行热吹扫；
在热吹扫过程中，监测电堆中每一单片电池的输出电压，获得电堆的平均单片电压；
控制空压机的转速不变，通过调节电堆的输出电流，使得电堆的平均单片电压维持在预设电压以下的恒压；
监测电堆的交流阻抗，一旦电堆的交流阻抗达到设定值，关闭空压机，结束吹扫；
控制三通阀一的输入端一关闭、输入端二打开，启动散热器，对电堆执行降温操作；
在降温操作过程中，实时监测电堆的冷却液入口水温，一旦电堆冷却液入口水温降至设定值，关闭散热器，关闭三通阀的输入端二，关闭燃料电池系统。
9.根据权利要求7或8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述执行单元进一步包括分别与水泵、加热器、散热器、空压机、增湿器、三通阀一~三通阀三控制端连接的MOS开关，以及设置于电堆与负载之间的DC-DC转换器；
所述DC-DC转换器的电阻可调，用于调节电堆的输出电流。
10.一种权利要求1~9之一所述燃料电池系统的关机吹扫方法，其特征在于，包括如下步骤：
接收到关机指令后，控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭；
启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；
控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫；
吹扫结束后，控制三通阀一的输入端一关闭，输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭燃料电池系统。
CN202111454400.6A 2021-12-02 2021-12-02 一种燃料电池系统及其关机吹扫方法 Pending CN113964345A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111454400.6A CN113964345A (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种燃料电池系统及其关机吹扫方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111454400.6A CN113964345A (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种燃料电池系统及其关机吹扫方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113964345A true CN113964345A (zh) 2022-01-21

Family

ID=79472788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111454400.6A Pending CN113964345A (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种燃料电池系统及其关机吹扫方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113964345A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114361532A (zh) * 2022-03-15 2022-04-15 北京亿华通科技股份有限公司 一种车用液氢燃料电池发动机装置
CN114927728A (zh) * 2022-04-13 2022-08-19 东风汽车集团股份有限公司 燃料电池系统停机泄放控制方法及装置、车辆
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
CN115799571A (zh) * 2023-02-03 2023-03-14 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 燃料电池系统与燃料电池系统吹扫方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114361532A (zh) * 2022-03-15 2022-04-15 北京亿华通科技股份有限公司 一种车用液氢燃料电池发动机装置
CN114927728A (zh) * 2022-04-13 2022-08-19 东风汽车集团股份有限公司 燃料电池系统停机泄放控制方法及装置、车辆
CN114927728B (zh) * 2022-04-13 2023-09-12 东风汽车集团股份有限公司 燃料电池系统停机泄放控制方法及装置、车辆
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
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
CN115799571A (zh) * 2023-02-03 2023-03-14 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 燃料电池系统与燃料电池系统吹扫方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113964345A (zh) 一种燃料电池系统及其关机吹扫方法
CN111224131B (zh) 燃料电池系统及其低温吹扫方法
CN209786084U (zh) 车用燃料电池系统的冷却系统
CA2691063C (en) Fuel cell with forced fluid drive
KR101240987B1 (ko) 연료전지 차량
JP2016018607A (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
CN113964344A (zh) 一种燃料电池的进气温度控制装置及其控制方法
CN111613813B (zh) 一种燃料电池空气供给系统及其泄压控制方法
CN112201806A (zh) 燃料电池的控制系统及方法、装置、存储介质及处理器
JP5742946B2 (ja) 燃料電池システム
JP6179672B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
CN114023995A (zh) 燃料电池系统及其控制方法和控制装置、车辆
CN114188571A (zh) 一种车载燃料电池系统及其启动运行控制方法
CN216311838U (zh) 一种燃料电池系统装置
CN112751056B (zh) 一种燃料电池吹扫系统以及控制方法
JP5742481B2 (ja) 燃料電池車両用空調装置
CN102201584B (zh) 用于阀控制的冷却剂旁通路径的诊断原理
JP2003178778A (ja) 燃料電池システム
JP5212882B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池の冷却方法
CN114530615A (zh) 一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法
JP7435875B2 (ja) 燃料電池システム
JP2004273347A (ja) 燃料電池システムおよびその暖機方法
KR20210132317A (ko) 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법
CN114583211B (zh) 一种燃料电池系统及燃料电池系统低温启动方法
JP7298547B2 (ja) 燃料電池システム

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