CN115911460A - 氢燃料电池系统的停机方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种氢燃料电池系统的停机方法及系统，其中，方法包括：响应于氢燃料电池系统接收到关闭信号，关闭氢气瓶，并开启氮气瓶，通过氮气对氢燃料电池系统中电堆阳极侧的氢腔进行吹扫；检测氢燃料电池系统中单片氢燃料电池的电压；根据单片氢燃料电池的电压，通过与单片氢燃料电池对应的放电电路，对单片氢燃料电池进行放电；响应于所有单片氢燃料电池的电压均低于第二预设阈值，检测氢燃料电池系统中氢气出口压力值；响应于氢燃料电池系统中氢气出口压力值到达保压阈值，关闭氮气瓶，完成氢燃料电池系统的停机。本申请可加快停机吹扫的时间，提高放电效率，增加氢燃料电池系统的使用寿命。

Description

氢燃料电池系统的停机方法及系统

技术领域

本申请涉及氢燃料电池系统技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池系统的停机方法及系统。

背景技术

随着世界经济增长带来的环境问题日益严峻，碳达峰、碳中和理念也随之提出。质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为新型清洁能源发电系统，也备受人们的关注。PEMFC燃料电池在运行时阳极通道充斥着氢气，阴极通道充斥着氧气或压缩空气。当燃料电池停机后，电堆阳极侧中残留的氢气会通过尾排阀排出，但氢气不会一次性排完，这是一个缓慢的过程。随着氢气的慢慢消耗，阴极侧空气随着气压的作用逐渐流入电堆阳极侧与残留氢气形成氢空界面，严重影响电堆的性能和寿命。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请第一方面提出了一种氢燃料电池系统的停机方法，包括：

响应于所述氢燃料电池系统接收到关闭信号，关闭氢气瓶，并开启氮气瓶，通过氮气对所述氢燃料电池系统中电堆阳极侧的氢腔进行吹扫；

检测所述氢燃料电池系统中单片氢燃料电池的电压；

根据所述单片氢燃料电池的电压，通过与所述单片氢燃料电池对应的放电电路，对所述单片氢燃料电池进行放电；

响应于所有所述单片氢燃料电池的电压均低于第二预设阈值，检测所述氢燃料电池系统中氢气出口压力值；

响应于所述氢燃料电池系统中氢气出口压力值到达保压阈值，关闭所述氮气瓶，完成所述氢燃料电池系统的停机。

在本申请一些实施例中，所述根据所述单片氢燃料电池的电压，通过与所述单片氢燃料电池对应的放电电路，对所述单片氢燃料电池进行放电，包括：响应于所述氢燃料电池系统中存在单片氢燃料电池的电压小于第一预设阈值，闭合全部电阻开关，以对所述氢燃料电池系统中的所有单片氢燃料电池进行放电；其中，每两片所述单片氢燃料电池对应一个放电电路，每个所述放电电路包括一个电阻和一个电阻开关。

在本申请一些实施例中，所述方法还包括：检测当前单片氢燃料电池的电压；响应于所述当前单片氢燃料电池的电压低于第二预设阈值，断开所述当前单片氢燃料电池所对应的电阻开关；继续检测下一单片氢燃料电池的电压，并判断是否断开所述下一单片氢燃料电池所对应的电阻开关；重复上一步骤，直至所述所有单片氢燃料电池所对应的电阻开关断开。

本申请第二方面提出了一种氢燃料电池系统的停机系统，包括：

高压氢气瓶，用于通过氢气入堆管道为氢燃料电池阳极通道提供氢气；

氮气瓶，用于通过氮气吹扫管道为所述氢燃料电池提供停机吹扫氢腔的氮气；

放电电路，用于通过所述放电电路中的电阻与电阻开关，对所述氢燃料电池系统中的单片氢燃料电池进行放电；其中，每两片所述单片氢燃料电池对应一个放电电路，每个所述放电电路包括一个电阻和一个电阻开关。

在本申请一些实施例中，所述系统还包括：尾排阀，用于通过氢气出堆管道排出所述氢燃料电池系统中氢腔内的气体。

在本申请一些实施例中，所述放电电路还包括：燃料电池电堆巡检CVM，其中，所述燃料电池电堆巡检CVM用于：采集所述氢燃料电池系统中单片氢燃料电池的电压。

本申请第三方面提出了一种氢燃料电池系统的停机装置，包括：

吹扫模块，用于响应于所述氢燃料电池系统接收到关闭信号，关闭氢气瓶，并开启氮气瓶，通过氮气对所述氢燃料电池系统中电堆阳极侧的氢腔进行吹扫；

电压检测模块，用于检测所述氢燃料电池系统中单片氢燃料电池的电压；

放电模块，用于根据所述单片氢燃料电池的电压，通过与所述单片氢燃料电池对应的放电电路，对所述单片氢燃料电池进行放电；

压力检测模块，用于响应于所有所述单片氢燃料电池的电压均低于第二预设阈值，检测所述氢燃料电池系统中氢气出口压力值；

关闭模块，用于响应于所述氢燃料电池系统中氢气出口压力值到达保压阈值，关闭所述氮气瓶，完成所述氢燃料电池系统的停机。

在本申请一些实施例中，所述放电模块具体用于：响应于所述氢燃料电池系统中存在单片氢燃料电池的电压小于第一预设阈值，闭合全部电阻开关，以对所述氢燃料电池系统中的所有单片氢燃料电池进行放电；其中，每两片所述单片氢燃料电池对应一个放电电路，每个所述放电电路包括一个电阻和一个电阻开关。

本申请第四方面提出了一种电子设备，包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器能够执行前述第一方面所述的方法。

本申请第五方面提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行前述第一方面所述的方法。

根据本申请实施例的氢燃料电池系统的停机方法，在氢燃料电池系统停机时，使用氮气对电堆氢腔进行吹扫，使氢腔充满氮气，避免氢空界面的产生。当吹扫进行到一定程度时，对氢燃料电池系统中的单片氢燃料电池进行单独放电，即加快了停机吹扫的时间，还可在一定程度上避免氢燃料电池因一致性较差而整体放电引起的电堆衰减等问题，提高放电效率，增加氢燃料电池系统的使用寿命。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例所提供的一种氢燃料电池系统的停机方法的流程示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种氢燃料电池系统的停机系统的示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种氢燃料电池系统的停机装置的示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

本申请提出一种氢燃料电池系统的停机方法及系统。具体地，下面参考附图描述本申请实施例的氢燃料电池系统的停机方法及系统。

图1为本申请实施例所提供的一种氢燃料电池系统的停机方法的流程示意图。如图1所示，该氢燃料电池系统的停机方法可以包括以下步骤：

步骤101，响应于氢燃料电池系统接收到关闭信号，关闭氢气瓶，并开启氮气瓶，通过氮气对氢燃料电池系统中电堆阳极侧的氢腔进行吹扫。

步骤102，检测氢燃料电池系统中单片氢燃料电池的电压。

步骤103，根据单片氢燃料电池的电压，通过与单片氢燃料电池对应的放电电路，对单片氢燃料电池进行放电。

也就是说，在氮气吹扫过程中对单片氢燃料电池的电压进行检测。可选地，在本申请一些实施例中，当氢燃料电池系统中存在单片氢燃料电池的电压小于第一预设阈值时，可通过闭合全部电阻开关的方式，对氢燃料电池系统中的所有单片氢燃料电池进行放电。其中，每两片单片氢燃料电池对应一个放电电路，每个放电电路包括一个电阻和一个电阻开关。作为一种示例，第一预设阈值可设为400mV。

步骤104，响应于所有单片氢燃料电池的电压均低于第二预设阈值，检测氢燃料电池系统中氢气出口压力值。

作为一种示例，第二预设阈值可设为200mV，并通过氢气出口压力传感器检测氢燃料电池系统中氢气出口压力值。

可选地，在本申请一些实施例中，可检测当前单片氢燃料电池的电压。如果当前单片氢燃料电池的电压低于第二预设阈值，则断开当前单片氢燃料电池所对应的电阻开关，并继续检测下一单片氢燃料电池的电压，判断是否断开下一单片氢燃料电池所对应的电阻开关。重复上一步骤，直至所有单片氢燃料电池所对应的电阻开关断开。在单片氢燃料电池的电压低于第二预设阈值时，断开单片氢燃料电池所对应的电阻开关，停止该单片氢燃料电池放电，可在一定程度上避免氢气完全消耗时，电阻继续抽取能量，从而造成进一步电解水或碳腐蚀的情况，延长氢燃料电池的使用寿命。

步骤105，响应于氢燃料电池系统中氢气出口压力值到达保压阈值，关闭氮气瓶，完成氢燃料电池系统的停机。

其中，保压阈值可以根据氢燃料电池阴极侧压力设定。

根据本申请实施例的氢燃料电池系统的停机方法，在氢燃料电池系统停机时，使用氮气对电堆氢腔进行吹扫，使氢腔充满氮气，避免氢空界面的产生。当吹扫进行到一定程度时，对氢燃料电池系统中的单片氢燃料电池进行单独放电，即加快了停机吹扫的时间，还可在一定程度上避免氢燃料电池因一致性较差而整体放电引起的电堆衰减等问题，提高放电效率，增加氢燃料电池系统的使用寿命。

为实现上述实施例，本申请还提供了一种氢燃料电池系统的停机系统。图2为本申请实施例所提供的一种氢燃料电池系统的停机系统的示意图。如图2所示，该氢燃料电池系统的停机系统包括：

高压氢气瓶1，用于通过氢气入堆管道为氢燃料电池阳极通道提供氢气。

其中，氢气入堆管道还可包括第一减压阀2，第二减压阀3,中压温度传感器4，中压压力传感器5，三通阀6，比例阀7，阳极入口安全阀8，氢气入口温度传感器9，氢气入口压力传感器10。第一减压阀2和第二减压阀3用于减弱高压氢气瓶1出来的压力，在本申请实施例中可采用二级减压。中压温度传感器4用于监测中压段氢气温度。中压压力传感器5用于监测中压段氢气压力。比例阀7用于按需求为燃料电池所需氢气的压力、流量进行控制。三通阀6用于转换氢气或氮气进气方向。阳极入口安全阀8用于保证入堆侧氢气压力不会太高，避免过高压力击穿质子交换膜。氢气入口温度传感器9用于监测氢气入堆温度。氢气入口压力传感器10用于监测氢气入堆压力，并进行必要控制。

氮气瓶13，用于通过氮气吹扫管道为氢燃料电池提供停机吹扫氢腔的氮气。

其中，氮气吹扫管道还可包括开关阀14。氮气瓶13中的氮气经开关阀14、三通阀6进入氢燃料电池系统中的电堆阳极侧氢腔。在本申请一些实施例中，若氮气瓶13压力过高，可在氮气瓶13与开关阀14之间增加减压阀（减压阀图1中未示出）。

放电电路20，用于通过放电电路中的电阻18与电阻开关19，对氢燃料电池系统中的单片氢燃料电池进行放电。其中，每两片单片氢燃料电池对应一个放电电路，每个放电电路包括一个电阻和一个电阻开关。

其中，氢燃料电池系统还包括端板15、绝缘板16、集流板17。

可选地，在本申请一些实施例中，氢燃料电池系统的停机系统还可包括尾排阀12及氢气出口压力传感器11，用于通过氢气出堆管道排出氢燃料电池系统中氢腔内的气体。

可选地，在本申请一些实施例中，放电电路可还包括燃料电池电堆巡检CVM。其中，燃料电池电堆巡检CVM可集成在电堆内部，用于采集所述氢燃料电池系统中单片氢燃料电池的电压。

根据本申请实施例的氢燃料电池系统的停机系统，可在氢燃料电池系统停机时，使用氮气对电堆氢腔进行吹扫，使氢腔充满氮气，避免氢空界面的产生。并在吹扫进行到一定程度时，基于放电电路对氢燃料电池系统中的单片氢燃料电池进行单独放电，即加快了停机吹扫的时间，还可在一定程度上避免氢燃料电池因一致性较差而整体放电引起的电堆衰减等问题，提高放电效率，增加氢燃料电池系统的使用寿命。

图3为本申请实施例所提供的一种氢燃料电池系统的停机装置的示意图。如图3所示，该氢燃料电池系统的停机装置包括：吹扫模块301、电压检测模块302、放电模块303、压力检测模块304和关闭模块305。其中，

吹扫模块301，用于响应于氢燃料电池系统接收到关闭信号，关闭氢气瓶，并开启氮气瓶，通过氮气对氢燃料电池系统中电堆阳极侧的氢腔进行吹扫。

电压检测模块302，用于检测氢燃料电池系统中单片氢燃料电池的电压。

放电模块303，用于根据单片氢燃料电池的电压，通过与单片氢燃料电池对应的放电电路，对单片氢燃料电池进行放电。

在本申请一些实施例中，放电模块303具体用于：响应于氢燃料电池系统中存在单片氢燃料电池的电压小于第一预设阈值，闭合全部电阻开关，以对氢燃料电池系统中的所有单片氢燃料电池进行放电；其中，每两片单片氢燃料电池对应一个放电电路，每个放电电路包括一个电阻和一个电阻开关。

压力检测模块304，用于响应于所有单片氢燃料电池的电压均低于第二预设阈值，检测氢燃料电池系统中氢气出口压力值。

关闭模块305，用于响应于氢燃料电池系统中氢气出口压力值到达保压阈值，关闭氮气瓶，完成氢燃料电池系统的停机。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

根据本申请实施例的氢燃料电池系统的停机装置，在氢燃料电池系统停机时，使用氮气对电堆氢腔进行吹扫，使氢腔充满氮气，避免氢空界面的产生。当吹扫进行到一定程度时，对氢燃料电池系统中的单片氢燃料电池进行单独放电，即加快了停机吹扫的时间，还可在一定程度上避免氢燃料电池因一致性较差而整体放电引起的电堆衰减等问题，提高放电效率，增加氢燃料电池系统的使用寿命。

为了实现上述实施例，本申请还提供了一种电子设备。图4为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构框图。如图4所示，该电子设备400可包括存储器401、处理器402及存储在存储器401上并可在处理器402上运行的计算机程序403，当处理器402执行计算机程序403时，执行本申请上述任一实施例所述的氢燃料电池系统的停机方法。

为了实现上述实施例，本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本申请上述任一实施例所述的氢燃料电池系统的停机方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池系统的停机方法，其特征在于，包括以下步骤：

响应于所述氢燃料电池系统接收到关闭信号，关闭氢气瓶，并开启氮气瓶，通过氮气对所述氢燃料电池系统中电堆阳极侧的氢腔进行吹扫；

检测所述氢燃料电池系统中单片氢燃料电池的电压；

根据所述单片氢燃料电池的电压，通过与所述单片氢燃料电池对应的放电电路，对所述单片氢燃料电池进行放电；

响应于所有所述单片氢燃料电池的电压均低于第二预设阈值，检测所述氢燃料电池系统中氢气出口压力值；

响应于所述氢燃料电池系统中氢气出口压力值到达保压阈值，关闭所述氮气瓶，完成所述氢燃料电池系统的停机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述单片氢燃料电池的电压，通过与所述单片氢燃料电池对应的放电电路，对所述单片氢燃料电池进行放电，包括：

响应于所述氢燃料电池系统中存在单片氢燃料电池的电压小于第一预设阈值，闭合全部电阻开关，以对所述氢燃料电池系统中的所有单片氢燃料电池进行放电；其中，每两片所述单片氢燃料电池对应一个放电电路，每个所述放电电路包括一个电阻和一个电阻开关。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

检测当前单片氢燃料电池的电压；

响应于所述当前单片氢燃料电池的电压低于第二预设阈值，断开所述当前单片氢燃料电池所对应的电阻开关；

继续检测下一单片氢燃料电池的电压，并判断是否断开所述下一单片氢燃料电池所对应的电阻开关；

重复上一步骤，直至所述所有单片氢燃料电池所对应的电阻开关断开。

4.一种氢燃料电池系统的停机系统，其特征在于，包括：

高压氢气瓶，用于通过氢气入堆管道为氢燃料电池阳极通道提供氢气；

氮气瓶，用于通过氮气吹扫管道为所述氢燃料电池提供停机吹扫氢腔的氮气；

放电电路，用于通过所述放电电路中的电阻与电阻开关，对所述氢燃料电池系统中的单片氢燃料电池进行放电；其中，每两片所述单片氢燃料电池对应一个放电电路，每个所述放电电路包括一个电阻和一个电阻开关。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

尾排阀，用于通过氢气出堆管道排出所述氢燃料电池系统中氢腔内的气体。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述放电电路还包括：燃料电池电堆巡检CVM，其中，所述燃料电池电堆巡检CVM用于：

采集所述氢燃料电池系统中单片氢燃料电池的电压。

7.一种氢燃料电池系统的停机装置，其特征在于，包括：

吹扫模块，用于响应于所述氢燃料电池系统接收到关闭信号，关闭氢气瓶，并开启氮气瓶，通过氮气对所述氢燃料电池系统中电堆阳极侧的氢腔进行吹扫；

电压检测模块，用于检测所述氢燃料电池系统中单片氢燃料电池的电压；

放电模块，用于根据所述单片氢燃料电池的电压，通过与所述单片氢燃料电池对应的放电电路，对所述单片氢燃料电池进行放电；

压力检测模块，用于响应于所有所述单片氢燃料电池的电压均低于第二预设阈值，检测所述氢燃料电池系统中氢气出口压力值；

关闭模块，用于响应于所述氢燃料电池系统中氢气出口压力值到达保压阈值，关闭所述氮气瓶，完成所述氢燃料电池系统的停机。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述放电模块具体用于：

响应于所述氢燃料电池系统中存在单片氢燃料电池的电压小于第一预设阈值，闭合全部电阻开关，以对所述氢燃料电池系统中的所有单片氢燃料电池进行放电；其中，每两片所述单片氢燃料电池对应一个放电电路，每个所述放电电路包括一个电阻和一个电阻开关。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器能够执行权利要求1-3中任一项所述的方法。

10.一种非临时性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行权利要求1-3中任一项所述的方法。

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