CN116230990A - 一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN116230990A
CN116230990A CN202211694062.8A CN202211694062A CN116230990A CN 116230990 A CN116230990 A CN 116230990A CN 202211694062 A CN202211694062 A CN 202211694062A CN 116230990 A CN116230990 A CN 116230990A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
preset
voltage
throttle valve
purging
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
CN202211694062.8A
Other languages
English (en)
Inventor
孔红兵
胡军
刘煜
张续凯
邹涛亮
曹蕾
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.)
Dongfang Electric Chengdu Hydrogen Fuel Cell Technology Co ltd
Original Assignee
Dongfang Electric Chengdu Hydrogen Fuel Cell Technology 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 Dongfang Electric Chengdu Hydrogen Fuel Cell Technology Co ltd filed Critical Dongfang Electric Chengdu Hydrogen Fuel Cell Technology Co ltd
Priority to CN202211694062.8A priority Critical patent/CN116230990A/zh
Publication of CN116230990A publication Critical patent/CN116230990A/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
    • H01M8/04007—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
    • H01M8/04082—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
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • 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
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (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

本发明公开了一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质，其中吹扫方法包括：第一阶段吹扫：燃料电池系统停机时，加载电流至第一预设电流进行运行，控制电堆温度大于预设温度，对电堆进行带载运行吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第一预设电压时，减小运行电流；第二阶段吹扫：当实际电流降至第二预设电流时，保持电堆持续放电，快速停止阴极侧风量供应并静止一段时间；当最小节电压小于第二预设电压时，快速恢复阴极侧风量供应并加大风量，同时降低温度继续吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第三预设电压时，停机结束。本发明可解决阳极侧多孔电极难以吹干等问题，提升燃料电池系统零度以下低温储存和低温无损启动性能。

Description

一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
质子交换膜燃料电池在工作时，反应区存在气态水和液态水，低温冷启动过程(0℃以下的启动)中，由于电池温度低于水的冰点，故而上一次停机后电池内残留的水和电化学反应生成的水都存在结冰的可能。电池堆内水结冰后，会阻止反应气体传输，结冰形成的冰碴会在电池堆内产生应力，不仅损伤催化剂界面和多孔电极的基体材料，还会影响电池堆的流道，以及相应管道、密封结构等。
因此，在寒冷条件下，为保证电池堆和燃料电池系统在低温环境下的顺利、无损启动，则需将多孔电极内的水含量控制到合理的范围。一般关机运行时电流较小，氢气流量也较小，因此阳极侧多孔电极含水量难以吹干。阴极侧可以采用较大的风量，阴极侧多孔电极较容易吹干。所以阳极侧多孔电极的含水量控制是低温关机吹扫的重点。
目前大部分低温停机吹扫方法是通过采用小电流和大风量(计量比为3-10倍以上)运行，同时通过监测电堆内阻或最低电压进行判断电堆是否吹干，但是这种方法造成膜电极长期处于高电位，会极大的影响膜电极寿命。同时这种方法也很难将阳极吹干，当停机结束后，随着电堆温度的下降，阳极侧也会再次产生凝露，难以满足低温储存条件和影响低温启动。
为解决这一难题，部分专利采用相对较小的风量和较低的温度进行多级吹扫，同时监测电堆内阻等参数，使电堆的含水量降到满足低温储存的目标值，但这种方法由于吹扫温度低，吹扫风量小，需要吹扫很长时间才能将电池堆内的水蒸气/水排尽，导致停机时间较长影响客户使用的体验。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质，可以解决阳极侧多孔电极难以吹干的难题，同时可避免采用大风量吹扫导致的高电位问题，提升燃料电池系统零度以下低温储存和低温无损启动性能。还可以解决采用较低风量和温度进行多级吹扫导致关机吹扫时间过长的问题，缩短停机时间，提升客户使用体验感，同时降低系统关机吹扫的氢耗。
本发明采用的技术方案如下：
一种燃料电池系统停机吹扫方法，包括：
第一阶段吹扫：燃料电池系统停机时，加载电流至第一预设电流I1进行运行，控制电堆温度大于预设温度T，对电堆进行带载运行吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第一预设电压V1时，减小运行电流至第二预设电流I2；
第二阶段吹扫：当实际电流降至第二预设电流I2时，保持电堆持续放电，快速停止阴极侧风量供应并静止一段时间，从而通过电化学拖曳作用使阳极侧剩余的水或水蒸气快速迁移到阴极侧；当最小节电压小于第二预设电压V2时，快速恢复阴极侧风量供应并加大风量，同时降低温度继续吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第三预设电压V3时，停机结束。
进一步地，所述第一阶段吹扫包括以下步骤：
S1.设置第一阶段吹扫的预设温度T，控制节温器使燃料电池入口或出口冷却介质温度维持在预设温度T之上，加载第一预设电流密度J1，设定阴极侧的吹扫空气计量比α1，且α1应大于该电流密度J1下正常运行所用空气计量比；对电堆进行带载运行吹扫，直至平均节电压或最小节电压降至第一预设电压V1；
S2.当平均节电压或最小节电压降至第一预设电压V1时，降低运行电流密度，同时降低阴极侧运行风量，阳极侧氢气循环泵转速保持不变；当实际电流密度到达第二预设电流密度J2时，第一阶段吹扫结束。
进一步地，所述第二阶段吹扫包括以下步骤：
S3.当步骤S2中实际电流密度到达第二预设电流密度J2时，关闭空压机，同时关闭加湿器的进气节气门和出气节气门，保持电堆在第二预设电流密度J2下的持续放电，维持氢气循环泵的转速，使系统静止一段时间；
S4.当最小节电压小于第二预设电压V2时，快速恢复阴极侧风量的供应，并打开加湿器的进气节气门和出气节气门，开启空压机，继续进行吹扫；同时节温器切至大循环，加大散热器对电堆进行快速降温吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第三预设电压V3时，第二阶段吹扫结束，整个停机流程结束。
进一步地，所述第二阶段吹扫包括以下步骤：
S3'.当步骤S2中实际电流密度到达第二预设电流密度J2时，开启旁路节气门，保持空压机的运转，同时关闭加湿器的进气节气门和出气节气门，保持电堆在第二预设电流密度J2下的持续放电，维持氢气循环泵的转速，使系统静止一段时间；
S4'.当最小节电压小于第二预设电压V2时，快速恢复阴极侧风量的供应，并打开加湿器的进气节气门和出气节气门，关闭旁路节气门，继续进行吹扫；同时节温器切至大循环，加大散热器对电堆进行快速降温吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第三预设电压V3时，第二阶段吹扫结束，整个停机流程结束。
一种燃料电池系统停机吹扫装置，包括：空气过滤器、流量计、空压机、中冷器、进气节气门、加湿器、出气节气门、旁路节气门、供氢模块、氢气循环泵、气水分离器、排气阀、排水阀、冷却泵、节温器和散热器；所述空气过滤器、流量计、空压机、中冷器、进气节气门、加湿器、出气节气门依次连接；所述旁路节气门一端连接中冷器，另一端连接排气阀；所述供氢模块、氢气循环泵、气水分离器依次连接，所述气水分离器分别连接排气阀、排水阀；所述冷却泵、节温器和散热器互相连接；所述加湿器、供氢模块、气水分离器、冷却泵、节温器均与电堆相连接。
进一步地，所述吹扫装置运行时，空气经过管道进入空气过滤器，过滤后进入流量计监测空气流量，再进入空压机中进行加压，再经过中冷器降温后进入加湿器中进行加湿，再进入电堆中进行化学反应，反应完后的湿空气从电堆出来后再进入加湿器对加湿器入口的干空气进行加湿，加湿器出口湿空气经过出气节气门排出；氢气经过供氢模块减压后进入电堆中进行化学反应，反应完后过剩的氢气经过气水分离器进行气液分离，分离出来的液态水经排水阀排走，分离出来的氢气经氢气循环泵再次和供氢模块出来的新鲜氢气进行混合并进入电堆中进行反应。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述燃料电池系统停机吹扫方法。
一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述燃料电池系统停机吹扫方法。
本发明的有益效果在于：
(1)第一阶段吹扫时，采用较高温度和适当风量带载吹扫，可使电堆内大部分的水蒸气/水快速排尽，同时可避免高电位产生；
(2)第一阶段吹扫时，采用加载较小的电流进行带载吹扫，可减少电堆的产水量，有利于电堆内水蒸气/水快速排尽；
(3)第二阶段吹扫时，采用快速关闭阴极供风，同时保持电堆持续放电，通过电化学拖曳作用(电化学拖曳是质子膜中最主要的水传输模式)使阳极侧水快速迁移到阴极侧，解决阳极侧水蒸气/水难以排尽难题，同时也便于后续阴极侧吹扫排尽；
(4)第二阶段吹扫时，当阳极侧水受到电化学拖曳作用迁移到阴极侧后，阴极侧采用增加风量和降温方式吹扫，可以加快电堆内剩余小部分水蒸气/水的快速排尽，缩短吹扫时间。
(5)通过上述两个阶段的吹扫，可以在停机阶段快速地将电堆中的水蒸气/水吹扫排尽，使系统满足零下低温储存条件。
附图说明
图1是本发明实施例1的燃料电池系统停机吹扫方法流程图。
图2是本发明实施例3的燃料电池系统停机吹扫装置原理图。
附图标记：1-空气过滤器，2-流量计，3-空压机，4-中冷器，5-进气节气门，6-加湿器，7-电堆，8-出气节气门，9-旁路节气门，10-供氢模块，11-氢气循环泵，12-气水分离器，13-排气阀，14-排水阀，15-冷却泵，16-节温器，17-散热器。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池系统停机吹扫方法，包括：
第一阶段吹扫：燃料电池系统停机时，加载电流至第一预设电流I1进行运行，控制电堆温度大于预设温度T，对电堆进行带载运行吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第一预设电压V1时，减小运行电流至第二预设电流I2；
第二阶段吹扫：当实际电流降至第二预设电流I2时，保持电堆持续放电，快速停止阴极侧风量供应并静止一段时间，从而通过电化学拖曳作用使阳极侧剩余的水或水蒸气快速迁移到阴极侧；当最小节电压小于第二预设电压V2时，快速恢复阴极侧风量供应并加大风量，同时降低温度继续吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第三预设电压V3时，停机结束。
优选地，第一阶段吹扫包括以下步骤：
S1.设置第一阶段吹扫的预设温度T，控制节温器使燃料电池入口或出口冷却介质温度维持在预设温度T之上，加载第一预设电流密度J1，设定阴极侧的吹扫空气计量比α1，且α1应大于该电流密度J1下正常运行所用空气计量比；对电堆进行带载运行吹扫，直至平均节电压或最小节电压降至第一预设电压V1。
S2.当平均节电压或最小节电压降至第一预设电压V1时，降低运行电流密度，同时降低阴极侧运行风量，阳极侧氢气循环泵转速保持不变；当实际电流密度到达第二预设电流密度J2时，第一阶段吹扫结束。第一阶段的吹扫可以将电堆中大部分的水蒸气/水吹扫排尽。
优选地，第二阶段吹扫包括以下步骤：
S3.当步骤S2中实际电流密度到达第二预设电流密度J2时，关闭空压机，同时关闭加湿器的进气节气门和出气节气门，保持电堆在第二预设电流密度J2下的持续放电，维持氢气循环泵的转速，使系统静止一段时间。在此期间阳极侧会持续供应氢气，由于电堆在持续放电，阳极侧催化反应产生的质子会携带水分子通过质子膜从阳极扩散到阴极，从而将阳极侧中难以吹扫的剩余小部分水分子迁移至阴极侧。静止期间，阴极侧停止了风量的供应，因此电堆节电压会持续下降，一段时间后，节电压会降至很低。
S4.当最小节电压小于第二预设电压V2时，快速恢复阴极侧风量的供应，并打开加湿器的进气节气门和出气节气门，开启空压机，继续进行吹扫；同时节温器切至大循环，加大散热器对电堆进行快速降温吹扫。经过步骤S3将阳极侧水蒸气/水迁移至阴极侧后，加大吹扫风量和降低温度可以快速实现阴、阳极多孔电极中剩余水蒸气/水的排出，缩短停机吹扫时长。当平均节电压或最小节电压小于第三预设电压V3时，第二阶段吹扫结束，整个停机流程结束。
具体地，本实例的停机吹扫方法具体可通过以下步骤实现：
S1.预设第一阶段温度为50℃，控制节温器使燃料电池入口或出口冷却介质温度维持在≥50℃，加载电流密度为0.1～0.3A/cm2之间，阴极侧给予合适吹扫空气量(大于该电密下正常运行所用空气计量比)，保持平均节电压不超过0.85V，对系统进行带载运行吹扫，直至平均节电压下降到预设电压0.75V。
S2.当平均节电压下降到预设电压0.75V时，降低运行电密至0.05～0.2A/cm2之间，同时降低阴极侧运行风量，阳极侧氢气循环泵转速保持不变。当实际电密到达设定电密时，第一阶段吹扫结束，第一阶段的吹扫可以将电堆中大部分的水蒸气/水吹扫排尽。
S3.当步骤S2中实际电密到达设定电密时，关闭空压机，同时关闭进气节气门和出气节气门，保持电堆在目标电密下的持续放电，维持氢气循环泵的转速，使系统静止一段时间。在此期间阳极侧会持续供应氢气，由于电堆在持续放电，阳极侧催化反应产生的质子会携带水分子通过质子膜从阳极扩散到阴极，从而将阳极侧中难以吹扫的剩余小部分水分子迁移至阴极侧。静止期间，阴极侧停止了风量的供应，因此电堆节电压会持续下降，一段时间后，节电压会降至很低，当最小节电压≤预设值0.2V时，快速恢复阴极侧风量的供应。
S4.当最小节电压≤预设值0.2V时，快速打开进气节气门和出气节气门，开启空压机，给予较大的空气计量比进行吹扫。同时节温器切至大循环，加大散热器对电堆进行快速降温吹扫。经过步骤S3将阳极侧水蒸气/水迁移至阴极侧后，加大吹扫风量和降低温度可以快速实现阴、阳极多孔电极中剩余水蒸气/水的排出，缩短停机吹扫时长。当平均节电压低于预设电压0.75V时，第二阶段吹扫结束，整个停机流程结束。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上：
本实施例提供了一种燃料电池系统停机吹扫方法，本实施例与实施例1的区别在于第二阶段吹扫不同。本实施例的第二阶段吹扫包括以下步骤：
S3'.当步骤S2中实际电流密度到达第二预设电流密度J2时，开启旁路节气门，保持空压机的运转，同时关闭加湿器的进气节气门和出气节气门，保持电堆在第二预设电流密度J2下的持续放电，维持氢气循环泵的转速，使系统静止一段时间。在此期间阳极侧会持续供应氢气，由于电堆在持续放电，阳极侧催化反应产生的质子会携带水分子通过质子膜从阳极扩散到阴极，从而将阳极侧中难以吹扫的剩余小部分水分子迁移至阴极侧。静止期间，阴极侧停止了风量的供应，因此电堆节电压会持续下降，一段时间后，节电压会降至很低。
S4'.当最小节电压小于第二预设电压V2时，快速恢复阴极侧风量的供应，并打开加湿器的进气节气门和出气节气门，关闭旁路节气门，继续进行吹扫；同时节温器切至大循环，加大散热器对电堆进行快速降温吹扫。经过步骤S3'将阳极侧水蒸气/水迁移至阴极侧后，加大吹扫风量和降低温度可以快速实现阴、阳极多孔电极中剩余水蒸气/水的排出，缩短停机吹扫时长。当平均节电压或最小节电压小于第三预设电压V3时，第二阶段吹扫结束，整个停机流程结束。
具体地，本实例的停机吹扫方法具体可通过以下步骤实现：
S1.预设第一阶段温度为50℃，控制节温器使燃料电池入口或出口冷却介质温度维持在≥50℃，加载电流密度为0.1～0.3A/cm2之间，阴极侧给予合适吹扫空气量(大于该电密下正常运行所用空气计量比)，保持平均节电压不超过0.85V，对系统进行带载运行吹扫，直至平均节电压下降到预设电压0.75V。
S2.当平均节电压下降到预设电压0.75V时，降低运行电密至0.05～0.2A/cm2之间，同时降低阴极侧运行风量，阳极侧氢气循环泵转速保持不变。当实际电密到达设定电密时，第一阶段吹扫结束，第一阶段的吹扫可以将电堆中大部分的水蒸气/水吹扫排尽。
S3'.当步骤S2中实际电密到达设定电密时，开启旁路节气门，保持空压机的运转，同时关闭进气节气门和出气节气门，保持电堆在目标电密下的持续放电，维持氢气循环泵的转速，使系统静止一段时间。在此期间阳极侧会持续供应氢气，由于电堆在持续放电，阳极侧催化反应产生的质子会携带水分子通过质子膜从阳极扩散到阴极，从而将阳极侧中难以吹扫的剩余小部分水分子迁移至阴极侧。静止期间，阴极侧停止了风量的供应，因此电堆节电压会持续下降，一段时间后，节电压会降至很低，当最小节电压≤预设值0.2V时，快速恢复阴极侧风量的供应。
S4'.当最小节电压≤预设值0.2V时，快速打开进气节气门和出气节气门，关闭旁路节气门，给予较大的空气计量比进行吹扫。同时节温器切至大循环，加大散热器对电堆进行快速降温吹扫。经过步骤S3'将阳极侧水蒸气/水迁移至阴极侧后，加大吹扫风量和降低温度可以快速实现阴、阳极多孔电极中剩余水蒸气/水的排出，缩短停机吹扫时长。当平均节电压低于预设电压0.75V时，第二阶段吹扫结束，整个停机流程结束。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上：
如图2所示，本实施例提供了一种燃料电池系统停机吹扫装置，包括：空气过滤器、流量计、空压机、中冷器、进气节气门、加湿器、出气节气门、旁路节气门、供氢模块、氢气循环泵、气水分离器、排气阀、排水阀、冷却泵、节温器和散热器；空气过滤器、流量计、空压机、中冷器、进气节气门、加湿器、出气节气门依次连接；旁路节气门一端连接中冷器，另一端连接排气阀；供氢模块、氢气循环泵、气水分离器依次连接，气水分离器分别连接排气阀、排水阀；冷却泵、节温器和散热器互相连接；加湿器、供氢模块、气水分离器、冷却泵、节温器均与电堆相连接。
具体地，吹扫装置运行时，空气经过管道进入空气过滤器，过滤后进入流量计监测空气流量，再进入空压机中进行加压，再经过中冷器降温后进入加湿器中进行加湿，再进入电堆中进行化学反应，反应完后的湿空气从电堆出来后再进入加湿器对加湿器入口的干空气进行加湿，加湿器出口湿空气经过出气节气门排出；氢气经过供氢模块减压后进入电堆中进行化学反应，反应完后过剩的氢气经过气水分离器进行气液分离，分离出来的液态水经排水阀排走，分离出来的氢气经氢气循环泵再次和供氢模块出来的新鲜氢气进行混合并进入电堆中进行反应。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上：
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现实施例1的燃料电池系统停机吹扫方法的步骤。其中，计算机程序可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或者某些中间形式等。
实施例5
本实施例在实施例1的基础上：
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例1的燃料电池系统停机吹扫方法的步骤。其中，计算机程序可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或者某些中间形式等。存储介质包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，存储介质不包括电载波信号和电信信号。
需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简便描述，故将其表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统停机吹扫方法，其特征在于，包括：
第一阶段吹扫：燃料电池系统停机时，加载电流至第一预设电流I1进行运行，控制电堆温度大于预设温度T，对电堆进行带载运行吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第一预设电压V1时，减小运行电流至第二预设电流I2；
第二阶段吹扫：当实际电流降至第二预设电流I2时，保持电堆持续放电，快速停止阴极侧风量供应并静止一段时间，从而通过电化学拖曳作用使阳极侧剩余的水或水蒸气快速迁移到阴极侧；当最小节电压小于第二预设电压V2时，快速恢复阴极侧风量供应并加大风量，同时降低温度继续吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第三预设电压V3时，停机结束。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统停机吹扫方法，其特征在于，所述第一阶段吹扫包括以下步骤：
S1.设置第一阶段吹扫的预设温度T，控制节温器使燃料电池入口或出口冷却介质温度维持在预设温度T之上，加载第一预设电流密度J1，设定阴极侧的吹扫空气计量比α1，且α1应大于该电流密度J1下正常运行所用空气计量比；对电堆进行带载运行吹扫，直至平均节电压或最小节电压降至第一预设电压V1；
S2.当平均节电压或最小节电压降至第一预设电压V1时，降低运行电流密度，同时降低阴极侧运行风量，阳极侧氢气循环泵转速保持不变；当实际电流密度到达第二预设电流密度J2时，第一阶段吹扫结束。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统停机吹扫方法，其特征在于，所述第二阶段吹扫包括以下步骤：
S3.当步骤S2中实际电流密度到达第二预设电流密度J2时，关闭空压机，同时关闭加湿器的进气节气门和出气节气门，保持电堆在第二预设电流密度J2下的持续放电，维持氢气循环泵的转速，使系统静止一段时间；
S4.当最小节电压小于第二预设电压V2时，快速恢复阴极侧风量的供应，并打开加湿器的进气节气门和出气节气门，开启空压机，继续进行吹扫；同时节温器切至大循环，加大散热器对电堆进行快速降温吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第三预设电压V3时，第二阶段吹扫结束，整个停机流程结束。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统停机吹扫方法，其特征在于，所述第二阶段吹扫包括以下步骤：
S3'.当步骤S2中实际电流密度到达第二预设电流密度J2时，开启旁路节气门，保持空压机的运转，同时关闭加湿器的进气节气门和出气节气门，保持电堆在第二预设电流密度J2下的持续放电，维持氢气循环泵的转速，使系统静止一段时间；
S4'.当最小节电压小于第二预设电压V2时，快速恢复阴极侧风量的供应，并打开加湿器的进气节气门和出气节气门，关闭旁路节气门，继续进行吹扫；同时节温器切至大循环，加大散热器对电堆进行快速降温吹扫；当平均节电压或最小节电压小于第三预设电压V3时，第二阶段吹扫结束，整个停机流程结束。
5.一种燃料电池系统停机吹扫装置，应用于权利要求1-4任一项所述的燃料电池系统停机吹扫方法，其特征在于，所述燃料电池系统停机吹扫装置包括：空气过滤器、流量计、空压机、中冷器、进气节气门、加湿器、出气节气门、旁路节气门、供氢模块、氢气循环泵、气水分离器、排气阀、排水阀、冷却泵、节温器和散热器；所述空气过滤器、流量计、空压机、中冷器、进气节气门、加湿器、出气节气门依次连接；所述旁路节气门一端连接中冷器，另一端连接排气阀；所述供氢模块、氢气循环泵、气水分离器依次连接，所述气水分离器分别连接排气阀、排水阀；所述冷却泵、节温器和散热器互相连接；所述加湿器、供氢模块、气水分离器、冷却泵、节温器均与电堆相连接。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统停机吹扫装置，其特征在于，所述吹扫装置运行时，空气经过管道进入空气过滤器，过滤后进入流量计监测空气流量，再进入空压机中进行加压，再经过中冷器降温后进入加湿器中进行加湿，再进入电堆中进行化学反应，反应完后的湿空气从电堆出来后再进入加湿器对加湿器入口的干空气进行加湿，加湿器出口湿空气经过出气节气门排出；氢气经过供氢模块减压后进入电堆中进行化学反应，反应完后过剩的氢气经过气水分离器进行气液分离，分离出来的液态水经排水阀排走，分离出来的氢气经氢气循环泵再次和供氢模块出来的新鲜氢气进行混合并进入电堆中进行反应。
7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-4任一项所述的燃料电池系统停机吹扫方法。
8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的燃料电池系统停机吹扫方法。
CN202211694062.8A 2022-12-28 2022-12-28 一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质 Pending CN116230990A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211694062.8A CN116230990A (zh) 2022-12-28 2022-12-28 一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211694062.8A CN116230990A (zh) 2022-12-28 2022-12-28 一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116230990A true CN116230990A (zh) 2023-06-06

Family

ID=86574036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211694062.8A Pending CN116230990A (zh) 2022-12-28 2022-12-28 一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116230990A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117154154A (zh) * 2023-10-23 2023-12-01 上海重塑能源科技有限公司 阴极吹扫时间确定方法、装置、电子设备及燃料电池
CN117199456A (zh) * 2023-09-22 2023-12-08 广州汽车集团股份有限公司 燃料电池停机控制方法、装置、设备及计算机可读介质

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117199456A (zh) * 2023-09-22 2023-12-08 广州汽车集团股份有限公司 燃料电池停机控制方法、装置、设备及计算机可读介质
CN117199456B (zh) * 2023-09-22 2024-03-19 广州汽车集团股份有限公司 燃料电池停机控制方法、装置、设备及计算机可读介质
CN117154154A (zh) * 2023-10-23 2023-12-01 上海重塑能源科技有限公司 阴极吹扫时间确定方法、装置、电子设备及燃料电池
CN117154154B (zh) * 2023-10-23 2024-01-23 上海重塑能源科技有限公司 阴极吹扫时间确定方法、装置、电子设备及燃料电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10522855B2 (en) Method for creating an oxygen depleted gas in a fuel cell system
CN116230990A (zh) 一种燃料电池系统停机吹扫方法、装置、设备及存储介质
CN109786790B (zh) 一种低温启停的燃料电池系统及其控制方法
US8062801B2 (en) Avoiding coolant slump into reactant fields during PEM fuel cell shutdown
JP2005183354A (ja) 燃料電池システム
JP2009117385A (ja) 燃料電池システム
JP2004342473A (ja) 燃料電池システムの運転制御
CN109713336B (zh) 一种燃料电池的控制系统
US7993787B2 (en) Method for fast and reliable fuel cell system start-ups
JP2019129099A (ja) 燃料電池システム及び燃料電池車両
US20040091761A1 (en) Fuel cell and method of controlling same
CN114447375B (zh) 一种燃料电池系统停机吹扫方法
CN112582648A (zh) 一种液冷燃料电池系统低温吹扫系统及吹扫方法
CN114050290A (zh) 一种燃料电池吹扫方法、系统、控制方法及控制装置
JP5199683B2 (ja) 燃料電池システム
JP4581382B2 (ja) 燃料電池システム
US20030180586A1 (en) Performance recovery process for PEM fuel cells
CN214152954U (zh) 一种液冷燃料电池系统低温吹扫系统
CN112820908B (zh) 一种氢燃料电池系统正常关机方法
JP6307536B2 (ja) 燃料電池システムの低温起動方法
JP5722669B2 (ja) 燃料電池システムの制御方法
US20240234759A1 (en) Method for controlling a drying process of a fuel cell system
JP2016058188A (ja) 燃料電池システムの停止方法
CN115275275A (zh) 燃料电池的吹扫系统及其操作方法及燃料电池
JP4742495B2 (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