CN117276591A - 一种消除燃料电池停车高电位的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种消除燃料电池停车高电位的装置及方法，涉及燃料电池技术领域，包括送气管道、出气管道、气体循环泵、空气阀和控制器；所述送气管道与燃料电池电堆的阳极侧相连，所述出气管道与燃料电池电堆的阳极侧相连，所述送气管道与出气管道通过循环管道相连，所述循环管道上设置有气体循环泵，所述送气管道与空气管道相连，所述空气管道上设置有空气阀；本发明在燃料电池电堆停车后进行氢气循环并在阳极侧引入空气，可使得电堆中氢气迅速消耗掉，电堆电压快速降低，避免了膜电极两侧的高气压差、长时间高电位和氢空界面，有利于提升电堆寿命。结构简单、控制简便易行。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种消除燃料电池停车高电位的装置及方法。
背景技术
燃料电池是一种直接将氢气与氧气进行电化学反应转化为电能的装置。其中，燃料电池电堆是组成燃料电池的核心部件之一，系统停车时电堆中的高电位容易导致电堆性能衰减，寿命降低，系统结构设计和控制上需要快速消除高电位，且不引入氢空界面。
现有的消除燃料电池停车高电位策略包括氮气吹扫、直接氢气循环和直接敞口引入空气等。这些方法都有缺陷，比如引入氮气供应系统，增加系统复杂性；膜电极两侧的高压差和长时间高电位，形成氢空界面等。这些方法消除停车高电位耗时长、效果也不佳。因此，当前需要一种能够快速降低停车高电位的方法。
发明内容
根据上述提出消除燃料电池停车高电位方法消除高电位耗时长的技术问题，而提供一种消除燃料电池停车高电位的装置及方法。本发明主要在停车后进行氢气循环并在阳极侧引入空气，可使得电堆中氢气迅速消耗掉，电堆电压快速降低，避免了膜电极两侧的高气压差、长时间高电位和氢空界面。
本发明采用的技术手段如下：
一种消除燃料电池停车高电位的装置，包括送气管道、出气管道、气体循环泵、空气阀和控制器；
所述送气管道与燃料电池电堆的阳极侧相连，所述出气管道与燃料电池电堆的阳极侧相连，所述送气管道与出气管道通过循环管道相连，所述循环管道上设置有气体循环泵，所述送气管道与空气管道相连，所述空气管道上设置有空气阀；
所述控制器与气体循环泵和空气阀电连接。
进一步地，所述气体循环泵与辅助电源相连。
进一步地，所述送气管道、出气管道和循环管道中的压力与外部环境空气压力相同。
进一步地，所述空气阀为氢尾排阀或排水阀中的一种。
本发明还提供了一种消除燃料电池停车高电位的方法，基于上述任一项消除燃料电池停车高电位的装置实现，其特征在于，包括如下步骤：
燃料电池电堆停车后，关闭电堆入口的氢气电磁阀；
控制器向气体循环泵发出开启信号，此时送气管道、出气管道和循环管道中的气体成分为氢气，控制器向空气阀发出开启信号，气体循环泵通电运行，空气阀开启；
氢气被送至燃料电池电堆阳极催化剂表面，在燃料电池电堆阳极催化剂表面被消耗，分解成水排放至外部；
外部空气由空气管道进入送气管道，此时送气管道、出气管道和循环管道中的气体成分为氮气和氧气的混合气；
燃料电池电堆的正负极的气体成分一致，都为氮气和氧气的混合气，使得电压降低；
当燃料电池电堆电压至目标值后，控制器向气体循环泵和空气阀发出关闭信号，气体循环泵和空气阀关闭。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
燃料电池电堆在停车时的高电位可能导致燃料电池堆性能衰退，而本发明通过在停车后进行氢气循环并在阳极侧引入空气，可使得电堆中氢气迅速消耗掉，电堆电压快速降低。可以快速有效消除停车状态下的高电位，保护电堆免受损坏。相比单纯的氢气循环，避免了膜电极两侧的高压差和长时间高电位；相比不进行循环只直接联通空气，避免了氢空界面，有利于大幅提升电堆寿命。结构简单、控制简便易行。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置结构示意图。
图中：1、送气管道；2、出气管道；3、气体循环泵；4、空气阀；5、循环管道；6、燃料电池电堆。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1所示，本发明提供了一种消除燃料电池停车高电位的装置，包括送气管道1、出气管道2、气体循环泵3、空气阀4和控制器；
所述送气管道1与燃料电池电堆6的阳极侧相连，所述出气管道2与燃料电池电堆6的阳极侧相连，所述送气管道1与出气管道2通过循环管道5相连，所述循环管道5上设置有气体循环泵3，所述送气管道1与空气管道相连，所述空气管道上设置有空气阀4；
所述控制器与气体循环泵3和空气阀4电连接。
本发明还提供了一种消除燃料电池停车高电位的方法，基于消除燃料电池停车高电位的装置实现，包括如下步骤：
燃料电池电堆6停车后，关闭电堆入口的氢气电磁阀；
控制器向气体循环泵3发出开启信号，此时送气管道1、出气管道2和循环管道5中的气体成分为氢气，控制器向空气阀4发出开启信号，气体循环泵3通电运行，空气阀4开启；
由于气体循环泵3持续运转，氢气被送至燃料电池电堆6阳极催化剂表面，在燃料电池电堆6阳极催化剂表面被消耗，分解成水排放至外部；
空气阀4开启，使送气管道1、出气管道2和循环管道5中的压力与环境空气压力相同。外部空气由空气管道进入送气管道1，环境空气进入送气管道1、出气管道2和循环管道5中进行补充，送气管道1、出气管道2和循环管道5中气体成分迅速转成氮气和氧气混合气。
燃料电池电堆6的正负极的气体成分一致，都为氮气和氧气的混合气，燃料电池电堆6中氢气被迅速消耗，燃料电池电堆6电压快速降低；
当燃料电池电堆6电压至目标值后，控制器向气体循环泵3和空气阀4发出关闭信号，气体循环泵3和空气阀4关闭，系统停车完成。
空气阀4，可以是氢尾排阀或排水阀，只要可以接受控制器指令接通大气即可。
实施例
采用110节燃料电池电堆、含空气泵的空气供给系统、普旭气体循环泵、燃料电池控制器、氢气尾排脉冲阀及必要的管路、线束等组成燃料电池系统。系统正常运行1小时后，执行停车程序。此时空气泵停止运转、氢气入口电磁阀等关闭，氢气尾排阀打开，氢压迅速泄压至常压。电堆平均单池电压为1.0V。氢泵维持运转、氢气尾排阀打开，氢气循环时电堆电压在5秒内即降为0。
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 (5)
1.一种消除燃料电池停车高电位的装置，其特征在于：包括送气管道(1)、出气管道(2)、气体循环泵(3)、空气阀(4)和控制器；
所述送气管道(1)与燃料电池电堆(6)的阳极侧相连，所述出气管道(2)与燃料电池电堆(6)的阳极侧相连，所述送气管道(1)与出气管道(2)通过循环管道(5)相连，所述循环管道(5)上设置有气体循环泵(3)，所述送气管道(1)与空气管道相连，所述空气管道上设置有空气阀(4)；
所述控制器与气体循环泵(3)和空气阀(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的消除燃料电池停车高电位的装置，其特征在于，所述气体循环泵(3)与辅助电源相连。
3.根据权利要求1所述的消除燃料电池停车高电位的装置，其特征在于，所述送气管道(1)、出气管道(2)和循环管道(5)中的压力与外部环境空气压力相同。
4.根据权利要求1所述的消除燃料电池停车高电位的装置，其特征在于，所述空气阀(4)为氢尾排阀或排水阀中的一种。
5.一种消除燃料电池停车高电位的方法，基于权利要求1-4中任一项权利要求所述的消除燃料电池停车高电位的装置实现，其特征在于，包括如下步骤：
燃料电池电堆(6)停车后，关闭电堆入口的氢气电磁阀；
控制器向气体循环泵(3)发出开启信号，此时送气管道(1)、出气管道(2)和循环管道(5)中的气体成分为氢气，控制器向空气阀(4)发出开启信号，气体循环泵(3)通电运行，空气阀(4)开启；
氢气被送至燃料电池电堆(6)阳极催化剂表面，在燃料电池电堆(6)阳极催化剂表面被消耗，分解成水排放至外部；
外部空气由空气管道进入送气管道(1)，此时送气管道(1)、出气管道(2)和循环管道(5)中的气体成分为氮气和氧气的混合气；
燃料电池电堆(6)的正负极的气体成分一致，都为氮气和氧气的混合气，使得电压降低；
当燃料电池电堆(6)电压至目标值后，控制器向气体循环泵(3)和空气阀(4)发出关闭信号，气体循环泵(3)和空气阀(4)关闭。
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