一种氢燃料电池吹扫系统及其用阳极波动氢压吹扫方法技术方案

本发明专利技术涉及一种氢燃料电池吹扫系统及其阳极波动氢压吹扫方法，所述氢燃料电堆与氢气路单元相连通，所述氢燃料电堆与空气路单元相连通，所述氢燃料电堆与水路单元相连通，所述氢气路单元、空气路单元和水路单元与FCU控制器相电联。本发明专利技术可以加速阴极侧吹扫，阳极侧采用波动氢压的吹扫方式，使用氢气瞬间反复升高或者降低5kpa左右的冲击力，快速吹扫出阳极内部的积水，从而有效减少吹扫时间。从而有效减少吹扫时间。从而有效减少吹扫时间。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池吹扫系统及其用阳极波动氢压吹扫方法


[0001]本专利技术氢燃料电池领域，涉及一种氢燃料电池系统及其阳极波动氢压吹扫装置，尤其涉及一种氢燃料电池吹扫系统及其阳极波动氢压吹扫方法。

技术介绍

[0002]氢燃料，是一种清洁、无污染的可再生能源，正在被越来越多的领域使用。氢燃料电池可以将氢气转化为电能和热能，氢燃料电池在工作时，不仅发电效率高，而且具有噪音小、无污染等优点。
[0003]氢燃料电池功率越大，产生的水分越多，在阴极积累的水分越多，同时渗透到阳极的水分也就越多，氢燃料电池在停机时需要吹扫，以排出燃料电池内部多余的水分和杂质，特别是在0℃以下时，氢燃料电池生成的水会结冰，导致覆盖质子交换膜，阻碍反应物传输，会导致低温启动失败，更严重的会导致质子交换膜损坏。
[0004]目前，吹扫氢燃料电池，主要有通过储存纯氮气分别吹扫阳极、阴极的方法和氢气、空气分别吹扫阳极、阴极的方法。储存纯氮气分别吹扫阳极、阴极是在关机时通过储存的纯氮气分别恒压吹扫阳极、阴极，吹扫达到一定时间，则吹扫结束；氢气、空气分别吹扫阳极、阴极则是在关机时通过氢气、空气分别恒压吹扫阳极、阴极，吹扫一定时间，吹扫结束，然后再通过放电的方式将电堆中残存的氧气消耗掉，阳极侧剩余氢气，阴极侧剩余氮气。
[0005]但储存纯氮气分别吹扫阳极、阴极方法，在系统上增加额外的储氮气罐，占用体积较大，需要定期补充纯氮气，而且该方法吹扫时间较长，吹扫之后不确定在电堆内部是否残留水分，影响氢燃料电池的低温启动能力，进而影响电堆的寿命。
[0006]氢气、空气分别吹扫阳极、阴极方法，吹扫固定的时长，吹扫时间较长，吹扫完成之后不确定电堆内是否残存水分，存在吹扫不干净或者吹扫过干的情况，从而减少电堆寿命。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种氢燃料电池吹扫系统及其阳极波动氢压吹扫方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种氢燃料电池吹扫系统，包括氢燃料电堆，所述氢燃料电堆与氢气路单元相连通，所述氢燃料电堆与空气路单元相连通，所述氢燃料电堆与水路单元相连通，所述氢气路单元、空气路单元和水路单元与FCU控制器相电联；
[0010]所述氢气路单元包括高压储氢瓶，所述高压储氢瓶的输出端与进氢阀的输入端相连，所述进氢阀的输出端与比例阀的输入端相连，所述比例阀的输出端通过氢气入堆压力传感器和氢气入堆温度传感器与氢燃料电堆的输入端相连，所述氢燃料电堆阳极出口端与汽水分离器的输入端相连，所述汽水分离器的气体输出端与氢气循环泵的输入端相连，所述氢气循环泵的输出端与比例阀输出端相连，所述汽水分离器的水输出端与排水阀的输入端相连，所述排水阀的输出端与混排管路相连；
[0011]所述空气路单元包括空气滤清器，所述空气滤清器的输出端与空气流量计的输入端相连，所述空气流量计的输出端与空气压缩机的输入端相连，所述空气压缩机的输出端与中冷器的空气输入端相连，所述中冷器的空气输出端与加湿器的空气输入端相连，所述加湿器的空气输出端与氢燃料电堆阴极输入端相连，所述氢燃料电堆阴极输出端与三通阀的输入端a相连，所述三通阀的输出端c与加湿器的加湿流道入口相连，所述加湿器的加湿流道出口与背压阀的输入端相连，所述背压阀的输出端与混排管路相连，所述三通阀的输出端b与背压阀的输入端相连；
[0012]所述水路单元包括水泵，所述水泵的输入端与氢燃料电堆出水端相连，所述水泵的输出端与三通阀节温器的输入端a相连，所述三通阀节温器的输出端d与第一循环支路的输入端相连，所述第一循环支路的输出端通过去离子和过滤器二合一装置、入堆水压传感器、入堆水温传感器与氢燃料电堆的进水端相连，所述第一循环支路的输出端与膨胀水壶的输入端相连，所述三通阀节温器的输出端c通过第二循环支路与第一循环支路的输出端相连，所述中冷器的水路输出端通过中冷出水管路与三通阀节温器的输入端a相连，所述第一循环支路和第二循环支路的输出端通过中冷器入水管路与中冷器的水路输入端相连。
[0013]优选地，所述的一种氢燃料电池吹扫系统，所述氢燃料电堆阳极出口端与汽水分离器之间连接有阳极出口湿度传感器。
[0014]优选地，所述的一种氢燃料电池吹扫系统，所述加湿器与氢燃料电堆的阴极入口之间连接有空气入堆压力传感器和空气入堆温度传感器。
[0015]优选地，所述的一种氢燃料电池吹扫系统，所述氢燃料电堆的阴极出口与三通阀之间连接有阴极出口湿度传感器，其中，三通阀的b、c口各带有一电磁阀，c口电磁阀打开，b口电磁阀关闭，氢燃料电堆的阴极排出气体全部流经三通阀的c口，此时电堆阴极排出的水对入堆空气加湿；b口电磁阀打开，c口电磁阀关闭，氢燃料电堆的阴极排出气体全部流经三通阀的b口，此时电堆阴极排出气体不加湿入堆空气。
[0016]优选地，所述的一种氢燃料电池吹扫系统，所述第一循环支路上设置有散热器。
[0017]优选地，所述的一种氢燃料电池吹扫系统，所述水泵与氢燃料电堆之间连接有出堆水温传感器。
[0018]优选地，所述的一种氢燃料电池吹扫系统，所述氢燃料电堆与DCDC转化器相连。
[0019]一种氢燃料电池用阳极波动氢压吹扫的方法，
[0020]包括以下步骤：
[0021]步骤1：启动氢燃料电池系统；
[0022]步骤2：控制水泵转速为n rpm，控制三通阀节温器开度使水全部流入第一循环支路，控制散热器的风扇转速n2％，其中，2500≤n≤3500，50≤n2≤80；
[0023]步骤3：控制三通阀的输出端b口电磁阀打开，输出端c口电磁阀关闭，从氢燃料电堆阴极排出的气水混合物直接通过背压阀排出；
[0024]步骤4：控制背压阀开度C％，C大于等于70，控制空气压缩机转速使进入氢燃料电堆的空气压力达到P0，其中，P0在110kPa～130kPa之间，空气过量比达到N1，10≤N1≤20，同时控制比例阀使进入氢燃料电堆的氢气压力达到P1，5kPa≤P1
‑
P0≤10kPa，控制循环泵转速达到n3 rpm，2500<n3<4000，持续吹扫时间t1，3s≤t1≤10s，同时维持系统的拉载功率，保证电堆单片电压不在高电位；
[0025]步骤5：维持背压阀开度C％，C大于或等于70，维持空气入堆压力达到P0，空气过量比N1，同时控制比例阀使进入氢燃料电堆的氢气压力达到P2，4kPa≤P2
‑
P1≤6kPa，控制循环泵转速达到n3 rpm，2500<n3<4000持续吹扫时间t2，3s≤t1≤12s，维持系统的拉载功率，保证电堆单片电压不在高电位；
[0026]步骤6：若出堆水温传感器采集的温度小于T℃，15℃≤T≤45℃，则执行步骤(7)，否则执行步骤(2)；
[0027]步骤7：关闭风扇，继续维持水泵转速n rpm，停止散热器给冷却水散热；
[0028]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池吹扫系统，包括氢燃料电堆(1)，其特征在于：所述氢燃料电堆(1)与氢气路单元相连通，所述氢燃料电堆(1)与空气路单元相连通，所述氢燃料电堆(1)与水路单元相连通，所述氢气路单元、空气路单元和水路单元与FCU控制器(15)相电联；所述氢气路单元包括高压储氢瓶(20)，所述高压储氢瓶(20)的输出端与进氢阀(21)的输入端相连，所述进氢阀(21)的输出端与比例阀(22)的输入端相连，所述比例阀(22)的输出端通过氢气入堆压力传感器(23)和氢气入堆温度传感器(24)与氢燃料电堆(1)的输入端相连，所述氢燃料电堆(1)阳极出口端与汽水分离器(25)的输入端相连，所述汽水分离器(25)的气体输出端与氢气循环泵(26)的输入端相连，所述氢气循环泵(26)的输出端与比例阀(22)输出端相连，所述汽水分离器(25)的水输出端与排水阀(27)的输入端相连，所述排水阀(27)的输出端与混排管路(50)相连；所述空气路单元包括空气滤清器(41)，所述空气滤清器(41)的输出端与空气流量计(40)的输入端相连，所述空气流量计(40)的输出端与空气压缩机(42)的输入端相连，所述空气压缩机(42)的输出端与中冷器(43)的空气输入端相连，所述中冷器(43)的空气输出端与加湿器(44)的空气输入端相连，所述加湿器(44)的空气输出端与氢燃料电堆(1)阴极输入端相连，所述氢燃料电堆(1)阴极输出端与三通阀(49)的输入端a相连，所述三通阀(49)的输出端c与加湿器(44)的加湿流道入口相连，所述加湿器(44)的加湿流道出口与背压阀(45)的输入端相连，所述背压阀(45)的输出端与混排管路(50)相连，所述三通阀(49)的输出端b与背压阀(45)的输入端相连；所述水路单元包括水泵(6)，所述水泵(6)的输入端与氢燃料电堆(1)出水端相连，所述水泵(6)的输出端与三通阀节温器(8)的输入端a相连，所述三通阀节温器(8)的输出端d与第一循环支路(12)的输入端相连，所述第一循环支路(12)的输出端通过去离子和过滤器二合一装置(4)、入堆水压传感器(3)、入堆水温传感器(2)与氢燃料电堆(1)的进水端相连，所述第一循环支路(12)的输出端与膨胀水壶(5)的输入端相连，所述三通阀节温器(8)的输出端c通过第二循环支路(13)与第一循环支路(12)的输出端相连，所述中冷器(43)的水路输出端通过中冷出水管路(10)与三通阀节温器(8)的输入端a相连，所述第一循环支路(12)和第二循环支路(13)的输出端通过中冷器入水管路(11)与中冷器的水路输入端相连。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池吹扫系统，其特征在于：所述氢燃料电堆(1)阳极出口端与汽水分离器(25)之间连接有阳极出口湿度传感器(28)。3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池吹扫系统，其特征在于：所述加湿器(44)与氢燃料电堆(1)的阴极入口之间连接有空气入堆压力传感器(46)和空气入堆温度传感器(47)。4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池吹扫系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：温永岁，周洪雷，董震，董清华，
申请(专利权)人：苏州溯驭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：