一种燃料电池系统及其吹扫控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统及吹扫控制方法，燃料电池系统包括燃料电池系统控制器、电堆模块、空气供应系统；空气供应系统包括三通阀，三通阀受控于燃料电池系统控制器，空压机包括电机、压缩机和膨胀机；外部空气经过空压机的压缩机后分成两个通路，当燃料电池系统控制器接收到停机指令后，停止供氢系统和冷却系统的运行，保持空压机持续以低功率运行，燃料电池系统控制器控制三通阀继续打开第一出气口，第一通路输入高温压缩空气对第一通路进行吹扫，且高温压缩空气带动膨胀机转动以降低电机的能量损耗；随后控制三通阀关闭第一出气口、打开第二出气口以对第二通路中的膨胀机进行吹扫，且高温压缩空气带动膨胀机转动以降低电机的能量损耗。低电机的能量损耗。低电机的能量损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统及其吹扫控制方法

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[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池系统及其吹扫控制方法。

技术介绍
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[0002]燃料电池系统是一种通过氢气和氧气电化学反应产生电能的能量转换装置，具有能量转换效率高，结构简单、低噪音、无污染等优点。目前的燃料电池系统一般需要供氢系统、空气供应系统和冷却系统三大辅助系统来维持整个系统的正常运行。
[0003]而在空气供应系统中，为了保证燃料电池电堆内空气的供应量，一般都会使用空压机对空气进行增压以提高供气效率。随着技术的发展，单台燃料电池系统的功率越做越大，其所需的空气供应量也越大，使得空压机的功率也越来越大，从而使空压机的功耗也越来越大。目前为了既能节约能源，又能提高压机的供气效率，现有的做法通常是将膨胀机集成到空压机上，膨胀机通过回收燃料电池系统的电堆模块排出的高温尾排气体的能量来提高整个空压机的供气效率，同时可降低电机的能耗，在这过程中无需增加功耗，可节约能源。
[0004]但是，燃料电池系统的电堆模块排出的高温尾排气体含水量非常高，燃料电池系统停机后，尾排气体中的高温水气会在空气供应系统的管路和膨胀机内冷凝成液态水，长期滞留在膨胀机内的液态水会腐蚀风轮及蜗壳，并且在低温状态下，液态水会凝结成冰，将膨胀机内的叶轮与蜗壳凝结在一起，当燃料电池系统再次启动时，膨胀机内的风轮会因为结冰冻住而无法转动，如此尾排气体排出受阻，将会损坏膨胀机，甚至带来系统风险。为减少燃料电池系统的电堆模块排出的高温尾排气体中的水分，目前的做法都是在膨胀机的进气口侧设置分水器以分离进入膨胀机的气体的水分，具体可参考公开号为：CN114122454A，专利技术名称为：一种燃料电池及其空气供应系统的专利技术专利申请，该方案虽然在燃料电池尾排口的设置有阴极分水器，但是只能分离排出尾排气体中的部分液态水，高温尾排气体中的水气无法完全分离排出，带有水气的高温尾排气体中直接排入膨胀机内，燃料电池系统停机后，高温尾排气体中的水气会在膨胀机内冷凝成液态水，且在低温状态下，液态水会凝结成冰，为燃料电池系统带来风险。因此，在燃料电池系统停机后，对燃料电池系统的管路及膨胀机进行吹扫是必须的。

技术实现思路
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[0005]本专利技术的目的是提供一种燃料电池系统及其吹扫控制方法，能解决现有技术中的分水器无法将电堆模块的高温尾排气体中的水气完全分离排出，使得燃料电池系统停机后，尾排气体中的水气会在膨胀机内冷凝成液态水，且在低温状态下，液态水会凝结成冰，为燃料电池系统带来风险的技术问题。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0007]本专利技术的一个目的是提供一种燃料电池系统，燃料电池系统包括燃料电池系统控制器、电堆模块、供氢系统、空气供应系统和冷却系统，燃料电池系统控制器控制电堆模块、
供氢系统、空气供应系统和冷却系统工作；空气供应系统包括空气滤清器、流量计、空压机、三通阀、中冷器、增湿器和空压机控制器，三通阀和空压机控制器受控于燃料电池系统控制器，空压机包括电机、压缩机和膨胀机，电机受控于空压机控制器，压缩机和膨胀机分别安装在电机的两端并与电机的转轴的两端直接连接；三通阀设置有两路出口，分别为第一出气口和第二出气口；外部空气依次经过空气滤清器、流量计、空压机的压缩机后分成两个通路，第一通路从三通阀的第一出气口开始，依次经过中冷器、增湿器、电堆模块、背压阀、分水器和膨胀机，最后从膨胀机排出；第二通路从三通阀的第二出气口开始，依次经过单向阀和膨胀机，最后从膨胀机排出；燃料电池系统运行时，燃料电池系统控制器控制三通阀打开第一出气口、关闭第二出气口为电堆模块提供空气，当燃料电池系统控制器接收到停机指令后，停止供氢系统和冷却系统的运行，保持空压机持续以低功率运行，燃料电池系统控制器控制三通阀继续打开第一出气口，第一通路输入高温压缩空气对第一通路进行吹扫，且高温压缩空气带动膨胀机转动以降低电机的能量损耗；随后控制三通阀关闭第一出气口、打开第二出气口以对第二通路中的膨胀机进行吹扫，且高温压缩空气带动膨胀机转动以降低电机的能量损耗。
[0008]优选地，于所述压缩机的进气口侧设置有一温度传感器，温度传感器用于检测外部空气温度，并将温度信号传送至所述燃料电池系统控制器，所述燃料电池系统控制器比较外部空气温度与设定温度的大小，并根据比较结果选择对应的第二通路预设吹扫时间对所述第二通路中的膨胀机进行吹扫，当完成对所述第二通路的吹扫后，所述燃料电池系统控制器通过空压机控制器控制空压机停止运行。
[0009]优选地，所述外部空气温度越高则对应的所述第二通路预设吹扫时间越短。
[0010]优选地，所述单向阀为挡板阀。
[0011]优选地，所述膨胀机的出气口连接有一个消音器，消音器用于降低从膨胀机的排出气体时的噪音。
[0012]本专利技术的另一个目的是提供一种燃料电池系统的吹扫控制方法，采用上述所述的一种燃料电池系统，所述吹扫控制方法包括以下步骤：
[0013]步骤1：燃料电池系统控制器在运行过程中接收到停机指令后，控制供氢系统和冷却系统停止工作、通过空压机控制器控制空压机持续以低功率运行；
[0014]步骤2：燃料电池系统控制器控制三通阀持续打开第一出气口以使压缩机输出的高温压缩空气可先对第一通路进行吹扫，且高温压缩空气带动膨胀机转动以降低电机的能量损耗，并累计第一通路的吹扫时间；
[0015]步骤3：当第一通路的吹扫时间累计达到第一通路预设吹扫时间H1时，视为完成第一通路的吹扫，然后燃料电池系统控制器控制三通阀打开第二出气口、关闭第一出气口以对第二通路的膨胀机进行吹扫。
[0016]优选地，所述吹扫控制方法还包括以下步骤：
[0017]步骤4：燃料电池系统控制器通过温度传感器获取外部空气温度TX，并分别比较外部空气温度TX与第一设定温度T1、第二设定温度T2的大小，根据比较结果选择对应的第二通路预设吹扫时间对第二通路的膨胀机进行吹扫，其中，T1＜T2；
[0018]步骤5：完成对第二通路的吹扫后，燃料电池系统控制器通过空压机控制器控制空压机停止运行。
[0019]优选地，步骤4中所述的第二通路预设吹扫时间包括第二通路第一预设吹扫时间H2、第二通路第二预设吹扫时间H3和第二通路第三预设吹扫时间H4；当TX≤T1时，燃料电池系统控制器选择H2对第二通路的膨胀机进行吹扫；当T1＜TX＜T2时，燃料电池系统控制器选择H3对第二通路的膨胀机进行吹扫；当TX≥T2时，燃料电池系统控制器选择H4对第二通路的膨胀机进行吹扫；其中，H2＞H3＞H4。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有如下效果：
[0021]1)本专利技术提供燃料电池系统，在燃料电池系统停机后，通过由空压机的压缩机输出的高温压缩空气先对第一通路进行吹扫，使得空气供应系统的管路中的液态水可被吹扫到膨胀机内部，然后再通过对第二通路中的膨胀机进行吹扫，使得燃料电池系统停机后电堆模块的高温尾排气体中的水气冷凝成的液态水可快速排出膨胀机，有效清除空气供应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，包括燃料电池系统控制器、电堆模块、供氢系统、空气供应系统和冷却系统，燃料电池系统控制器控制电堆模块、供氢系统、空气供应系统和冷却系统工作；其特征在于，空气供应系统包括空气滤清器、流量计、空压机、三通阀、中冷器、增湿器和空压机控制器，三通阀和空压机控制器受控于燃料电池系统控制器，空压机包括电机、压缩机和膨胀机，电机受控于空压机控制器，压缩机和膨胀机分别安装在电机的两端并与电机的转轴的两端直接连接；三通阀设置有两路出口，分别为第一出气口和第二出气口；外部空气依次经过空气滤清器、流量计、空压机的压缩机后分成两个通路，第一通路从三通阀的第一出气口开始，依次经过中冷器、增湿器、电堆模块、背压阀、分水器和膨胀机，最后从膨胀机排出；第二通路从三通阀的第二出气口开始，依次经过单向阀和膨胀机，最后从膨胀机排出；燃料电池系统运行时，燃料电池系统控制器控制三通阀打开第一出气口、关闭第二出气口为电堆模块提供空气，当燃料电池系统控制器接收到停机指令后，停止供氢系统和冷却系统的运行，保持空压机持续以低功率运行，燃料电池系统控制器控制三通阀继续打开第一出气口，第一通路输入高温压缩空气对第一通路进行吹扫，且高温压缩空气带动膨胀机转动以降低电机的能量损耗；随后控制三通阀关闭第一出气口、打开第二出气口以对第二通路中的膨胀机进行吹扫，且高温压缩空气带动膨胀机转动以降低电机的能量损耗。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，于所述压缩机的进气口侧设置有一温度传感器，温度传感器用于检测外部空气温度，并将温度信号传送至所述燃料电池系统控制器，所述燃料电池系统控制器比较外部空气温度与设定温度的大小，并根据比较结果选择对应的第二通路预设吹扫时间对所述第二通路中的膨胀机进行吹扫，当完成对所述第二通路的吹扫后，所述燃料电池系统控制器通过空压机控制器控制空压机停止运行。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述外部空气温度越高则对应的所述第二通路预设吹扫时间越短。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小青，邓佳，邴黎明，
申请(专利权)人：大洋电机燃料电池科技中山有限公司，
类型：发明
国别省市：