一种燃料电池系统及其关机吹扫方法与流程

本发明属于燃料电池停机吹扫控制技术领域，具体涉及一种燃料电池系统及其关机吹扫方法。

背景技术：

燃料电池是一种将燃料的化学能通过电极反应直接转换成电能的设备，这种设备在将燃料的化学能转换成为电能的过程不涉及到燃烧，因此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，转换效率高达60％-70％，对燃料的实际使用效率是普通内燃机的2倍左右。另外，燃料电池还具有燃料多样化、排气无污染、噪音低、可靠性及维修性好等优点。因此，燃料电池的研究工作不仅为解决环境问题提供了新思路，而且还为解决日益严重的能源危机问题提供了新的途径。

质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，与一般的燃料电池相比，具有效率高、结构紧凑、重量轻、比功率大、无腐蚀性、工作温度低、不受二氧化碳影响、燃料来源比较广泛等优点，特别适合作为便携式电源、机动车电源和中、小型发电系统。质子交换膜燃料电池最大的优势在于对工作环境的温度要求不高，其最佳工作温度是70℃-80℃，但在室温下也可以正常工作，所以特别适合用作交通车辆的电源。正因为如此，质子交换膜燃料电池最有希望替代传统内燃机而成为汽车动力源。

质子交换膜燃料电池设置有氢气管道和空气管道，通过氢气管道向电堆通入氢气，通过空气管道向电堆通入空气，氢气和空气中的氧气在电堆反应产生电能，并生成副产物水，在质子交换膜燃料电池反应的过程中生成的水会随尾排气体一起排出燃料电池，但是燃料电池停机时就不能够再对燃料电池进行吹扫。而如果在燃料电池停机时不吹扫产生的水就会在燃料电池内部堆积，导致燃料电池衰减和影响燃料电池下次不能顺利启动。

目前解决上述问题常用的方法，是在燃料电池停机时通过空气管道向燃料电池再持续通入一段时间的空气，将燃料电池的水分吹扫干净；但是燃料电池工作环境不同和燃料电池的工作状态不同，每次停机时燃料电池的湿度也不相同，因此不能将关机时的吹扫时间量化，如果吹扫时间过短，不能保证吹扫的效果；如果吹扫时间过长，则会造成浪费。

技术实现要素：

本发明提供一种燃料电池系统及其关机吹扫方法，用于解决现有技术中在对燃料电池关机后进行吹扫时吹扫效果差的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

方法方案1：一种燃料电池关机吹扫方法，包括如下步骤：

当燃料电池关机后进行吹扫的过程中，实时检测燃料电池电堆的内阻；

当燃料电池电堆的内阻小于或等于第一设定内阻值时，停止对燃料电池的吹扫；

所述第一设定电阻值为在燃料电池吹扫完成时，燃料电池电堆的内阻值。

本发明所提供的技术方案，在燃料电池关机后的吹扫过程中，根据燃料电池电堆内阻的大小判断燃料电池的湿度，由于燃料电池的湿度发生变化时，其电堆内阻也会随之发生变化，因此，本发明所提供的根据电堆内阻判断是否吹扫完成的技术方案，能够解决在燃料电池关机后进行吹扫时吹扫效果差的问题。

方法方案2：在方法方案1的基础上，当燃料电池电堆的内阻值大于第一设定内阻值而小于第二设定内阻值时，控制空压机的转速为第一转速值；当燃料电池电堆的内阻值大于第二设定内阻值时，控制空压机的转速为第二转速值；所述第二转速值大于第一转速值。

燃料电池电堆内阻较大时，燃料电池的湿度也比较大，因此，根据燃料电池电堆内阻的大小控制空压机的转速，能够保证对燃料电池的吹扫效果。

方法方案3：在方法方案2的基础上，通过标定试验，标定出燃料电池在各环境温度下的所述第一设定内阻值、第二设定内阻值、第一转速值和第二转速值；

在燃料电池关机后进行吹扫的过程中，实时检测环境温度，并根据环境温度与所述第一设定内阻值、第二设定内阻值、第一转速值和第二转速值之间的关系，得到当前环境温度下燃料电池的所述第一设定内阻值、第二设定内阻值、第一转速值和第二转速值。

方法方案4：在方法方案1的基础上，在燃料电池关机后进行吹扫时，控制空压机对燃料电池直接进行吹扫。

系统方案1：一种燃料电池系统，包括电堆，电堆连接有氢气管道和空气管道；空气管道上设置有空压机；还包括控制器，控制器连接有用于检测电堆内阻的内阻检测装置；所述控制器设有用于执行如下步骤的程序：

当燃料电池关机后进行吹扫的过程中，实时检测燃料电池电堆的内阻；

当燃料电池电堆的内阻小于或等于第一设定内阻值时，停止对燃料电池的吹扫；

所述第一设定电阻值为在燃料电池吹扫完成时，燃料电池电堆的内阻值。

系统方案2：在系统方案1的基础上，当燃料电池电堆的内阻值大于第一设定内阻值而小于第二设定内阻值时，控制空压机的转速为第一转速值；当燃料电池电堆的内阻值大于第二设定内阻值时，控制空压机的转速为第二转速值；所述第二转速值大于第一转速值。

系统方案3：在系统方案2的基础上，所述控制器还连接有温度传感器，温度传感器用于检测燃料电池周围环境的温度；

首先通过标定试验，标定出燃料电池在各环境温度下的所述第一设定内阻值、第二设定内阻值、第一转速值和第二转速值；

然后在燃料电池关机后进行吹扫的过程中，通过温度传感器实时检测环境温度，并根据环境温度与所述第一设定内阻值、第二设定内阻值、第一转速值和第二转速值之间的关系，得到当前环境温度下燃料电池的所述第一设定内阻值、第二设定内阻值、第一转速值和第二转速值。

系统方案4：在系统方案1或2或3的基础上，所述空气压缩机连接燃料电池电堆的管路上设置有增湿器和第一阀门，增湿器和第一阀门并设有旁路管道，在旁路管道上设置有第二阀门，所述控制器连接第一阀门和第二阀门的控制部分。

设置旁路管道，当燃料电池关机吹扫时将增湿器旁路，能够提高对燃料电池吹扫的效率。

系统方案5：在系统方案4的基础上，当燃料电池关机后进行吹扫时，先控制第二阀门打开，再控制第一阀门关闭。

系统方案6：在系统方案1的基础上，所述空压机的出气管路上设置有中冷器。

附图说明

图1为实施例中燃料电池系统的结构原理图；

图2为实施例中燃料电池系统关机吹扫过程的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种燃料电池系统及其关机吹扫方法，用于解决现有技术中在对燃料电池关机后进行吹扫时吹扫效果差的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种燃料电池系统，包括电堆，电堆连接有氢气管道和空气管道；空气管道上设置有空压机；还包括控制器，控制器连接有用于检测电堆内阻的内阻检测装置；所述控制器设有用于执行如下步骤的程序：

当燃料电池关机后进行吹扫的过程中，实时检测燃料电池电堆的内阻；

当燃料电池电堆的内阻小于或等于第一设定内阻值时，停止对燃料电池的吹扫；

所述第一设定电阻值为在燃料电池吹扫完成时，燃料电池电堆的内阻值。

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本实施例提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统为质子交换膜燃料电池系统，采用氢气和氧气作为反应物，反应后产生电能，并生成副产物水。

本实施例所提供的燃料电池系统，其结构原理如图1所示，包括控制器10和电堆7，电堆7设置有用于通入氢气的氢气管道，用于通入空气的进气管道和用于排放反应后空气的出气管道，在进气管道上设置有空压机1、中冷器2和第一电磁蝶阀3，在出气管道上设置有背压阀6；还包括增湿器5，增湿器5的一部分设置在进气管道上，另一部分设置在出气管道上。进气管道中的第一电磁蝶阀3和增湿器5并设有旁路管道，在旁路管道上设置有第二电磁蝶阀4。控制器10连接空压机1、第一电磁蝶阀3、第二电磁蝶阀4和背压阀6的控制部分。

燃料电池的电堆部分还设置有内阻检测装置，内阻检测装置8用于检测燃料电池电堆的内阻，并在燃料电池进行关机吹扫时，根据燃料电池电堆的内阻对第一电磁蝶阀3和第二电磁蝶阀4进行控制，控制的流程如图2所示，具体方法为：

当燃料电池进行关机吹扫时，首先控制第二电磁蝶阀4打开，然后控制第一电磁蝶阀3关闭，同时控制背压阀6打开，控制空压机1进入吹扫模式；此时空压机1将空气通过旁路管道向燃料电池电堆7吹风，对燃料电池进行吹扫；

在吹扫过程中，控制器10通过内阻检测装置8实时检测燃料电池电堆7的内阻rw；

如果燃料电池电堆7的内阻rw大于第一设定内阻值r1且小于第二设定内阻值r2，则控制空压机1的转速为第一转速值n1；

如果燃料电池电堆7的内阻rw大于第二设定内阻值r2，则控制空压机1的转速为第二转速值n2；其中第一转速值n1小于第二转速值n2，第一内阻值r1小于第二内阻值r2；

如果燃料电池电堆7的内阻rw小于第一设定内阻值r1，则停止吹扫，并控制空压机1关机，第二电磁蝶阀4和背压阀6关闭。

本实施例中，控制器10还连接有温度传感器9，温度传感器9用于检测燃料电池的工作环境温度。第一设定内阻值r1，第二设定内阻值r2，第一转速值n1和第二转速值n2通过在各环境温度下的试验标定得到，方法为：

首先对燃料电池进行标定试验，得到燃料电池在各环境温度下的第一设定内阻值r1，第二设定内阻值r2，第一转速值n1和第二转速值n2；

然后在燃料电池的关机吹扫过程中，控制器10根据温度传感器9检测到的温度值，确定当前环境温度下的第一设定内阻值r1，第二设定内阻值r2，第一转速值n1和第二转速值n2。

本实施例中，为了防止第一电磁蝶阀3和第二电磁蝶阀4阀门同时关闭导致空压机泵出的吹扫气体没有流向而导致故障，控制第二电磁蝶阀4打开后再控制第一电磁蝶阀3关闭。