一种燃料电池系统停机方法技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统停机方法，包括以下步骤：S1)DCDC控制器设定燃料电池电堆输出电流为怠速点电流；S2)氢气子系统和空气子系统同时进行怠速吹扫，并在吹扫结束后关闭空气子系统；S3)燃料电池电堆继续发电至单片电压降低至设定阈值；S4)关闭DCDC控制器，关闭氢气子系统，燃料电池系统停机，与现有技术相比，本发明专利技术具有避免燃料电池停机高电位，提高燃料电池寿命等优点。

A shutdown method of fuel cell system

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统停机方法
本专利技术涉及燃料电池系统
，尤其是涉及一种燃料电池系统停机方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)，也叫聚电解质燃料电池(PEFC)是一种将还原剂与氧化剂的化学能直接转化为电能的装置。燃料电池在使用时，通常都需要一套相应的辅助系统。燃料电池本体与其相应的辅助系统共同组成燃料电池系统。燃料电池系统除了燃料电池本体外，还包括氢气系统、空气系统、冷却系统、功率输出系统和电压检测系统等附件系统。其中，氢气系统是为燃料电池电堆提供氢气，并根据运行工况调节进入电堆的氢气压力和流量等；空气系统是为电堆提供适量的氧化剂(空气或氧气)，并根据工况调节进入电堆的氧化剂的压力和流量等；冷却系统能够使电堆温度保持合适水平，进而保证电堆的稳定可靠工作；功率输出系统则是通过DCDC来调节电堆的输出电压、电流的大小和变化速率；电压检测系统则通过电压检测器来监视燃料电池电堆每一个单片电压，作为功率输出系统调节的指导。燃料电池系统运行一段时间后通常需要停机，停机后电堆平均电压较高(＞0.95V)，对电堆的性能及耐久性有比较大的损害，快速地降低燃料电池电堆电压将有效的延长电堆寿命。此外，在燃料电池系统停机后，如果电堆和辅助系统内还残留氢气和氧气，在浓度梯度作用下，阴极侧的氧气通过质子交换膜渗透到阳极侧，会导致氢/空界面，该情况下会导致阴极催化剂表面形成一个很高电位，对阴极催化层造成严重腐蚀，导致性能和耐久性降低。中国专利CN109687000A披露了一种燃料电池系统停机放电装置及方法，该专利技术通过将氢气路的循环泵同时接入氢气和空气系统，正常运行时循环泵在氢气系统中工作，在燃料电池系统停机后，即将循环泵接入空气系统，之后在放电阶段对燃料电池电堆的母线加载一个标定的小电流，利用循环泵循环空气路的空气，快速消耗氧气，使电堆电压快速降低。该专利虽然能够主动消耗空气路中的空气，但是结构比较复杂，循环泵需要同时接入氢气和空气系统，系统管路及控制复杂；此外，停机后氢气循环泵切换到空气路的过程中，造成氢空直接混合，有爆炸的危险；另外，系统需要额外增加两个电磁阀以及空气路氧气浓度传感器，增大了系统体积和成本，降低了燃料电池系统体积/质量比功率。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种避免燃料电池停机高电位，提高燃料电池寿命的燃料电池系统停机方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池系统停机方法，包括以下步骤：S1)DCDC控制器设定燃料电池电堆输出电流为怠速点电流；S2)氢气子系统和空气子系统同时进行怠速吹扫，并在吹扫结束后关闭空气子系统；S3)燃料电池电堆继续发电至单片电压降低至设定阈值；S4)关闭DCDC控制器，关闭氢气子系统，燃料电池系统停机。进一步地，当空气子系统关闭时，所述的氢气子系统继续供应氢气，防止出现燃料电池电堆反极造成的燃料电池损伤，所述的DCDC控制器继续工作，所述的燃料电池电堆利用空气子系统中残留的氧气和氢气子系统供应的氢气继续发电，由于空气停止供应，燃料电池反应物匮乏，燃料电池电堆从怠速电压快速下降，直至空气子系统中的氧气被消耗完全，燃料电池单片电压降低至设定阈值，燃料电池的单片电压由怠速电压逐渐降低至约为零，整个停机过程不会出现高电位的状态。更进一步地，当燃料电池单片电压降低至设定阈值，完成停机后，所述的燃料电池电堆空气侧包括剩余的氮气和生成的氢气，正常情况下，通过膜电极过来的质子会与氧气结合生成水；在本专利技术的停机过程中，氧气逐渐减少，当燃料电池单片电压降低至设定阈值时，氧气被消耗完全，经过膜电极过来的质子不能与氧气反应，而是与外电路过来的电子结合生成了氢气。更进一步地，当燃料电池电堆发生泄漏时，所述的燃料电池电堆空气侧的氢气用于消耗泄漏进入的氧气，延长空气侧的惰性气体环境，避免下次开机时出现氢空界面而腐蚀阴极催化层。优选地，所述的设定阈值为0.1～0.2V。优选地，所述的步骤S4)中，在将DCDC控制器电流设置调整为零后，关闭DCDC控制器。进一步地，所述的步骤S2)具体包括：S201)设定空气压缩机转速，设定空气进气节气门和空气出气节气门开度，空气子系统进行怠速吹扫；S202)设定氢气循环泵转速，设定氢气喷射器压力，氢气子系统进行怠速吹扫；S203)怠速吹扫结束；S204)关闭空气压缩机，确认空气压缩机停止工作；S205)同时关闭空气进气节气门和空气出气节气门。更进一步地，所述的空气压缩机转速设定为怠速点转速，所述的空气进气节气门和空气出气节气门开度设定为怠速点开度，所述的氢气循环泵转速设定为怠速点转速，所述的氢气喷射器压力设定为怠速点压力。更进一步地，当吹扫时间达到设定吹扫时间时，完成怠速吹扫。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术在怠速吹扫完成后，首先停止空气供应，使燃料电池反应物匮乏，输出电压从怠速电压快速下降，当氧气消耗完时，燃料电池电堆电压降低至约零，整个停机过程不会出现高电位的状态，有效延长燃料电池使用寿命；2)本专利技术无需改变燃料电池系统的结构，只需要通过调整现有停机程序中的关闭顺序，所适用的燃料电池系统结构简单，操作方便；3)本专利技术的停机方法在停机结束后，燃料电池电堆空气侧主要为氮气及氢气，如果电堆有泄漏，空气侧的氢气仍然可以逐渐消耗泄漏进来的氧气，延长空气侧的惰性气体环境，避免下次开机时出现氢空界面，腐蚀阴极催化层，同时有效杜绝爆炸的可能；4)本专利技术在空气停止供应后，保持氢气供给，可以防止出现燃料电池电堆反极造成的燃料电池损伤，进一步延长燃料电池使用寿命。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2为本专利技术的燃料电池系统结构示意图；图3为燃料电池系统停机具体流程示意图；图4为停机过程中电流电压变化曲线图；图5为停机过程中空气流量变化曲线图。其中，1、空气过滤器，2、空气流量计，3、空气压缩机，4、空气进气节气门，5、空气增湿器，6、空气入口温压一体传感器，7、燃料电池电堆，8、空气出口温压一体传感器，9、空气出气节气门，10、氢气减压阀，11、氢气喷射器，12、氢气入口压力传感器，13、氢气循环电磁阀，14、氢气循环泵，15、氢气排气电磁阀，16、氢气和空气混合排气管，17、燃料电池系统DCDC控制器，18、燃料电池电堆输出电流传感器，19、燃料电池电堆输出电压传感器，20、燃料电池单片电压监测器。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通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，都应属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示，本专利技术提供一种避免燃料电池停机高电位的燃料电池系统停机方法，包括以下步骤：S1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统停机方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1)DCDC控制器(17)设定燃料电池电堆输出电流为怠速点电流；/nS2)氢气子系统和空气子系统同时进行怠速吹扫，并在吹扫结束后关闭空气子系统；/nS3)燃料电池电堆(7)继续发电至单片电压降低至设定阈值；/nS4)关闭DCDC控制器(17)，关闭氢气子系统，燃料电池系统停机。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统停机方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)DCDC控制器(17)设定燃料电池电堆输出电流为怠速点电流；
S2)氢气子系统和空气子系统同时进行怠速吹扫，并在吹扫结束后关闭空气子系统；
S3)燃料电池电堆(7)继续发电至单片电压降低至设定阈值；
S4)关闭DCDC控制器(17)，关闭氢气子系统，燃料电池系统停机。


2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统停机方法，其特征在于，当空气子系统关闭时，所述的氢气子系统继续供应氢气，所述的DCDC控制器(17)继续工作，所述的燃料电池电堆(7)利用空气子系统中残留的氧气和氢气子系统供应的氢气继续发电，所述的空气子系统中的氧气被消耗完全，所述的燃料电池单片电压降低至设定阈值。


3.根据权利要求2所述的一种燃料电池系统停机方法，其特征在于，当燃料电池单片电压降低至设定阈值，完成停机后，所述的燃料电池电堆空气侧包括剩余的氮气和生成的氢气。


4.根据权利要求3所述的一种燃料电池系统停机方法，其特征在于，当燃料电池电堆(7)发生泄漏时，所述的燃料电池电堆(7)空气侧的氢气用于消耗泄漏进入的氧气。


5.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统停机方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鑫，甘全全，戴威，
申请(专利权)人：上海神力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31