一种燃料电池系统及停机控制方法技术方案

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池系统及停机控制方法，包括燃料电池堆、空气循环组件和氢气循环组件。燃料电池堆连接冷却回路和直流变换器；空气循环组件包括空气进气支路、空气出气支路和三通阀，空气进气支路给燃料电池堆提供空气；空气出气支路排出燃料电池堆内多余空气，空气出气支路设置有分水器，分水器远离燃料电池堆的一端连通三通阀，三通阀能够连通空气进气支路和空气出气支路；氢气循环组件给燃料电池堆提供氢气并排出多余氢气。本发明专利技术的燃料电池系统，能在停机时使氧气全部消耗且不产生负压，避免产生氢空界面；停机控制方法能够在停机过程中维持阴极和阳极压力平衡，避免形成氢空界面，提升燃料电池堆寿命。池堆寿命。池堆寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统及停机控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池系统及停机控制方法。

技术介绍

[0002]现有的燃料电池系统，在停机时常采用耗氧放电或耗氢放电形式，为了将反应气体耗尽，只能封闭燃料电池的阳极和阴极。但随着反应气体的消耗，势必产生燃料电池堆内气压低于大气压的负压情况，从而导致系统密封情况恶化，因此长时间放置后，气体将渗透进入燃料电池堆的阴极或阳极腔体。再加之燃料电池堆内部还有残存的氧气，从而在再次启动时燃料电池堆内形成氢空界面，影响燃料电池堆寿命。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池系统及停机控制方法，燃料电池系统能在停机时使得氧气全部消耗掉且不产生负压，避免产生氢空界面；停机控制方法应用于上述的燃料电池系统，能够在停机过程中维持燃料电池堆阴极和阳极的压力平衡，避免形成氢空界面，提升燃料电池堆寿命。
[0004]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一方面，提供一种燃料电池系统，包括：
[0006]燃料电池堆，所述燃料电池堆连接冷却回路和直流变换器，所述冷却回路被配置为冷却所述燃料电池堆，所述直流变换器被配置为转换并输出所述燃料电池堆的电流；
[0007]空气循环组件，所述空气循环组件包括空气进气支路、空气出气支路和三通阀，所述空气进气支路的一端连通外部大气，另一端连通所述燃料电池堆，所述空气进气支路被配置为给所述燃料电池堆提供空气，所述空气出气支路的一端连通所述燃料电池堆，另一端连通所述外部大气，所述空气出气支路被配置为排出所述燃料电池堆内的多余所述空气，所述空气出气支路设置有分水器，所述分水器远离所述燃料电池堆的一端连通所述三通阀，所述三通阀能够连通所述空气进气支路和所述空气出气支路，所述三通阀被配置为控制所述空气出气支路内的所述空气排入所述外部大气或者进入所述空气进气支路；以及
[0008]氢气循环组件，所述氢气循环组件被配置为给所述燃料电池堆提供氢气，并排出多余所述氢气。
[0009]作为本专利技术的一种优选结构，所述空气进气支路包括：
[0010]空气截止阀，所述空气截止阀的一端连通所述外部大气；
[0011]空压机，所述空压机的一端连通所述空气截止阀，另一端连通所述燃料电池堆；以及
[0012]空气入堆压力传感器，所述空气入堆压力传感器设置于所述空压机和所述燃料电池堆之间。
[0013]作为本专利技术的一种优选结构，所述空气出气支路还包括：
[0014]空气出堆压力传感器，所述空气出堆压力传感器、设置于所述分水器和所述燃料
电池堆之间；
[0015]空气排水分路，所述空气排水分路连通所述分水器，所述空气排水分路被配置为排出所述分水器内的水分。
[0016]作为本专利技术的一种优选结构，所述空气排水分路设置有空气排水阀。
[0017]作为本专利技术的一种优选结构，所述氢气循环组件包括：
[0018]氢气进气支路，所述氢气进气支路包括供氢比例阀和氢气入堆压力传感器，所述供氢比例阀的一端连通外部供氢系统，另一端连通所述燃料电池堆，所述氢气入堆压力传感器设置于所述供氢比例阀和所述燃料电池堆之间；
[0019]氢气出气支路，所述氢气出气支路设置有氢气尾排阀；以及
[0020]循环支路，所述循环支路连通所述氢气进气支路和所述氢气出气支路，所述循环支路设置有氢循环泵。
[0021]另一方面，提供一种停机控制方法，应用于上述的燃料电池系统，包括以下步骤：
[0022]步骤S1、开始停机，冷却回路保持正常工作，直流变换器控制燃料电池堆的电流为输出电流A1，三通阀连通空气进气支路和空气出气支路；
[0023]步骤S2、保持空气截止阀开启，开启分水器和空气排水阀，设定空压机的转速为转速S1；保持氢循环泵和供氢比例阀开启，氢气尾排阀按照T周期进行开关；
[0024]步骤S3、监测所述燃料电池堆输出至所述直流变换器的电压，并判断所述电压是否低于预设值V1，当所述电压低于所述预设值V1时，执行步骤S4；
[0025]步骤S4、设定所述直流变换器控制所述燃料电池堆的电流为输出电流A2，设定所述空压机的转速为转速S2；关闭所述空气截止阀、所述氢气尾排阀和所述空气排水阀；
[0026]步骤S5、监测空气出堆压力是否低于大气压，当所述空气出堆压力低于所述大气压时，执行步骤S6,否则执行步骤S7；
[0027]步骤S6、开启所述空气截止阀，直至所述空气出堆压力不低于所述大气压时关闭所述空气截止阀；
[0028]步骤S7、监测所述燃料电池堆输出至所述直流变换器的电压是否小于放电完成电压，当所述燃料电池堆的所述电压小于所述放电完成电压时，执行步骤S8；
[0029]步骤S8、所述直流变换器停止工作不再加载电流，所述冷却回路停止工作，关闭所述空压机、所述氢循环泵和所述供氢比例阀，完成停机。
[0030]作为本专利技术的一种优选的实施方案，所述输出电流A1大于所述输出电流A2,所述转速S1大于所述转速S2。
[0031]作为本专利技术的一种优选的实施方案，在所述步骤S2中，控制所述空压机和所述供氢比例阀，保持氢气入堆压力大于空气入堆压。
[0032]作为本专利技术的一种优选的实施方案，在所述步骤S2中，所述T周期的范围为3s～8s。
[0033]作为本专利技术的一种优选的实施方案，在所述步骤S3中，所述预设值V1等于180V。
[0034]本专利技术的有益效果：本专利技术所提供的燃料电池系统，当进入停机阶段，空气出气支路中的空气通过三通阀进入空气进气支路，继续循环进入燃料电池堆进行反应，燃料电池堆内的空气循环使用，从而得到充分消耗，避免燃料电池堆内产生负压；循环的空气能够使得氧气在燃料电池堆内均匀分布，使得燃料电池堆内的气体反应更为彻底，避免产生氢空
界面；而且，三通阀也能防止外部大气中的空气回流；分水器能避免循环空气带有水分进入燃料电池堆内，实现简单高效的停机吹扫除水。氢气循环组件在停机过程中，能根据循环空气的消耗情况，实时补充氢气，使得氧气得到充分消耗，提升燃料电池堆的寿命。本专利技术所提供的停机控制方法，应用于上述的燃料电池系统的停机过程，设定了多个阶段停机过程，多级放电保证氧气全部消耗。因燃料电池堆一直循环消耗排出的空气，故燃料电池堆内的含氧量逐步降低，始终维持阴极和阳极的压力平衡；在多个阶段停机过程中尽量减少氧气的供给，停机完成后阴极一侧基本无残留氧气，避免了空气侧负压的形成；停机过程充分考虑了空气侧的水分吹扫问题，实现了完善的多级吹扫及放电停机，提升燃料电池堆寿命。
附图说明
[0035]图1是本专利技术实施例提供的燃料电池系统的结构示意图；
[0036]图2是本专利技术实施例提供的停机控制方法的流程示意图。
[0037]图中：
[0038]1、燃料电池堆；2、空气循环组件；21、空气进气支路；211、空气截止阀；212、空压机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：燃料电池堆(1)，所述燃料电池堆(1)连接冷却回路(100)和直流变换器(200)，所述冷却回路(100)被配置为冷却所述燃料电池堆(1)，所述直流变换器(200)被配置为转换并输出所述燃料电池堆(1)的电流；空气循环组件(2)，所述空气循环组件(2)包括空气进气支路(21)、空气出气支路(22)和三通阀(23)，所述空气进气支路(21)的一端连通外部大气，另一端连通所述燃料电池堆(1)，所述空气进气支路(21)被配置为给所述燃料电池堆(1)提供空气，所述空气出气支路(22)的一端连通所述燃料电池堆(1)，另一端连通所述外部大气，所述空气出气支路(22)被配置为排出所述燃料电池堆(1)内的多余所述空气，所述空气出气支路(22)设置有分水器(221)，所述分水器(221)远离所述燃料电池堆(1)的一端连通所述三通阀(23)，所述三通阀(23)能够连通所述空气进气支路(21)和所述空气出气支路(22)，所述三通阀(23)被配置为控制所述空气出气支路(22)内的所述空气排入所述外部大气或者进入所述空气进气支路(21)；以及氢气循环组件(3)，所述氢气循环组件(3)被配置为给所述燃料电池堆(1)提供氢气，并排出多余所述氢气。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述空气进气支路(21)包括：空气截止阀(211)，所述空气截止阀(211)的一端连通所述外部大气；空压机(212)，所述空压机(212)的一端连通所述空气截止阀(211)，另一端连通所述燃料电池堆(1)；以及空气入堆压力传感器(213)，所述空气入堆压力传感器(213)设置于所述空压机(212)和所述燃料电池堆(1)之间。3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述空气出气支路(22)还包括：空气出堆压力传感器(222)，所述空气出堆压力传感器(222)设置于所述分水器(221)和所述燃料电池堆(1)之间；空气排水分路(223)，所述空气排水分路(223)连通所述分水器(221)，所述空气排水分路(223)被配置为排出所述分水器(221)内的水分。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述空气排水分路(223)设置有空气排水阀(2231)。5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气循环组件(3)包括：氢气进气支路(31)，所述氢气进气支路(31)包括供氢比例阀(311)和氢气入堆压力传感器(312)，所述供氢比例阀(311)的一端连通外部供氢系统，另一端连通所述燃料电池堆(1)，所述氢气入堆压力传感器(312)设置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兴，韩令海，丁天威，赵洪辉，马秋玉，曲禄成，郝志强，段盼，刘岩，王宇鹏，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：