燃料电池的吹扫系统及燃料电池的吹扫系统的吹扫方法与流程

1.本发明涉及燃料电池堆技术领域，尤指一种燃料电池的吹扫系统及燃料电池的吹扫系统的吹扫方法。


背景技术：

2.燃料电池系统在运行过程中会产生大量液态水，当环境温度低于冰点温度时，需要关闭燃料电池发动机，对燃料电池系统进行低温吹扫处理，主要是将膜电堆及系统附件中存在的液态水吹扫干净，防止燃料电池系统内部结冰，降低燃料电池低温冷启动失败的风险。当前为了保证燃料电池低温冷启动性能，低温吹扫环节用时长，能耗高，影响用户体检。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供了一种燃料电池的吹扫系统及燃料电池的吹扫系统的吹扫方法。用以解决现有技术中对燃料电池进行吹扫的过程中吹扫时间长、能耗大的问题。
4.第一方面，在本发明实施例提供的燃料电池的吹扫系统包括燃料电池堆、空气管组和氢气管组；所述燃料电池堆的第一电极和第二电极上分别设置有进气口和出气口；所述空气管路包括空气进气管路和空气出气管路，所述空气进气管路上设置有第一三通阀，所述第一三通阀的第一端与所述第一电极的进气口连通，所述第一三通阀的第二端用于接入所述空气进气管路输出的空气，所述空气出气管路与所述第一电极的出气口连通；所述氢气管路包括氢气进气管路和氢气出气管路，所述氢气出气管路上设置有第二三通阀、汽水分离器、氢气循环泵和第三三通阀，所述氢气进气管路与所述第二电极的进气口连通，所述氢气出气管路的第一端与所述第二电极的出气口连通，所述氢气出气管路的第二端与所述氢气进气管路连通，其中，所述第二三通阀的第一端与所述燃料电池堆的氢气出口连通，所述第二三通阀的第二端与所述第一三通阀的第三端连通，所述第二三通阀的第三端与所述汽水分离器的进口连通，所述汽水分离器的出口与所述氢气循环泵的进口连通，所述氢气循环泵的出口与所述第三三通阀的第一端连通，所述第三三通阀的二端与所述氢气进气管连通；当所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第一状态时，所述第一三通阀中仅第一端和第二端导通，所述第二三通阀中仅第一端和第三端连通，所述第三三通阀中仅第一端和第二端连通；当所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第二状态时，所述第一三通阀中仅第二端和第三端连通，所述第二三通阀中仅第二端和第三端连通，所述第三三通阀中仅第一端和第三端连通。
5.本技术中的燃料电池的吹扫系统，可以先通过控制第一三通阀、第二三通阀以及第三三通阀，使氢气管组和空气管组分别对燃料电池堆的第一电极和第二电极进行吹扫，然后通过再次控制第一三通阀、第二三通阀以及第三三通阀，使空气管组中的空气进气管路可以与氢气出气管路连通，且空气进气管路中空气可以对设置在氢气出气管路中的汽水
分离器和氢气循环泵进行吹扫，而空气对氢气出气管路进行吹扫时，由于汽水分离器和氢气循环泵本身的特性，可以提高空气吹扫的强度，减少吹扫的时长，进而减小氢气出气管路进行吹扫时的耗能，提高吹扫的效率。
6.在一种可能的实施方式中，所述空气进气管路上还设置有空气压缩机，所述空气压缩机的进口用于接入空气，所述空气压缩机的出口与所述第一三通阀的第二端连通。
7.在一种可能的实施方式中，所述空气进气管路上还设置有空气滤清器，所述空气滤清器的进口用于接入空气，所述空气滤清器的出口与所述空气压缩机的进口连通。
8.在一种可能的实施方式中，所述空气进气管路上还设有中冷器，所述中冷器的进口与所述空气压缩机的出口连通，所述中冷器的出口与所述第一三通阀的第二端连通。
9.在一种可能的实施方式中，所述燃料电池的吹扫系统还包括背压阀，所述背压阀设置于所述空气出气管路，所述背压阀的进口与所述燃料电池堆的空气出口连通。
10.在一种可能的实施方式中，所述第一电极为阴极或阳极，所述第二电极为阳极或阴极。
11.在一种可能的实施方式中，所述燃料电池的吹扫系统还包括控制器，所述控制器与所述第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、空气压缩机以及所述氢气循环泵电连接。
12.第二方面，本发明实施例还提供了一种第一方面任一实施例提供的燃料电池的吹扫系统的吹扫方法，包括如下的步骤：
13.控制所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第一状态，控制所述空气进气管路和所述氢气进气管路分别对所述燃料电池的第一电极和第二电极进行吹扫；
14.控制所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第二状态，所述第三三通阀中仅第一端和第三端连通，所述空气进气管路中的空气对所述氢气出气管路进行吹扫；
15.停止吹扫。
16.该种吹扫方法所产生的效果与第一方面中燃料电池的吹扫系统所产生的效果相同，此处不再进行赘述。
17.在一种可能的实施方式中，在控制所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第一状态的步骤前还包括：
18.接收燃料电池低温关机的指令；
19.检测环境温度；
20.根据第一环境温度设定电池燃料堆的冷却液入口温度，并根据第一环境温度得到对应的停止吹扫时的电池燃料堆中电池单体的最低电压。
21.在一种可能的实施方式中，在控制所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第二状态的步骤前还包括：
22.根据第二环境温度设定所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第二状态时对所述氢气出气管路的吹扫时间。
附图说明
23.图1为本发明实施例提供的燃料电池的吹扫系统的结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的燃料电池的吹扫系统的吹扫方法的流程图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.下面结合附图1，对本发明实施例提供的燃料电池的吹扫系统进行说明，燃料电池的吹扫系统可以包括燃料电池堆、空气管组和氢气管组；所述燃料电池堆的第一电极和第二电极上分别设置有进气口和出气口；所述空气管路包括空气进气管路和空气出气管路，所述空气进气管路上设置有第一三通阀，所述第一三通阀的第一端与所述第一电极的进气口连通，所述第一三通阀的第二端用于接入所述空气进气管路输出的空气，所述空气出气管路与所述第一电极的出气口连通；所述氢气管路包括氢气进气管路和氢气出气管路，所述氢气出气管路上设置有第二三通阀、汽水分离器、氢气循环泵和第三三通阀，所述氢气进气管路与所述第二电极的进气口连通，所述氢气出气管路的第一端与所述第二电极的出气口连通，所述氢气出气管路的第二端与所述氢气进气管路连通，其中，所述第二三通阀的第一端与所述燃料电池堆的氢气出口连通，所述第二三通阀的第二端与所述第一三通阀的第三端连通，所述第二三通阀的第三端与所述汽水分离器的进口连通，所述汽水分离器的出口与所述氢气循环泵的进口连通，所述氢气循环泵的出口与所述第三三通阀的第一端连通，所述第三三通阀的二端与所述氢气进气管连通；当所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第一状态时，所述第一三通阀中仅第一端和第二端导通，所述第二三通阀中仅第一端和第三端连通，所述第三三通阀中仅第一端和第二端连通；当所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第二状态时，所述第一三通阀中仅第二端和第三端连通，所述第二三通阀中仅第二端和第三端连通，所述第三三通阀中仅第一端和第三端连通。
27.本技术中的燃料电池的吹扫系统，可以先通过控制第一三通阀、第二三通阀以及第三三通阀，使氢气管组和空气管组分别对燃料电池堆的第一电极和第二电极进行吹扫，然后通过再次控制第一三通阀、第二三通阀以及第三三通阀，使空气管组中的空气进气管路可以与氢气出气管路连通，且空气进气管路中空气可以对设置在氢气出气管路中的汽水分离器和氢气循环泵进行吹扫，而空气对氢气出气管路进行吹扫时，由于汽水分离器和氢气循环泵本身的特性，可以提高空气吹扫的强度，减少吹扫的时长，进而减小氢气出气管路进行吹扫时的耗能，提高吹扫的效率。
28.需要说明的是，所述第一电极为阴极或阳极，所述第二电极为阳极或阴极。
29.在一种可能的实施例中，空气管路上还可以设置有空气压缩机，空气压缩机的进口用于接入空气，空气压缩机的出口与第一三通阀的第二端连通。增加器的设置可以为进入到燃料电池堆的第一电极的空气增压，以提高吹扫的效果。
30.在上述的实施例中，空气管路上还设置有中冷器以及空气滤清器，其中，空气滤清器的进口用于接入空气，空气滤清器的出口与增加器的进口连通，中冷器的进口与空气压缩机的出口连通，中冷器的出口与第一三通阀的第二端连通。空气滤清器可以将空气的中
的微粒杂质清除，滤除杂质微粒的空气可以被空气压缩机增压，增压后的空气可以进入到中冷器，中冷器可以降低增压后的空难过去的温度，进而提高进气量。
31.在一种可能的实施例中，所述燃料电池的吹扫系统还包括背压阀，所述背压阀设置于所述空气出气管路，所述背压阀的进口与所述燃料电池堆的空气出口连通。背压阀的设置可以控制空气出气管路的通断。
32.在一种可能的实施例中，燃料电池的吹扫系统还包括控制器，所述控制器与所述第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、空气压缩机以及所述氢气循环泵电连接，控制器可以控制第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀的各个端之间的通断，以实现不同的吹扫功能；控制器还可以控制空气压缩机、氢气循环泵以及中冷器的等部件的工作。
33.参照图2，本发明实施例还提供了一种上述任一实施例提供的燃料电池的吹扫系统的吹扫方法，包括如下的步骤：
34.步骤s10：控制所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第一状态，控制所述空气进气管路和所述氢气进气管路分别对所述燃料电池的第一电极和第二电极进行吹扫；
35.步骤s20：控制所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第二状态，所述第三三通阀中仅第一端和第三端连通，所述空气进气管路中的空气对所述氢气出气管路进行吹扫；
36.步骤s30：停止吹扫。
37.该种吹扫方法所产生的效果与第一方面中燃料电池的吹扫系统所产生的效果相同，此处不再进行赘述。
38.在一种可能的实施方式中，在控制所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第一状态的步骤前还包括：
39.s1：接收燃料电池低温关机的指令；
40.s2：检测环境温度；
41.s3：根据第一环境温度设定电池燃料堆的冷却液入口温度，并根据第一环境温度得到对应的停止吹扫时的电池燃料堆中电池单体的最低电压。
42.其中，根据第一环境温度可以设定燃料电池堆的冷却液入口的工作温度，第一环境温度越低，设定的电池燃料堆的冷却液入口的工作温度越高，且电池燃料堆的冷却液入口的工作温度越高，燃料电池堆的散热系统的工作耗能越低。另外，可以根据第一环境温度得到吹扫结束使，电池燃料堆中电池单体的最低电压，且第一环境温度越低，设定对应的电池燃料堆电池单体的平均电压越低；即第一环境温度与电池燃料堆冷却液入口工作温度以及吹扫结束时电池燃料堆电池单体的平均电压呈对应的关系，如表1所示；
43.表1
[0044][0045]
在具体对电池燃料堆进行吹扫时，可以根据第一环境温度，通过查表1得到冷却液入口的温度以及燃料电池堆吹扫结束时燃料电池堆中电池单体的平均电压值，通过控制燃料电池堆的散热系统，将冷却液的温度维持在设定的值，然后控制第一三通阀、第二三通阀以及第三三通阀，使空气进气管路和所述氢气进气管路分别对所述燃料电池的第一电极和第二电极进行吹扫，且当电池燃料堆中的电池单体的平压电压小于第一温度对应的电压时，结束对燃料电池堆的吹扫。
[0046]
在一种可能的实施方式中，在控制所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第二状态的步骤前还包括：
[0047]
s11：根据第二环境温度设定所述第一三通阀、所述第二三通阀以及所述第三三通阀处于第二状态时对所述氢气出气管路的吹扫时间。
[0048]
其中，第二环境温度的值越低，设定的吹扫时间越长，空气压缩机的转速越高，即第二环境温度，对氢气出气管路的吹扫时间以及空气压缩机的转速为对应的关系，具体如表2所示；
[0049]
表2
[0050][0051]
其中，第一环境温度和第二环境温度的温度可以相同。
[0052]
具体对氢气出气管路进行吹扫时，可以根据第二环境温度得到需要吹扫的时间，控制空气压缩机的转速，当吹扫时间大于第二环境温度对应的吹扫时间时，停止吹扫。
[0053]
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。