燃料电池低温关机吹扫方法、装置及系统与流程

本发明属于燃料电池，具体涉及一种燃料电池低温关机吹扫方法、装置及系统。

背景技术：

1、随着氢能的快速发展，质子交换膜燃料电池(pemfc)得到大规模应用推广，但是pemfc的低温冷启动问题目前尚未完全解决。低温吹扫过程与冷启动过程是紧密联系的，pemfc冷启动是否能成功在很大程度上取决于低温吹扫过程是否使得膜电极含水量达到适合值，若是低温启动前初始水含量太多，低温启动过程中会结冰阻碍反应进行，导致电堆启动失败。而停机过程中进行气体吹扫可以有效减少电堆初始水含量。

2、目前通常采用鼓风吹扫中的小电流带载吹扫方式。吹扫的核心要求是，吹扫过程无高电位并吹扫完全。但是目前采用的吹扫方式通常使得电堆处于高电位的时间较长，会造成碳腐蚀影响电堆耐久性能。因此，必须提出精确的停机吹扫策略，以满足低温冷启动对于电堆初始水含量的要求并减小电堆处于高电位的时间，提高电堆耐久性能。

3、因此，针对上述技术问题，有必要提供一种燃料电池低温关机吹扫方法、装置及系统。

4、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种燃料电池低温关机吹扫方法、装置及系统。

2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：

3、燃料电池低温关机吹扫方法，包括如下步骤：

4、电堆冷却液出口温度判断是否满足低温吹扫条件，如不满足低温吹扫条件，进入升温流程；如满足低温吹扫条件，逐步降载至怠速工况点，后进入电堆吹扫流程，所述吹扫流程如下：

5、步骤(1)、燃料电池设置在0.15-0.18标准电流密度的条件下运行，期间采用干燥的氢气和空气分别通入到电池的阳极和阴极，阳极和阴极的气体的流量对应的是在1.2-1.4标准电流密度下的气体流量，控制电堆冷却液出口温度维持在60-65℃，吹扫时间设定为10-20秒；

6、步骤(2)、燃料电池设置在0.15-0.18标准电流密度的条件下运行，阳极和阴极的气体的流量对应的是在0.8-1.0标准电流密度下的气体流量，吹扫时间设定为10-20秒；

7、步骤(3)、燃料电池设置在0.10-0.12标准电流密度的条件下运行，阳极和阴极的气体的流量对应的是在0.8-1.0标准电流密度下的气体流量，吹扫时间设定为10-20秒；

8、步骤(4)、燃料电池设置在0.05-0.08标准电流密度的条件下运行，阳极和阴极的气体的流量对应的是在0.5-0.8标准电流密度下的气体流量，吹扫时间设定为10-20秒；

9、步骤(5)、燃料电池设置在0.03-0.04标准电流密度的条件下运行，阳极和阴极的气体的流量对应的是在0.5-0.8标准电流密度下的气体流量，吹扫时间设定为5-10秒；

10、步骤(6)、带载0.03-0.04标准电流密度，气体流量设定0.05-0.3标准电流密度的流量，关闭空气的供给，消耗残留在阴极的残余氧气，当平均电压＜0.15-0.35v后，关闭负载电流，关闭氢气的供给；

11、其中，步骤(1)-步骤(6)中至少任一满足：阳极和阴极的气体的压力分别为30-40千帕和35-45千帕。标准电流密度指电堆运行时的电流密度为额定的1a/cm2。

12、在本发明的一个或多个实施例中，低温吹扫条件为：当将电堆拉载到1标准电流密度时判断电堆冷却液出口温度是否大于等于60-70℃，是则进入升温流程进行继续正常加载，否则逐步降载至怠速工况点，降载完成后进入电堆吹扫流程。本方案的目的是根据冷却液出口温度来判断当下的工作条件是否为冬天的低温环境，当小于此温度时，说明处于低温环境，需要进行低温吹扫。

13、在本发明的一个或多个实施例中，步骤(1)-步骤(6)中所述氢气和/或空气是预热的。

14、在本发明的一个或多个实施例中，预热的所述氢气和/或空气温度范围为25-65℃。

15、在本发明的一个或多个实施例中，怠速工况点为：电堆运行的电流密度降低至0.4-0.5标准电流密度。

16、在本发明的一个或多个实施例中，电堆在怠速工况点运行120-240秒后再进入电堆吹扫流程。

17、在本发明的一个或多个实施例中，步骤(1)-步骤(6)中满足：阳极的气体的压力相同、阴极的气体的压力相同。

18、在本发明的一个或多个实施例中，步骤(6)中关闭空气供给后，燃料电池的平均电压由吹扫电压下降到平均电压＜0.15-0.35v的时间为5到20s。

19、在本发明的一个或多个实施例中，吹扫装置，实施燃料电池低温关机吹扫方法。

20、在本发明的一个或多个实施例中，吹扫系统，包括主体以及设置主体的若干吹扫装置。

21、与现有技术相比，本发明的燃料电池低温关机吹扫方法、装置及系统，可以有效减少电堆初始水含量，提高电堆冷启动成功率；可以减小电堆处于高电位的时间，提高电堆耐久性能；吹扫结束后使用辅助负载放电消耗掉阴极的氧气能够有效的减缓燃料电池经历频繁启停后的性能衰减。

技术特征：

1.一种燃料电池低温关机吹扫方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的燃料电池低温关机吹扫方法，其特征在于，所述低温吹扫条件为：当将电堆拉载到1标准电流密度时判断电堆冷却液出口温度是否大于等于60-70℃，是则进入升温流程进行继续正常加载，否则逐步降载至怠速工况点，降载完成后进入电堆吹扫流程。

3.根据权利要求1所述的燃料电池低温关机吹扫方法，其特征在于，步骤(1)-步骤(6)中所述氢气和/或空气是预热的。

4.根据权利要求3所述的燃料电池低温关机吹扫方法，其特征在于，预热的所述氢气和/或空气温度范围为25-65℃。

5.根据权利要求1所述的燃料电池低温关机吹扫方法，其特征在于，所述怠速工况点为：电堆运行的电流密度降低至0.4-0.5标准电流密度。

6.根据权利要求1所述的燃料电池低温关机吹扫方法，其特征在于，所述电堆在怠速工况点运行120-240秒后再进入电堆吹扫流程。

7.根据权利要求1所述的燃料电池低温关机吹扫方法，其特征在于，步骤(1)-步骤(6)中满足：阳极的气体的压力相同、阴极的气体的压力相同。

8.根据权利要求1所述的燃料电池低温关机吹扫方法，其特征在于，步骤(6)中关闭空气供给后，所述燃料电池的平均电压由吹扫电压下降到平均电压＜0.15-0.35v的时间为5到20s。

9.吹扫装置，实施根据权利要求1-8任一所述的燃料电池低温关机吹扫方法。

10.吹扫系统，包括主体以及设置主体的若干根据权利要求9所述的吹扫装置。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池低温关机吹扫方法、装置及系统，其中吹扫方法，包括如下步骤：电堆冷却液出口温度判断是否满足低温吹扫条件，吹扫流程如下：步骤(1)、燃料电池设置在0.15‑0.18标准电流密度的条件下运行，期间采用干燥的氢气和空气分别通入到电池的阳极和阴极；步骤(2)、燃料电池设置在0.15‑0.18标准电流密度的条件下运行；步骤(3)、燃料电池设置在0.10‑0.12标准电流密度的条件下运行；步骤(4)、燃料电池设置在0.05‑0.08标准电流密度的条件下运行；步骤(5)、燃料电池设置在0.03‑0.04标准电流密度的条件下运行；步骤(6)、带载0.03‑0.04标准电流密度。本发明可以有效减少电堆初始水含量，提高电堆冷启动成功率、提高电堆耐久性能、减缓性能衰减。

技术研发人员：张景瑞,张超,管俊生,徐加忠,刘欢欢
受保护的技术使用者：苏州弗尔赛能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/24