燃料電池的吹掃系統及其吹掃方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及燃料電池堆技術領域，具體而言，涉及一種燃料電池的吹掃系統及其 吹掃方法。
【背景技術】
[0002] 燃料電池是一種采用電化學反應的方式將燃料中的化學能轉化為電能的發電裝 置，具有環境友好、安全可靠和易于操作等優點。由于不受卡諾循環的限制，燃料電池的直 接發電效率可達45 %，熱電聯供效率可達90 %以上，可廣泛應用于備用電源、分布式電站 和汽車動力等多個領域。
[0003] 其中，質子交換膜燃料電池作為燃料電池中的一種，在原理上相當于水電解的逆 裝置，發電過程的產物是水。因此，在電池反應區的中后段常常會有液態水的堆積，發電系 統關機時需要對未反應的燃料氣體和反應流道中的水進行吹掃，同時，需將燃料電池堆的 溫度降到室溫環境附近，保證燃料電池堆及系統的安全性，以及下次啟動系統的順利進行。
[0004] 在現有技術中，一種用于燃料電池的吹掃系統包括燃料電池堆、整車控制器、燃料 電池控制器、動力輸出繼電器、空氣栗、氫氣尾排電磁閥、燃料電池溫度采集裝置和環境溫 度采集裝置；控制方法是燃料電池控制器根據燃料電池溫度和環境溫度控制關機時空氣栗 的轉速、氫氣尾排電磁閥的排放周期和吹掃時長。根據燃料電池溫度采集裝置和環境溫度 采集裝置采集的溫度數據用相對應的吹掃氣體速率、尾排電磁閥排氣周期和吹掃時長對燃 料電池進行吹掃。
[0005] 上述吹掃方法中，為了保證吹掃的可靠性，往往采取長時間吹掃，或者對電堆降溫 與水氣吹掃同時進行，從而導致燃料電池發電系統關機時間長，并且能耗較大。

【發明內容】

[0006] 本發明的主要目的在于提供一種燃料電池的吹掃系統及其吹掃方法，以解決現有 技術中對燃料電池進行吹掃的過程中吹掃時間長、能耗大的問題。
[0007] 為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種燃料電池的吹掃系統，包 括：傳感器組，包括環境溫度傳感器和電池堆溫度傳感器，電池堆溫度傳感器設置于燃料電 池堆的內部，且環境溫度傳感器設置于燃料電池堆的外部；空氣栗，連接于燃料電池堆的進 氣管道；系統控制器，用于接收傳感器組傳來的測量信號，并根據測量信號控制空氣栗的開 啟和關閉。
[0008] 進一步地，傳感器組還包括設置于燃料電池堆的出氣管道上的出氣濕度傳感器、 出氣溫度傳感器和出氣壓力傳感器。
[0009] 進一步地，傳感器組還包括設置于燃料電池堆的進氣管道上的進氣濕度傳感器。
[0010] 進一步地，傳感器組還包括設置于燃料電池堆的進氣管道上的進氣壓力傳感器和 進氣溫度傳感器。
[0011] 進一步地，吹掃系統還包括：尾氣閥門，連接于燃料電池堆的出氣管道；冷卻水 栗，連接于燃料電池堆的進水管道和出水管道，并與系統控制器連接。
[0012] 進一步地，吹掃系統還包括冷卻水散熱器，設置于進水管道上。
[0013]進一步地，系統控制器包括：接收模塊，用于接收傳感器組傳來的測量信號；判斷 模塊，用于對測量信號進行判斷，并將測量信號轉為控制信號；發送模塊，用于將控制信號 發送至空氣栗和冷卻水栗。
[0014]進一步地，控制信號包括第一控制信號、第二控制信號和第三控制信號，其中：空 氣栗包括第一控制模塊，用于接收第一控制信號，并將空氣栗關閉；空氣栗還包括第二控制 模塊，用于接收第二控制信號，并增加空氣栗中的空氣對燃料電池堆進行吹掃的吹氣量；冷 卻水栗包括第三控制模塊，用于接收第三控制信號，并將冷卻水栗開啟或關閉。
[0015]根據本發明的另一方面，提供了一種燃料電池的吹掃方法，吹掃方法包括以下步 驟：S1、停止向燃料電池堆通入燃料后，利用權利要求1至8中任一項的吹掃系統中的空氣 栗中的空氣對燃料電池堆進行吹掃，并利用吹掃系統中的電池堆溫度傳感器對燃料電池堆 內部溫度T進行測量，利用吹掃系統中的環境溫度傳感器對燃料電池堆外部溫度Te進行測 量；S2、當T與Te之間滿足以下關系式時，系統控制器將空氣栗關閉：T-Te < T1，且Tl為 0 ~10°C ;或 Te < T2, T 彡 T2,且 T2 為 20 ~40°C。
[0016]進一步地，在執行步驟S2之前，吹掃方法還包括：當T2 < T < T3時，執行步驟S2 ; 其中，T3為30~100°C。
[0017]進一步地，在步驟SI中，利用空氣栗中的空氣以的第一吹氣量對燃料電池堆進行 吹掃，第一吹氣量等于1600*?八?轉。)，其中，？為燃料電池系統的額定功率，1為電池堆平 均節電壓，F為法拉第常數。
[0018]進一步地，吹掃系統為權利要求2的吹掃系統，步驟Sl還包括：利用出氣濕度傳感 器對流出燃料電池堆的空氣濕度進行測量，利用出氣溫度傳感器對流出燃料電池堆的 空氣溫度To進行測量，利用出氣壓力傳感器對流出燃料電池堆的空氣壓力Po進行測量，當 (60 > a*Ps/Po,利用系統控制器將第一吹氣量轉為第二吹氣量對燃料電池堆進行吹掃，且 第二吹氣量大于第一吹氣量；當(60 < a*Ps/P〇,保持第一吹氣量對燃料電池堆進行吹掃； 其中，0. 6 < a < 1，Pl茜足關系式：
[0019]進一步地，當> a*Ps/Po,以第二吹氣量周期性地對燃料電池堆進行吹掃，吹掃 周期為4~30秒，每個吹掃周期內的吹掃時間為2~20秒。
[0020] 進一步地，第二吹氣量為第一吹氣量兩倍。
[0021] 進一步地，吹掃系統為權利要求5的吹掃系統，在利用空氣栗中的空氣對燃料電 池堆進行吹掃的步驟之前，步驟Sl還包括關閉吹掃系統中的冷卻水栗。
[0022] 進一步地，吹掃系統為權利要求3的吹掃系統，利用進氣濕度傳感器對流入燃料 電池堆的空氣濕度? i進行測量，當Oo < b*? i，且1彡b彡1. 5時，利用系統控制器開啟 冷卻水栗，以向燃料電池堆循環通入冷卻水。
[0023]進一步地，利用空氣栗中的空氣以第一吹氣量對燃料電池堆進行吹掃的步驟中， 空氣栗的轉速為800~2500RPM，氣體速率為100~1000L/min，額定功率為12~2000W。
[0024]應用本發明的技術方案，提供了一種燃料電池的吹掃系統，由于該吹掃系統包括 電池堆溫度傳感器、環境溫度傳感器和空氣栗，以及用于接收傳感器組傳來的測量信號的 系統控制器，并且該系統控制器能夠根據測量信號控制空氣栗的開啟和關閉，從而能夠利 用空氣栗有效地帶出電池堆內部的水，降低燃料電池堆內部溫度，并利用電池堆溫度傳感 器和環境溫度傳感器對燃料電池堆內部溫度和系統環境溫度進行測量，以判斷是否已對燃 料電池堆進行有效地吹掃，進而能夠通過判斷結果利用系統控制器將空氣栗關閉，以停止 對燃料電池堆的吹掃，進而有效地降低了對燃料電池堆的吹掃時間，減少了吹掃系統的能 量消耗，提高了吹掃系統的可靠性和穩定性。
【附圖說明】
[0025] 構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示 意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0026] 圖1示出了本發明實施方式所提供的吹掃系統的示意圖；
[0027] 圖2示出了本發明實施例1所提供的吹掃方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0029] 需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根 據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式 也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語"包含"和/或"包 括"時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0030] 為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特 征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為"在其他器 件或構造上方"或"在其他器件或構造之上"的器件之后將被定位為"在其他器件或構造下 方"或"在其他器件或構造之下"。因而，示例性術語"在