[发明专利]一种燃料电池系统集成氢气吹扫装置和尾排稀释功能的空气子系统及其控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池系统集成氢气吹扫装置和尾排稀释功能的空气子系统，其特征在于，包括空气过滤器(1)、空压机(2)、中冷器(3)、空气三通阀(4)、燃料电池堆壳体(5)、燃料电池堆(6)、背压阀(7)、燃料电池堆壳体排气管路(8)、燃料电池堆阳极腔排气管路(9)、燃料电池系统尾排(10)和氢气浓度传感器(11)；空气过滤器(1)、空压机(2)和中冷器(3)依次相连接，中冷器(3)的出口连接空气三通阀(4)的第一接头，空气三通阀(4)的第二接头连接燃料电池堆壳体(5)，空气三通阀(4)的第三接头连接燃料电池堆(6)的阴极腔入口，燃料电池堆(6)的阴极腔出口依次连接背压阀(7)和燃料电池系统尾排(10)，燃料电池堆壳体排气管路(8)的相对两端分别连接燃料电池堆壳体(5)和燃料电池系统尾排(10)，燃料电池堆阳极腔排气管路(9)的相对两端分别连接燃料电池堆(6)的阳极腔出口和燃料电池系统尾排(10)，氢气浓度传感器(11)设在燃料电池堆壳体(5)内。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统集成氢气吹扫装置和尾排稀释功能的空气子系统，其特征在于，空气三通阀(4)包含空气三通阀阀体(402)及设于空气三通阀阀体(402)上的空气三通阀控制电机(401)、空气三通阀壳体通风出口(403)、空气三通阀电堆阴极出口(404)和空气三通阀转接接口(405)，空气三通阀壳体通风出口(403)连接燃料电池堆壳体(5)，空气三通阀电堆阴极出口(404)连接燃料电池堆(6)的阴极腔入口，空气三通阀转接接口(405)连接中冷器(3)的出口。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池系统集成氢气吹扫装置和尾排稀释功能的空气子系统，其特征在于，空气三通阀(4)与燃料电池堆壳体(5)通过螺栓进行固定。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池系统集成氢气吹扫装置和尾排稀释功能的空气子系统，其特征在于，空气三通阀壳体通风出口(403)和空气三通阀电堆阴极出口(404)与燃料电池堆壳体(5)之间分别设有密封圈。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池系统集成氢气吹扫装置和尾排稀释功能的空气子系统，其特征在于，空气三通阀阀体(402)与空气三通阀壳体通风出口(403)之间设有密封垫片。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种燃料电池系统集成氢气吹扫装置和尾排稀释功能的空气子系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，启动燃料电池系统，在燃料电池系统的启动过程中，电气零件通过自检之后，启动空压机(2)，并调整空气三通阀(4)的开度，使得空气通过空气三通阀(4)的第二接头进入燃料电池堆壳体(5)，使燃料电池堆壳体(5)保持通风状态，燃料电池堆壳体(5)依次通过燃料电池堆壳体排气管路(8)和燃料电池系统尾排(10)进行通风排气；

步骤2，打开氢气气源，执行氢气吹扫，高浓度氢气通过燃料电池堆阳极腔排气管路(9)进入燃料电池系统尾排(10)，与燃料电池堆壳体排气管路(8)中的通风排气混合稀释，降低排气氢气浓度；

步骤3，完成氢气吹扫之后，调整空气三通阀(4)的开度，使得空气通过空气三通阀(4)的第三接头进入燃料电池堆(6)的阴极腔入口，开始电化学反应；

步骤4，若出现燃料电池堆壳体(5)中通过氢气浓度传感器(11)检测出氢气浓度过高的情况，通过故障情况判断是否可以通过燃料电池堆壳体排气管路(8)通风排气恢复故障，若可以，则不需要停机，若不可以，则需要停机；

步骤5，若不需要停机，则进行降功率处理，并将部分空气通过空气三通阀(4)的第二接头，通风降低燃料电池堆壳体(5)中的氢气浓度；

步骤6，燃料电池堆壳体排气管路(8)中的通风排气的少量氢气以及燃料电池堆阳极腔排气管路(9)中的少量氢气，与背压阀(7)出口的空气混合稀释，进一步降低燃料电池系统尾排(10)中的排气氢气浓度；

步骤7，故障处理后，经过故障复原的判断是否返回正常运行状态，若故障复原则返回运行状态，若故障没复原则停机处理。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池系统集成氢气吹扫装置和尾排稀释功能的空气子系统的控制方法，其特征在于，步骤1中，通过空气三通阀控制电机(401)控制调整空气三通阀(4)的开度。