[发明专利]一种燃料电池系统及其启动吹扫方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池系统及其启动吹扫方法，燃料电池系统包括电堆、供氢单元、氢气比例阀、引射器、气水分离器、排气阀、排水阀、水泵、散热器、CVM电压监控模块、压力传感器、出口温度传感器和入口温度传感器；启动吹扫方法步骤包括燃料电池系统收到开机启动指令后，检测电堆的冷却液出口温度和冷却液进口温度，若冷却液出口温度和冷却液进口温度均大于规定温度阈值时，则燃料电池系统进入常温启动流程，否则燃料电池系统进入冷启动流程。本发明通过减少氢气浪费、避免阳极氢空界面的出现或降低存在时间，从而提高氢气利用率和保证电堆使用寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池系统及其启动吹扫方法。

背景技术

氢燃料，是一种清洁、无污染的可再生能源，正在被越来越多的领域使用。氢燃料电池可以将氢气转化为电能和热能，氢燃料电池在工作时，不仅发电效率高，而且具有噪音小、无污染等优点。

燃料电池启动过程中，要先对阳极进行氢气吹扫，排出杂质气体，使阳极腔覆盖一定压力的氢气。

目前燃料电池系统启动过程中的阳极吹扫没有针对不同工况作区分，一般使用同一种吹扫模式，不仅存在不必要的氢气浪费，也没有避免阳极产生或长时间存在氢空界面的措施，有降低电堆寿命的风险。

现有技术方案一般是先打开排气阀，再控制氢气比例阀或喷氢阀充入氢气，对电堆阳极进行定量、定时的氢气吹扫，没有考虑启动前阳极正压或负压的区别，和阳极腔内存在氧气的影响。另外，没有考虑冷启动时吹扫的有效性，当排气管路或阀门冰冻阻塞时，是不能进行有效吹扫的。

现有技术存在以下缺陷和不足：1、如果燃料电池系统启动前阳极充满氢气（燃料电池系统停机不久），再进行吹扫造成了氢气浪费；2、如果燃料电池系统启动前阳极是负压，如果先打开排气阀，则外界空气被吸入阳极造成氢空界面，会加速碳载体材料的腐蚀；3、如果燃料电池系统启动前阳极存在氧气，则应快速吹扫，尽量减少阳极氢空界面存在时间；4、如果排气管线或阀门冰冻阻塞，应有对应措施。

发明内容

本发明为解决上述技术问题之一，提供一种燃料电池系统及其启动吹扫方法，通过减少氢气浪费、避免阳极氢空界面的出现或降低存在时间，从而提高氢气利用率和保证电堆使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池系统，包括电堆、供氢单元、氢气比例阀、引射器、气水分离器、排气阀、排水阀、水泵和散热器，电堆包括阳极入口、阳极出口、冷却液出口和冷却液进口，气水分离器包括气液输入口、气体排出口、液体排出口；所述燃料电池系统还包括CVM电压监控模块、压力传感器、出口温度传感器和入口温度传感器；

其中，供氢单元、氢气比例阀、引射器和电堆的阳极入口依次连接，压力传感器连接电堆的阳极入口或者压力传感器内置于电堆的阳极入口；电堆包括阳极出口连接气水分离器的气液输入口，水分离器的液体排出口连接排水阀，水分离器的气体排出口连接排气阀和引射器；电堆的冷却液出口、水泵，散热器和电堆的冷却液进口依次连接，出口温度传感器连接电堆的冷却液出口或者出口温度传感器内置于电堆的冷却液出口，入口温度传感器连接电堆的冷却液进口或者入口温度传感器内置于电堆的冷却液进口；CVM电压监控模块连接电堆；

所述出口温度传感器用于检测电堆的冷却液出口温度，所述入口温度传感器用于检测电堆的冷却液进口温度，若冷却液出口温度和冷却液进口温度均大于规定温度阈值时，则燃料电池系统进入常温启动流程，否则燃料电池系统进入冷启动流程；

所述压力传感器用于检测阳极入口压力；

所述CVM电压监控模块用于监控电堆的单片电压，在单片电压的最大值大于时，供氢单元用于对电堆的阳极采用快速吹扫模式进行吹扫，在单片电压的最大值小于等于时，则供氢单元用于对电堆的阳极维持正常吹扫模式进行吹扫；其中，所述U1为单片电压的判断阈值。

本发明另一目的是提供一种燃料电池系统的启动吹扫方法，包括以下步骤：