[发明专利]一种氢空燃料电池发动机停机方法

说明书

本发明公开了一种氢空燃料电池发动机停机方法，方法依次为获取CAN报文信息和采集燃料电池系统传感器及阀门数字信号；对获取的数据进行处理；接收到停机指令后，进入燃料电池降载流程，燃料电池系统输出功率逐步降载至怠速；进入燃料电池停机准备流程，调节燃料电池冷却液的水温；进入停机吹扫流程，将电堆内部、氢气回路和空气回路的液态水吹干；进入余氢放电流程，此阶段将停机后电堆内部残留的电势释放掉；同时将电堆腔体内残留的氧气消耗掉；控制燃料电池系统的零部件动作完成停机操作；判断是否停机成功并跳转对应的状态。有效控制氢空压差、提高吹扫效率，余氢放电功能可以避免电堆因高电势和氢空界面造成的伤害，提高燃料电池的耐久性。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体为一种氢空燃料电池发动机停机方法。

背景技术

氢气被认为是最清洁的能源，氢空燃料电池是以氢气为还原剂和以氧气或空气为氧化剂的氧化还原反应将化学能变成电能的一种装置，因其生成物中只有水，具有无污染、效率高的优点，被大力推展在汽车上使用。

质子交换膜燃料电池系统有氢气供应回路和空气供应回路，分别向燃料电池电堆供应适量的氢气和空气以发生反应提供能量。在燃料电池运行时，氢气和空气反应生产的水可以随尾排气体一起排出，当燃料电池停机时，这些水量就无法排出。如果在燃料电池停机时不对电堆及氢空回路进行吹扫，这些液态水的汇聚就会在电堆内部堆积，造成启动困难和性能下降，尤其在低温(环境温度为零下)环境中容易结冰刺穿质子交换膜。因此，停机时对燃料电池电堆、供氢和供空回路的吹扫极为重要。

目前燃料电池吹扫的方法主要有两种：一种是在燃料电池的阳极侧通入惰性气体(如氮气)，阴极侧通过空气压缩机通入空气，将电堆和供氢回路/供空回路的水分吹干，这种方法吹扫效果比较好，但是需要增加氮气瓶和调节阀体，造成零部件BOP成本升高且结构设计复杂程度高，不适用于车载燃料电池系统。另一种方法是通过过量的空气供应，来实现燃料电池的停机吹扫，该方法容易出现耗电量高、氢气浪费、吹扫时间长、吹扫湿度不到位、放电时电堆单体电压一致性差、容易出现氢空界面(对电堆的关键材料造成破坏和启动困难)以及无法实现长期存储等问题。

专利CN202010539715.X提出一种燃料电池系统停机方法，所述方法包括关闭燃料电池电堆空气侧的出入口，保持燃料电池电堆氢气侧的压力恒定；接通燃料电池电堆的输出电路，获取氢气侧输入的氢气累积流量；根据氢气累积流量与预设阈值的关系确定是否关闭燃料电池系统，该方法解决了燃料电池系统在关机消耗氧化气体过程中存在着关机氧化气体消耗不充分和静置时间短与下次开机尾排氢浓度高的矛盾；能够在全生命周期以及异常情况下保证停机控制满足氧气消耗及氢气排放的安全性等。但是该方法未考虑当燃料电池在低温环境中的停机吹扫时间不够造成电堆湿度过大、以及停机后的高电势如何释放等问题。

专利CN202211024099.X提出了一种燃料电池系统及吹扫控制方法，燃料电池系统包括燃料电池系统控制器、电堆模块、空气供应系统；空气供应系统包括三通阀，三通阀受控于燃料电池系统控制器，空压机包括电机、压缩机和膨胀机；外部空气经过空压机的压缩机后分成两个通路，当燃料电池系统控制器接收到停机指令后，停止供氢系统和冷却系统的运行，保持空压机持续以低功率运行，燃料电池系统控制器控制三通阀继续打开第一出气口，第一通路输入高温压缩空气对第一通路进行吹扫，且高温压缩空气带动膨胀机转动以降低电机的能量损耗；随后控制三通阀关闭第一出气口、打开第二出气口以对第二通路中的膨胀机进行吹扫，且高温压缩空气带动膨胀机转动以降低电机的能量损耗。该方法的结构设计较为复杂，且无法对氢气回路进行有效吹扫，且容易造成质子交换膜两侧压力差过大导致膜损坏的风险。

为此，提出一种燃料电池停机控制方法，可以高效的进行燃料电池系统停机吹扫，通过余氢放电功能提高电堆单体电压放电过程的一致性以及避免氢空界面的产生和实现负压存储，本方法可以有效提高燃料电池发动机的性能及耐久性。

发明内容