[發明專利]一種用于質子交換膜燃料電池的吹掃方法及系統

有效

• 申請號: 202011098135.8
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112366336B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 趙鋼;瞿麗娟;劉廣智;李夏;陳奕宏;劉志祥;張哲軍
• 申請（專利權）人: 廣東國鴻氫能科技有限公司;佛山（云浮）氫能產業與新材料發展研究院
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 彭星

本發明公開了一種用于質子交換膜燃料電池的吹掃方法及系統，該方法通過在當前環境溫度小于預設的溫度閾值時，將質子交換膜燃料電池的陽極腔入口的壓強調整到第一壓強閾值、氣體流量調整到第一流量閾值，將陰極腔入口的壓強調整到第二壓強閾值、氣體流量調整到第二流量閾值；其中，第二壓強閾值小于第一壓強閾值；同時使電池放電，在監測到電池的內阻大于等于預設阻值時，將陽極腔入口的壓強調整到第三壓強閾值，將陰極腔入口的氣體流量調整到第三流量閾值；電池停止放電，進入低溫停機儲存狀態；上述方法通過控制電池的陽極腔與陰極腔的壓強差和氣體流量，能有效在低溫環境下吹掃質子交換膜燃料電池內部的液態水，提高氫氣利用率，降低吹掃成本。

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池技術領域，尤其涉及一種用于質子交換膜燃料電池的吹掃方法及系統。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種通過電化學反應將燃料的化學能轉化為電能的電化學裝置。由于其潔凈、高效的特點，因此被看成是車用發動機的理想替代方案。

質子交換膜燃料電池發電時會生成大量的液態水。在停機后，這些液態水在低溫環境會凝結固化成冰，并發生體積膨脹，破壞質子交換膜燃料電池的結構，造成不可逆的衰減與損害，例如：膜中的水凝結會導致膜穿透，形成短路；催化層中的水凝結會導致碳載體結構坍塌，造成催化劑流失等。

目前，現有的解決方案是在停機后，通過吹掃將質子交換膜燃料電池中的水吹走。傳統的吹掃方法主要有以下幾種：(1)在陰極外接空氣吹掃；(2)通過外接氮氣吹掃；(3)通過在陰陽極分別使用反應氣體，例如氫氣和空氣(氧氣)吹掃。但是以上三種吹掃方法均存在缺陷，通過空氣吹掃，在電池陽極會導致氫空(氫氧)混合，因此僅使用空氣在陰極吹掃，則無法吹走陽極中的水；通過外接氮氣吹掃，則會增加了系統附件與成本；在陽極使用氫氣吹掃，雖然可以避免氫空(氫氧)混合，但是降低了氫氣的利用率，增加了氫氣的消耗量與使用成本。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種用于質子交換膜燃料電池的吹掃方法及系統，其能有效在低溫環境下吹掃質子交換膜燃料電池內部的液態水，提高氫氣利用率，降低吹掃成本。

第一方面，本發明實施例提供了一種用于質子交換膜燃料電池的吹掃方法，包括：

在停機狀態下，將檢測到的當前環境溫度與預設的溫度閾值進行比較；

在所述當前環境溫度小于所述溫度閾值時，控制所述質子交換膜燃料電池進入吹掃模式；其中，所述吹掃模式為將所述質子交換膜燃料電池的陽極腔入口的壓強調整到第一壓強閾值以及將所述陽極腔入口的氣體流量調整到第一流量閾值，將所述質子交換膜燃料電池的陰極腔入口的壓強調整到第二壓強閾值以及將所述陰極腔入口的氣體流量調整到第二流量閾值；所述第二壓強閾值小于所述第一壓強閾值，所述第一流量閾值小于所述第二流量閾值；

啟動所述質子交換膜燃料電池進入放電狀態；

監測所述質子交換膜燃料電池的內阻，并將所述內阻與預設阻值進行比較；

在所述內阻小于所述預設阻值時，將所述質子交換膜燃料電池維持在所述吹掃模式；

在所述內阻大于或等于所述預設阻值時，控制所述質子交換膜燃料電池進入停止吹掃模式；其中，所述停止吹掃模式為將所述陽極腔入口的壓強調整到第三壓強閾值，將所述陰極腔入口的氣體流量調整到第三流量閾值；

關閉所述質子交換膜燃料電池進入停止放電狀態，以使得所述質子交換膜燃料電池進入低溫停機儲存狀態。

作為上述方案的改進，所述在所述當前環境溫度小于所述溫度閾值時，控制所述質子交換膜燃料電池進入吹掃模式，具體包括：

在所述當前環境溫度小于所述溫度閾值時，通過第一壓力閥門按照第一設定速度將所述陽極腔入口的壓強增大到所述第一壓強閾值、以及通過控制氫氣尾排閥將所述陽極腔入口的氣體流量調整到所述第一流量閾值；