[發(fā)明專利]一種燃料電池系統(tǒng)集成氫氣吹掃裝置和尾排稀釋功能的空氣子系統(tǒng)及其控制方法

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• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN113013444A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設計）人: 葉遙立;何華東;黃延楷;劉兵;鄭高照;王兵杰;毛正松;張松;林志強
• 申請（專利權）人: 廣西玉柴機器股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04111;H01M8/04225;H01M8/04302;H01M8/0444
• 代理公司: 廣西曙光知識產(chǎn)權代理有限公司 45132
• 代理人: 李英蓮

1.一種燃料電池系統(tǒng)集成氫氣吹掃裝置和尾排稀釋功能的空氣子系統(tǒng)，其特征在于，包括空氣過濾器(1)、空壓機(2)、中冷器(3)、空氣三通閥(4)、燃料電池堆殼體(5)、燃料電池堆(6)、背壓閥(7)、燃料電池堆殼體排氣管路(8)、燃料電池堆陽極腔排氣管路(9)、燃料電池系統(tǒng)尾排(10)和氫氣濃度傳感器(11)；空氣過濾器(1)、空壓機(2)和中冷器(3)依次相連接，中冷器(3)的出口連接空氣三通閥(4)的第一接頭，空氣三通閥(4)的第二接頭連接燃料電池堆殼體(5)，空氣三通閥(4)的第三接頭連接燃料電池堆(6)的陰極腔入口，燃料電池堆(6)的陰極腔出口依次連接背壓閥(7)和燃料電池系統(tǒng)尾排(10)，燃料電池堆殼體排氣管路(8)的相對兩端分別連接燃料電池堆殼體(5)和燃料電池系統(tǒng)尾排(10)，燃料電池堆陽極腔排氣管路(9)的相對兩端分別連接燃料電池堆(6)的陽極腔出口和燃料電池系統(tǒng)尾排(10)，氫氣濃度傳感器(11)設在燃料電池堆殼體(5)內(nèi)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種燃料電池系統(tǒng)集成氫氣吹掃裝置和尾排稀釋功能的空氣子系統(tǒng)，其特征在于，空氣三通閥(4)包含空氣三通閥閥體(402)及設于空氣三通閥閥體(402)上的空氣三通閥控制電機(401)、空氣三通閥殼體通風出口(403)、空氣三通閥電堆陰極出口(404)和空氣三通閥轉接接口(405)，空氣三通閥殼體通風出口(403)連接燃料電池堆殼體(5)，空氣三通閥電堆陰極出口(404)連接燃料電池堆(6)的陰極腔入口，空氣三通閥轉接接口(405)連接中冷器(3)的出口。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種燃料電池系統(tǒng)集成氫氣吹掃裝置和尾排稀釋功能的空氣子系統(tǒng)，其特征在于，空氣三通閥(4)與燃料電池堆殼體(5)通過螺栓進行固定。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種燃料電池系統(tǒng)集成氫氣吹掃裝置和尾排稀釋功能的空氣子系統(tǒng)，其特征在于，空氣三通閥殼體通風出口(403)和空氣三通閥電堆陰極出口(404)與燃料電池堆殼體(5)之間分別設有密封圈。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種燃料電池系統(tǒng)集成氫氣吹掃裝置和尾排稀釋功能的空氣子系統(tǒng)，其特征在于，空氣三通閥閥體(402)與空氣三通閥殼體通風出口(403)之間設有密封墊片。

6.根據(jù)權利要求1～5任一項所述的一種燃料電池系統(tǒng)集成氫氣吹掃裝置和尾排稀釋功能的空氣子系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，啟動燃料電池系統(tǒng)，在燃料電池系統(tǒng)的啟動過程中，電氣零件通過自檢之后，啟動空壓機(2)，并調(diào)整空氣三通閥(4)的開度，使得空氣通過空氣三通閥(4)的第二接頭進入燃料電池堆殼體(5)，使燃料電池堆殼體(5)保持通風狀態(tài)，燃料電池堆殼體(5)依次通過燃料電池堆殼體排氣管路(8)和燃料電池系統(tǒng)尾排(10)進行通風排氣；

步驟2，打開氫氣氣源，執(zhí)行氫氣吹掃，高濃度氫氣通過燃料電池堆陽極腔排氣管路(9)進入燃料電池系統(tǒng)尾排(10)，與燃料電池堆殼體排氣管路(8)中的通風排氣混合稀釋，降低排氣氫氣濃度；

步驟3，完成氫氣吹掃之后，調(diào)整空氣三通閥(4)的開度，使得空氣通過空氣三通閥(4)的第三接頭進入燃料電池堆(6)的陰極腔入口，開始電化學反應；

步驟4，若出現(xiàn)燃料電池堆殼體(5)中通過氫氣濃度傳感器(11)檢測出氫氣濃度過高的情況，通過故障情況判斷是否可以通過燃料電池堆殼體排氣管路(8)通風排氣恢復故障，若可以，則不需要停機，若不可以，則需要停機；

步驟5，若不需要停機，則進行降功率處理，并將部分空氣通過空氣三通閥(4)的第二接頭，通風降低燃料電池堆殼體(5)中的氫氣濃度；

步驟6，燃料電池堆殼體排氣管路(8)中的通風排氣的少量氫氣以及燃料電池堆陽極腔排氣管路(9)中的少量氫氣，與背壓閥(7)出口的空氣混合稀釋，進一步降低燃料電池系統(tǒng)尾排(10)中的排氣氫氣濃度；

步驟7，故障處理后，經(jīng)過故障復原的判斷是否返回正常運行狀態(tài)，若故障復原則返回運行狀態(tài)，若故障沒復原則停機處理。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種燃料電池系統(tǒng)集成氫氣吹掃裝置和尾排稀釋功能的空氣子系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，步驟1中，通過空氣三通閥控制電機(401)控制調(diào)整空氣三通閥(4)的開度。