[發明專利]一種燃料電池用氫氣置換系統

在審

• 申請號: 202211229609.7
• 申請日: 2022-10-09
• 公開（公告）號: CN115377458A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 盛有冬;趙興旺;秦仲陽;王鵬
• 申請（專利權）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04225
• 分類號: H01M8/04225;H01M8/04082
• 代理公司: 北京共騰律師事務所 16031
• 代理人: 劉薇

本發明提供了一種燃料電池用氫氣置換系統，屬于燃料電池技術領域，解決了現有技術置換時大量氫氣被浪費且置換時間過長的問題。該裝置包括電堆、氫氣供給裝置、排氫閥和置換控制器。電堆的氫氣進口接氫氣供給裝置的輸出端，氫氣尾氣出口經排氫閥接外部尾排管道。置換控制器在接收到置換指令后，控制氫氣供給裝置啟動并向電堆內通入低壓氫氣，監測到電堆陽極側氣壓達到設定值后，控制排氫閥按照設定規律開啟并啟動計時，直到計時時間達到設定時間關閉排氫閥，再控制氫氣供給裝置向電堆內通入高壓氫氣，直到置換完成。該系統可以保證整個置換過程排放氫氣濃度符合國家排放標準，且有效減少氫氣置換時間。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種燃料電池用氫氣置換系統及置換方法。

背景技術

隨著環境污染問題越來越嚴重，具有零污染、續駛里程長優點的燃料電池汽車越來越受到重視。燃料電池運行對氫氣的品質要求較高。入堆氫氣中混有的有害氣體會使電堆內催化劑中毒，反應的氫氣純度不夠會使電堆內局部出現欠氫現象，造成碳載體腐蝕，這些因素都會引起燃料電池性能衰減。

現有技術在燃料電池開機階段，一般會使用純氫氣充分置換陽極側的雜質氣體，直到陽極側的氫氣濃度符合標準后，再進行電流拉載，防止反應的氫氣純度不夠。在置換的前半段，電堆內氫氣濃度較低，排放氣體中大部分是雜質氣體，氫氣濃度上升較快。后半段，電堆內氫氣濃度較高，排放氣體中大部分是氫氣，氫氣濃度上升較慢。后半段耗費的時間過長，不僅增加了總氫氣置換時間，還會造成大量氫氣被浪費。

根據國家標準，排放到大氣中的氫氣濃度需要低于4%，因此置換過程的后半段，需要很大的空氣流量來稀釋排放氣體。由于空壓機可以提供的空氣流量有限，為了滿足排放要求，一般采用降低置換壓力的方式來降低流量，導致置換時間變得更長，最終影響開機時間，給用戶帶來不好的使用體驗。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明實施例旨在提供一種燃料電池用氫氣置換系統及置換方法，用以解決現有技術置換時大量氫氣被浪費且置換時間過長的問題。

一方面，本發明實施例提供了一種燃料電池用氫氣置換系統，包括電堆、氫氣供給裝置、排氫閥和置換控制器；其中，

電堆的氫氣進口接氫氣供給裝置的輸出端，氫氣尾氣出口經排氫閥接外部尾排管道；

置換控制器，用于接收到置換指令后，控制氫氣供給裝置啟動并向電堆內通入低壓氫氣，監測到電堆陽極側氣壓達到設定值后，控制排氫閥按照設定規律開啟并啟動計時，直到計時時間達到設定時間關閉排氫閥，并控制氫氣供給裝置向電堆內通入高壓氫氣，直到置換完成。

上述技術方案的有益效果如下：氫氣置換系統可以保證整個置換過程排放出去的氫氣濃度符合國家排放標準，進而保證整車的安全啟動。通過置換控制器的控制，通過氫氣供給裝置提供的低壓氫氣將電堆內部存在的大部分雜質氣體排出電堆外后再通入高壓氫氣，有效避免了現有置換策略造成的啟動置換時氫氣浪費問題，可以提高氫氣置換的速度，減少氫氣置換時間，進而縮短燃料電池發動機的開機時間。

基于上述系統的進一步改進，該氫氣置換系統還包括氫氣循環裝置；并且，

排氫閥具有兩個輸出端，其輸出端一接外部尾排管道，其輸出端二經氫氣循環裝置接氫氣供給裝置的循環回路入口；

氫氣循環裝置的控制端接置換控制器的輸出端。

進一步，所述置換控制器進一步包括：

數據獲取單元，用于獲取當前時刻的電堆陽極側氣壓，發送至數據處理與控制單元；

數據處理與控制單元，用于接收到置換指令后，控制氫氣供給裝置啟動并向電堆內通入30~70kPa范圍的低壓氫氣，監測到電堆陽極側氣壓達到使得總置換時間最短的設定值P₁后，控制排氫閥按照設定規律開啟并啟動計時，直到計時時間達到設定時間關閉排氫閥，再次控制氫氣供給裝置向電堆內通入100~150kPa的高壓氫氣，直到置換完成，發出氫氣置換完成的指令。