本發(fā)明屬于燃料電池，具體涉及一種燃料電池停機(jī)吹掃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、燃料電池是一種利用氫氣與氧氣(或空氣中的氧氣)在電化學(xué)反應(yīng)中生成電能的設(shè)備，具有運(yùn)行溫度低、功率密度高、啟動(dòng)快、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

2、燃料電池由陽極、陰極和電解質(zhì)膜構(gòu)成，在處于工作狀態(tài)時(shí)，氫氣供應(yīng)至陽極側(cè)并分解為質(zhì)子(h+)和電子(e-)，電子通過外部電路流動(dòng)到陰極，產(chǎn)生電流。電解質(zhì)膜為一層僅允許質(zhì)子通過的特殊材料，可迫使電子通過外部電路移動(dòng)。在陰極側(cè)，氧氣吸收由陽極流動(dòng)來的電子，并與穿過電解質(zhì)膜的質(zhì)子結(jié)合，生成燃料電池的唯一排放物——水。

3、在燃料電池停止運(yùn)行后，其內(nèi)部的殘余水會(huì)堵塞用于促進(jìn)氣體均勻分布的氣體擴(kuò)散層，以及與氣體擴(kuò)散層通過催化層相連的電解質(zhì)膜，導(dǎo)致再次開機(jī)過程中氣體傳質(zhì)受阻，甚至出現(xiàn)開機(jī)失敗的情況。更重要的是，殘余水在環(huán)境溫度較低時(shí)會(huì)結(jié)冰，破壞膜電極孔隙，甚至把電解質(zhì)膜刺穿，因此，需要在停機(jī)過程中對(duì)內(nèi)部進(jìn)行吹掃，排出殘余水。但是直接高強(qiáng)度吹掃易導(dǎo)致電解質(zhì)膜表面的水含量分布不均勻，使電解質(zhì)膜由于局部過于干燥出現(xiàn)局部衰退嚴(yán)重的情況。

4、目前，市場上較多運(yùn)用單一形式的吹掃方式，即以相同流量、壓力的氣體對(duì)燃料電池內(nèi)部吹掃固定時(shí)長，但采用這種方式易導(dǎo)致初期干燥速率過快，電解質(zhì)膜表面吹掃程度不均勻，入口處優(yōu)先被干燥，甚至造成電解質(zhì)膜過度干燥，出現(xiàn)不可逆衰退。

5、因此，分段吹掃的方式應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前通常采用電化學(xué)參數(shù)作為階段轉(zhuǎn)換的判斷信號(hào)，如電壓或交流阻抗。但是，影響電壓的因素較多，如空氣流量、壓力、溫度以及燃料電池當(dāng)前的狀態(tài)等，均可導(dǎo)致電壓出現(xiàn)變化，易造成誤判；而通過交流阻抗拐點(diǎn)判斷膜水含量，進(jìn)而確定是否進(jìn)入下一吹掃階段的方式，無法判斷氣體擴(kuò)散層和電解質(zhì)膜的除水程度，且具有一定的欺騙性。例如，在吹掃結(jié)束時(shí)阻抗較高，說明此時(shí)電解質(zhì)膜比較干燥，但是停止吹掃后阻抗會(huì)快速下降，原因在于：水由電解質(zhì)膜的位置向外遷移，雖然電解質(zhì)膜的表面暫時(shí)被吹干，但是孔隙水并沒有吹干，停止吹掃后水會(huì)重新凝聚，這種現(xiàn)象稱之為假干，而且，不均勻的吹掃易造成局部阻抗較高，同樣會(huì)導(dǎo)致此現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例中提供了一種燃料電池停機(jī)吹掃方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有分段吹掃方式易出現(xiàn)誤判和假干的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種燃料電池停機(jī)吹掃方法，所述方法包括：

4、獲取燃料電池停機(jī)前的電流值；

5、在預(yù)設(shè)的吹掃時(shí)長列表中確定與所述電流值對(duì)應(yīng)的吹掃時(shí)長，作為第一階段吹掃時(shí)長，所述吹掃時(shí)長列表中包含多個(gè)電流值區(qū)間，以及每個(gè)電流值區(qū)間對(duì)應(yīng)的吹掃時(shí)長；

6、按照預(yù)設(shè)的第一階段空氣流量、第一階段空氣壓力、第一階段空氣溫度、空氣濕度、氫氣流量、氫氣壓力、氫氣濕度、氫氣溫度，以及，所述第一階段吹掃時(shí)長對(duì)燃料電池內(nèi)部進(jìn)行第一階段的吹掃；

7、在完成第一階段的吹掃后，采用預(yù)設(shè)的第二階段空氣流量、第二階段空氣壓力、第二階段空氣溫度、空氣濕度、氫氣壓力、氫氣流量、氫氣濕度、氫氣濕度和第二階段吹掃時(shí)長對(duì)燃料電池內(nèi)部進(jìn)行第二階段的吹掃，所述第二階段空氣流量小于第一階段空氣流量。

8、可選的，采用以下步驟獲得所述吹掃時(shí)長列表：

9、針對(duì)燃料電池停機(jī)前的每一個(gè)電流值區(qū)間，均采用以下方法獲得與所述電流值區(qū)間對(duì)應(yīng)的一個(gè)吹掃時(shí)長：

10、以預(yù)設(shè)的第一階段空氣流量、第一階段空氣壓力和空氣濕度對(duì)燃料電池的陰極側(cè)進(jìn)行吹掃，以及，以預(yù)設(shè)的氫氣流量、氫氣壓力和氫氣濕度對(duì)燃料電池的陽極側(cè)進(jìn)行吹掃；

11、獲得每個(gè)單位時(shí)段中燃料電池內(nèi)的含水量，包括：

12、對(duì)吹掃排出的空氣和氫氣，均在各自的通道出口處進(jìn)行氣液分離處理，并收集分離出的液體；

13、監(jiān)測在所述單位時(shí)段內(nèi)，氣液分離后空氣和氫氣的相對(duì)濕度、壓力和溫度，以及，空氣分離出液體的質(zhì)量和氫氣分離出液體的質(zhì)量；

14、基于監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算在所述單位時(shí)段中燃料電池內(nèi)的含水量；

15、根據(jù)每個(gè)單位時(shí)段中燃料電池內(nèi)的含水量，獲得反映含水量變化情況的干燥曲線；

16、記錄干燥曲線上出現(xiàn)第一個(gè)拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，根據(jù)第一階段開始的時(shí)間和所述拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，確定所述電流值區(qū)間對(duì)應(yīng)的吹掃時(shí)長。

17、可選的，所述基于監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算在所述單位時(shí)段中燃料電池內(nèi)的含水量，包括：

18、按照以下方式，計(jì)算燃料電池中空氣在每個(gè)單位時(shí)段內(nèi)的含水量：

19、h_oj＝0.622×(rh_oj×ps_oj)/(p_oj-ps_oj)

20、其中，h_oj為排出空氣在第j單位時(shí)段的含水量；rh_oj為在單位時(shí)段j內(nèi)排出空氣的相對(duì)濕度；ps_oj為在單位時(shí)段j內(nèi)的飽和蒸氣壓，利用單位時(shí)段j內(nèi)的溫度在水蒸氣壓表中獲得；p_oj為在單位時(shí)段j內(nèi)排出空氣的壓力；

21、按照以下方式，計(jì)算燃料電池中氫氣在每個(gè)單位時(shí)段內(nèi)的含水量：

22、h_hj＝0.622×(rh_hj×ps_hj)/(p_hj-ps_hj)

23、其中，h_hj為排出氫氣在第j單位時(shí)段的含水量；rh_hj為在單位時(shí)段j內(nèi)排出氫氣的相對(duì)濕度；ps_hj為單位時(shí)段j內(nèi)的飽和蒸氣壓，利用單位時(shí)段j內(nèi)的溫度在水蒸氣壓表中獲得；p_hj為在單位時(shí)段j內(nèi)排出氫氣的壓力；

24、按照以下方式計(jì)算在單位時(shí)段j內(nèi)燃料電池內(nèi)的含水量mj：

25、mj＝h_oj+h_hj+l_oj+l_hj

26、其中，l_oj為在單位時(shí)段j內(nèi)空氣分離出液體的質(zhì)量；l_hj為在單位時(shí)段j內(nèi)氫氣分離出液體的質(zhì)量。

27、可選的，所述根據(jù)每個(gè)單位時(shí)段中燃料電池內(nèi)的含水量，獲得反映含水量變化情況的干燥曲線，包括：

28、以時(shí)間為橫軸，含水量為縱軸，根據(jù)每個(gè)單位時(shí)段的時(shí)長和燃料電池內(nèi)的含水量，繪制干燥曲線。

29、可選的，所述記錄干燥曲線上出現(xiàn)第一個(gè)拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，根據(jù)第一階段開始的時(shí)間和所述拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，確定所述電流值區(qū)間對(duì)應(yīng)的吹掃時(shí)長，包括：

30、獲取第一階段開始后最初tb秒內(nèi)含水量的均值作為比較值；

31、將干燥曲線中含水量等于預(yù)設(shè)閾值的點(diǎn)確定為拐點(diǎn)，所述預(yù)設(shè)閾值為所述比較值的20％；

32、獲取第一階段開始的時(shí)間t0；

33、利用t0和拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1計(jì)算吹掃時(shí)長。

34、可選的，在第一階段的吹掃完成后，將空氣溫度降到預(yù)設(shè)的第二階段空氣溫度，所述第二階段空氣溫度為燃料電池最低電密點(diǎn)的工作溫度。

35、可選的，采用以下步驟獲得第二階段吹掃時(shí)長：

36、采用第二階段空氣壓力、第二階段空氣溫度和第二階段空氣流量對(duì)燃料電池內(nèi)部進(jìn)行第二階段的吹掃，并監(jiān)測空氣通道出口處的空氣相對(duì)濕度；

37、記錄所述空氣相對(duì)濕度達(dá)到預(yù)設(shè)濕度閾值的時(shí)間，并根據(jù)第二階段開始的時(shí)間和所述達(dá)到預(yù)設(shè)濕度閾值的時(shí)間，確定第二階段的吹掃時(shí)長。

38、可選的，

39、按照以下公式計(jì)算預(yù)設(shè)濕度閾值：

40、h＝0.622*(rh*ps)/(p2-ps)

41、其中，h為預(yù)設(shè)的含水量；rh為需計(jì)算的相對(duì)濕度；ps為飽和蒸氣壓，在第二階段空氣溫度t1已知的情況下，由查詢水蒸氣壓表獲得；p2為第二階段空氣壓力。

42、本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種燃料電池停機(jī)吹掃系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

43、停機(jī)電流獲取模塊，被配置為獲取燃料電池停機(jī)前的電流值；

44、第一階段吹掃時(shí)長確定模塊，被配置為在預(yù)設(shè)的吹掃時(shí)長列表中確定與所述電流值對(duì)應(yīng)的吹掃時(shí)長，作為第一階段吹掃時(shí)長，所述吹掃時(shí)長列表中包含多個(gè)電流值區(qū)間，以及每個(gè)電流值區(qū)間對(duì)應(yīng)的吹掃時(shí)長；

45、第一階段吹掃模塊，被配置為按照預(yù)設(shè)的第一階段空氣流量、第一階段空氣壓力、第一階段空氣溫度、空氣濕度、氫氣流量、氫氣壓力、氫氣濕度，以及，所述第一階段吹掃時(shí)長對(duì)燃料電池內(nèi)部進(jìn)行第一階段的吹掃；

46、第二階段吹掃模塊，被配置為在完成第一階段的吹掃后，采用預(yù)設(shè)的第二階段空氣流量、第二階段空氣壓力、第二階段空氣溫度、氫氣壓力、氫氣流量、氫氣濕度和第二階段吹掃時(shí)長對(duì)燃料電池內(nèi)部進(jìn)行第二階段的吹掃，所述第二階段空氣流量小于第一階段空氣流量。

47、本發(fā)明實(shí)施例公開的一種燃料電池停機(jī)吹掃方法及系統(tǒng)，采用兩段式吹掃方式，非結(jié)合水前期快速吹掃，結(jié)合水后期溫和吹掃，可防止出現(xiàn)吹掃過度，吹掃不均勻等問題。同時(shí)，為了判斷第一階段的終止點(diǎn)，采用干燥曲線對(duì)第一階段的吹掃時(shí)間進(jìn)行標(biāo)定，并設(shè)定第二吹掃階段的參數(shù)。結(jié)合濕度計(jì)算與實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，可判斷進(jìn)入第二吹掃階段的時(shí)間，直接反映堆內(nèi)水含量的真實(shí)情況，從而保障吹掃效果，防止出現(xiàn)假干現(xiàn)象。

48、提供
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
部分是為了以簡化的形式來介紹對(duì)概念的選擇，它們?cè)谙挛牡木唧w實(shí)施方式中將被進(jìn)一步描述。發(fā)明內(nèi)容部分無意標(biāo)識(shí)本公開的重要特征或必要特征，也無意限制本公開的范圍。