CN101281975A - 一种燃料电池延长使用寿命的方法 - Google Patents

一种燃料电池延长使用寿命的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101281975A
CN101281975A CNA2008101038814A CN200810103881A CN101281975A CN 101281975 A CN101281975 A CN 101281975A CN A2008101038814 A CNA2008101038814 A CN A2008101038814A CN 200810103881 A CN200810103881 A CN 200810103881A CN 101281975 A CN101281975 A CN 101281975A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
switch
discharge load
voltage
service life
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008101038814A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101281975B (zh
Inventor
裴普成
常茜菲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN2008101038814A priority Critical patent/CN101281975B/zh
Publication of CN101281975A publication Critical patent/CN101281975A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101281975B publication Critical patent/CN101281975B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

一种燃料电池延长使用寿命的方法，属于燃料电池技术领域。该方法由燃料电池堆(1)、放电负载(2)、开关(3)依次相连构成一套电路系统；在燃料电池停止工作之后，开关(3)闭合，用放电负载(2)对燃料电池堆(1)进行放电，快速消除燃料电池堆(1)上的残留电荷；待燃料电池堆(1)上各片电压均降到0.1伏以下，再通过开关(3)断开放电负载(2)。所述放电负载(2)的选择根据实际的燃料电池堆开路电压的大小确定，保证在开关(3)闭合后的5秒之内使燃料电池堆上各片电池的电压均降到0.1伏以下。本发明有益效果：与以往燃料电池停机后不进行放电处理相比，本发明可以明显减少燃料电池的性能衰减量，延长燃料电池的寿命。

Description

一种燃料电池延长使用寿命的方法
技术领域
本发明涉及一种延长燃料电池使用寿命的方法，属于燃料电池技术领域。
背景技术
燃料电池是在催化剂的作用下，直接将燃料(及氧化剂)的化学能不断转换为电能的电化学装置。燃料电池以能量转换率高、零污染等优势越来越受到各国政府的重视。近年来，在各国政府和机构的努力下燃料电池的技术取得了很大进步，然而要满足商业化的要求，燃料电池不仅要满足性能方面的要求，还必须具备良好的稳定性、可靠性和寿命(侯中军，衣宝廉.质子交换膜燃料电池性能衰减研究进展.电源技术.2005，29(7)：482-487)。车用燃料电池的额定工作电压为单片0.7V，一般采用此电压下的电流密度作为衡量燃料电池性能的参数(见James Larminie，Andrew Dicks.Fuel cell systems explained.John Wiley&Sons，Ltd，BaffinsLane，Chichester，England.January 2002)。
以现阶段的研究成果来看，虽然现有燃料电池在稳定工况下作为电源能够通过20000h考核，但是当燃料电池作为车用电源时，寿命只能达到2000h左右，有的甚至更短(Kulikovsky A A，Scharmann H，Wippermann K，et al.Dynamics of fuel cell performancedegradation.Electrochemistry Communications[J]，2004(6)：75-82.)。车用燃料电池寿命远小于在稳定工况下工作的燃料电池的寿命的主要因素是汽车在使用燃料电池作为动力的过程中存在大量的变载操作和频繁的起停操作。
延长燃料电池寿命的方法，一般可以从改善质子交换膜的强度(Gore ionomers improveMEA performance，Membrane Technology.Volume 2003，Issue 8，August 2003，Page 1)或提高催化剂的稳定性(如Scodelaro，Federico A.；Hoyos，Bibian；Balzano，Leandro；Resasco，Daniel E，Performance of PEM fuel cell electrodes using single wall carbonnanotubes as catalyst support.2005 AIChE Annual Meeting and Fall Showcase，Conference Proceedings，2005，p 10883)等化学方面入手，还可以通过提高氢气燃料的纯度(Benesch，Robert；Jacksier，Tracey，Hydrogen and material quality issues for PEMfuel cells.2005 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference，VPPC，2005，p 481-486)或对空气进行除硫过滤(de Wild，P.J.；Nyqvist，R.G.；de Bruijn，F.A.；Stobbe，E.R，Removal of sulphur-containing odorants from fuel gases for fuel cell-based combinedheat and power applications.Journal of Power Sources，v 159，n 2，Sep 22，2006，p995-1004)等操作着手。延长寿命的化学方法研发周期长，成本高，对现有的燃料电池必须更换质子交换膜才能延长寿命。除硫过滤装置的使用可以有效的延长燃料电池寿命，但增加了燃料电池系统的部件，另外，对于一些空气质量很好的地区，含硫量比较少，除硫过滤装置的使用效果就不明显了。
在变载操作上，清华大学在燃料电池城市客车上借助混合动力系统构型的方便性，减少燃料电池变载频次、减缓燃料电池变载过程，提高了燃料电池使用寿命。在起停操作上，停机后把燃料电池堆内的水吹扫出去，可以防水淹和防冻(如S.Y.Lee，E.A.Cho，J.H.Lee，H.J.Kim，T.H.Lim，I.H.Oh，J.Won，Effects of purging on the degradation of PEMFCsoperating with repetitive on/off cycles，Journal of the Electrochem.Soc.，2007，154(2)B194-B200)，这对燃料电池工作的可靠性和耐久性是有利的。不过，有人指出开路电压下气体的连续吹扫会导致质子交换膜厚度的大幅减小(如S.Y.Lee，E.A.Cho，J.H.Lee，etal.Effects of purging on the degradation of PEMFCs operating with repetitive on/offcycles[J].Journal of the Electrochem，2007，154(2)：B194-B200)，质子交换膜是催化剂的载体，厚度变小后，催化剂会大量流失，从而使得燃料电池的性能下降，寿命缩短。
发明内容
本发明的目的是给出一种操作方法，可以明显减少起停操作引起的燃料电池寿命衰减。
本发明的方法，是在燃料电池停止工作后对燃料电池进行处理的方法。其技术特征是：由质子交换膜燃料电池堆(1)、放电负载(2)和开关(3)构成一套电路系统；在燃料电池停止工作之后，通过开关(3)的控制，用放电负载(2)对燃料电池堆(1)进行放电，快速消除燃料电池堆(1)上的残留电荷。待燃料电池堆(1)上的各片电压均降到0.1伏以下时，再通过开关(3)断开放电负载(2)。其中，开关(3)应选用安全性较好的开关，避免在闭合的过程中产生电路点接触，从而引起部件损坏等事故；放电负载(2)的选择应根据实际的燃料电池堆开路电压的大小确定，保证在开关(3)闭合后的5秒之内使燃料电池堆上各片电池的电压均降到0.1伏以下。
在燃料电池汽车上，可采用燃料电池辅助系统的水泵作为放电负载(2)，用一个开关(3)控制放电负载(2)与燃料电池堆(1)的接通和断开，这样不需要增加额外的负载电阻，节省了部件。
本发明专利的有益效果是，与以往质子交换膜燃料电池停机后不进行放电处理相比，可以明显减少燃料电池的性能衰减量，延长燃料电池的寿命。
附图说明
图1是本发明的电路系统结构示意图图。
图2为未采用本发明时停机后燃料电池的电压变化情况示意图。
图3为燃料电池稳态极化曲线的测试工况示意图。
图4为未采用本发明时燃料电池的性能衰减情况示意图。
图5为采用本发明时燃料电池的性能衰减情况示意图。
具体实施方式
当不采用本发明的方法，燃料电池在停机以后不使用外接负载来快速消除其上的残留电荷，燃料电池就会保持比较高的开路电压。此时停机后的操作过程如下：
1)燃料电池停止工作后，观测燃料电池堆上的电压变化，开路电压要维持3min左右的高电压(单片平均电压＞0.8V)，之后开路电压才逐渐下降，如图2；
2)25min以后，燃料电池的单片电压均降到0.1伏以下，此时放电过程结束；
3)重新启动燃料电池进入下一个起停过程；
4)每10次起停操作后测量一次稳态极化曲线，测试工况如图3和表1所示，根据极化曲线拟合出单片电池额定电压0.7V所对应的电流密度值。160次起停操作后，可以根据得到的16组电流密度值来计算燃料电池的性能衰减情况，如图4所示。
通过图4可以得到，平均每次起停致使燃料电池堆的电流密度衰减0.0257mA/cm2。
保持其他操作条件和测量条件不变，采用本发明的方法对停机后的燃料电池进行快速放电处理，其具体操作过程如下：
1)选用开关(3)，为双刀式开关或其他安全性较好的开关，避免在闭合的过程中产生电路点接触，从而引起部件损坏等事故；
2)选用放电负载(2)，为电阻或其他电能消耗件，其大小为在开关(3)闭合后的5秒之内使燃料电池堆上各片电池的电压均降到0.1伏以下，
3)如图1所示连接电路，将选用好的电阻接在燃料电池的两个电能输出端子之间作放电负载(2)，用已经选用好的双刀式开关(3)控制放电负载(2)与燃料电池堆(1)的接通和断开，燃料电池工作时开关(3)处于断开状态；
4)在燃料电池(1)停止工作后，2s内通过开关(3)把放电负载(2)与燃料电池堆(1)接通，观测燃料电池堆上的电压变化；
5)5s内，燃料电池的单片电压均降到0.1伏以下，此时放电过程结束，通过开关(3)把放电负载(2)与燃料电池堆(1)断开，这样燃料电池所残留的电荷就被消除了；
6)重新启动燃料电池进入下一个起停过程；
7)每10次起停后测量一次稳态极化曲线，测试工况如图3和表1所示(表1燃料电池稳态极化曲线的测试工况表)，根据极化曲线拟合出单片额定电压0.7V所对应的电流密度值。250次起停操作后，可以根据得到的25组电流密度值来计算燃料电池的性能衰减情况，如图5所示。
通过图5可以得到，平均每次起停致使燃料电池堆的电流密度衰减0.0004mA/cm2。可见，本发明方法的采用，使得平均每次起停致使燃料电池堆的电流密度衰减从0.0257mA/cm2减少到0.0004mA/cm2，明显的减少了由于起停引起的燃料电池性能衰减，延长了燃料电池的使用寿命。
表1燃料电池稳态极化曲线的测试工况表
Figure A20081010388100061

Claims (4)

1、一种燃料电池延长使用寿命的方法，其特征在于，该方法
由燃料电池堆(1)、放电负载(2)、开关(3)依次相连构成一套电路系统；
在燃料电池停止工作之后，开关(3)闭合，用放电负载(2)对燃料电池堆(1)进行放电，快速消除燃料电池堆(1)上的残留电荷；待燃料电池堆(1)上的各片电压均降到0.1伏以下时，再通过开关(3)断开放电负载(2)；
所述放电负载(2)的选择根据实际的燃料电池堆开路电压的大小确定，保证在开关(3)闭合后的5秒之内使燃料电池堆上各片电池的电压均降到0.1伏以下；
这样就能延长燃料电池使用寿命。
2、根据权利要求书1所述的一种燃料电池延长使用寿命的方法，其特征在于，所述放电负载(2)为电阻，其大小为在开关(3)闭合后的5秒之内使燃料电池堆上各片电池的电压均降到0.1伏以下。
3、根据权利要求书1所述的一种燃料电池延长使用寿命的方法，其特征在于，所述放电负载(2)为燃料电池汽车燃料电池辅助系统的水泵。
4、根据权利要求书1所述的一种燃料电池延长使用寿命的方法，其特征在于，所述开关(3)为双刀式开关。
CN2008101038814A 2008-04-11 2008-04-11 一种燃料电池延长使用寿命的方法 Expired - Fee Related CN101281975B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008101038814A CN101281975B (zh) 2008-04-11 2008-04-11 一种燃料电池延长使用寿命的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008101038814A CN101281975B (zh) 2008-04-11 2008-04-11 一种燃料电池延长使用寿命的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101281975A true CN101281975A (zh) 2008-10-08
CN101281975B CN101281975B (zh) 2010-10-06

Family

ID=40014326

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101038814A Expired - Fee Related CN101281975B (zh) 2008-04-11 2008-04-11 一种燃料电池延长使用寿命的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101281975B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102024968A (zh) * 2010-11-29 2011-04-20 新源动力股份有限公司 一种提高燃料电池运行寿命的模块和使用方法
CN102354761A (zh) * 2011-10-10 2012-02-15 中国东方电气集团有限公司 液流电池系统及其停机保护方法和装置
CN102437356A (zh) * 2011-12-12 2012-05-02 新源动力股份有限公司 一种燃料电池堆停机降压的方法和装置
CN105047965A (zh) * 2015-07-03 2015-11-11 西南交通大学 一种计及电压均衡的pemfc电堆停机策略
CN105161740A (zh) * 2015-07-08 2015-12-16 西南交通大学 采用非线性放电负载的燃料电池停机控制装置及方法
CN105336969A (zh) * 2014-08-06 2016-02-17 上海汽车集团股份有限公司 燃料电池系统及其停机控制方法
CN111413624A (zh) * 2020-04-13 2020-07-14 清华大学 燃料电池使用寿命和剩余寿命的倒数预测方法及装置
CN113130946A (zh) * 2019-12-31 2021-07-16 锥光金属股份有限公司 关闭燃料电池的控制方法及其系统
CN113871655A (zh) * 2021-08-20 2021-12-31 北京机械设备研究所 燃料电池系统的放电状态调控模块、控制系统及停机方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100463272C (zh) * 2007-06-12 2009-02-18 浙江大学 燃料电池的辅助储能控制装置

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102024968A (zh) * 2010-11-29 2011-04-20 新源动力股份有限公司 一种提高燃料电池运行寿命的模块和使用方法
CN102024968B (zh) * 2010-11-29 2013-01-30 新源动力股份有限公司 一种提高燃料电池运行寿命的模块和使用方法
CN102354761A (zh) * 2011-10-10 2012-02-15 中国东方电气集团有限公司 液流电池系统及其停机保护方法和装置
CN102354761B (zh) * 2011-10-10 2013-12-25 中国东方电气集团有限公司 液流电池系统及其停机保护方法和装置
CN102437356A (zh) * 2011-12-12 2012-05-02 新源动力股份有限公司 一种燃料电池堆停机降压的方法和装置
CN102437356B (zh) * 2011-12-12 2013-11-13 新源动力股份有限公司 一种燃料电池堆停机降压的方法和装置
CN105336969A (zh) * 2014-08-06 2016-02-17 上海汽车集团股份有限公司 燃料电池系统及其停机控制方法
CN105336969B (zh) * 2014-08-06 2019-02-15 上海汽车集团股份有限公司 燃料电池系统及其停机控制方法
CN105047965A (zh) * 2015-07-03 2015-11-11 西南交通大学 一种计及电压均衡的pemfc电堆停机策略
CN105047965B (zh) * 2015-07-03 2017-05-03 西南交通大学 一种计及电压均衡的pemfc电堆停机策略
CN105161740A (zh) * 2015-07-08 2015-12-16 西南交通大学 采用非线性放电负载的燃料电池停机控制装置及方法
CN113130946A (zh) * 2019-12-31 2021-07-16 锥光金属股份有限公司 关闭燃料电池的控制方法及其系统
CN113130946B (zh) * 2019-12-31 2022-08-30 台湾联合氢能股份有限公司 关闭燃料电池的控制方法及其系统
CN111413624A (zh) * 2020-04-13 2020-07-14 清华大学 燃料电池使用寿命和剩余寿命的倒数预测方法及装置
CN111413624B (zh) * 2020-04-13 2021-04-09 清华大学 燃料电池使用寿命和剩余寿命的倒数预测方法及装置
CN113871655A (zh) * 2021-08-20 2021-12-31 北京机械设备研究所 燃料电池系统的放电状态调控模块、控制系统及停机方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101281975B (zh) 2010-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101281975B (zh) 一种燃料电池延长使用寿命的方法
CN106450383B (zh) 一种质子交换膜燃料电池水管理系统及其工作方法
WO2006054548A1 (ja) 燃料電池発電システムとその停止保管方法、停止保管プログラム
CN112366336B (zh) 一种用于质子交换膜燃料电池的吹扫方法及系统
CA2763171C (en) Systems and methods for independently controlling the operation of fuel cell stacks and fuel cell systems incorporating the same
US20100173212A1 (en) Fuel cell degradation detecting apparatus and fuel cell system
CN103579643B (zh) 一种燃料电池系统及停车控制方法与应用
US20070287051A1 (en) Polymer electroyte membrane, membrane/electrode assembly and fuel cell using the assembly
WO2013008368A1 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
CN102217128A (zh) 停止和启动燃料电池的方法
JP6788778B2 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
WO2006028021A1 (ja) 燃料電池発電装置の運転方法及び燃料電池発電装置
CN113224354B (zh) 一种燃料电池冬季低温储存氢气路除水干燥控制方法
KR20140116441A (ko) 재생연료전지
JP7144349B2 (ja) 電気化学式水素ポンプシステムおよび電気化学式水素ポンプの運転方法
WO2007110969A1 (ja) 燃料電池のクロスオーバー損失の測定方法および測定装置
Odgaard The use of per-fluorinated sulfonic acid (PFSA) membrane as electrolyte in fuel cells
JP2005085662A (ja) 燃料電池システムとその運転方法
CN114024005B (zh) 一种具有快速停机功能的燃料电池系统及停机控制方法
CN209118591U (zh) 一种质子交换膜燃料电池实验装置
CN114243053A (zh) 一种延长燃料电池寿命的测试方法及装置
CN209766557U (zh) 应用于燃料电池吹扫的控制电路及包含其的动态车辆和静态测试台架燃料电池系统
Luo et al. Characteristics of dynamic load response of a fuel cell with a dead-ended anode
CN101820069B (zh) 燃料电池系统中所用的排放触发监控
CN100361340C (zh) 一种集成式燃料电池堆的控制连接方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20101006

Termination date: 20130411