CN102723513A - 一种燃料电池的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种燃料电池运行方法包括如下步骤：求出燃料电池系统所需的热量和工作点；将所述燃料气体供给所述燃料电池的燃料，将氧化剂气体供给所述燃料电池的氧化剂气体供给装置；基于所述燃料电池的工作点控制氧化剂气体的供给速率，通过电压控制单元控制电压输出，并使得燃料电池如下方式运行：在外界温度低时，特别是在冰点以下时，将燃料电池的工作电压输出设为比工作点电压高的的高电压值Vh，在外界温度高时在燃料电池的发热量大幅度增加的情况下，通过电压控制单元将电压输出值设定为比工作点电压低的低电压值Vl。

Description

一种燃料电池的运行方法

技术领域

本发明涉及一种燃料电池的运行方法，尤其涉及一种用于车辆的燃料电池的运行方法。

背景技术

燃料电池由于其具有高能率和低排放的特性，已经被认为是最有前景的能源装置之一，并已经大量运用作为车辆的动力。燃料电池通常由一系列以交替的方式堆栈在一起的高分子膜电极组件和双极板组成。燃料电池系统在高分子电解膜的两侧设有阳极和阴极。当氢燃料在阳极电化学氧化，氧在阴极电化学还原时，产生电子。当电子移动时，燃料电池系统产生电能。在燃料电池的在车辆的使用中，运行方法尤为重要，合理的运行方法可以提高燃料电池的效率以及寿命，并保证运行的安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能优异的燃料电池的运行方法。

为了实现上述目的，本发明提供的一种燃料电池运行方法所运行的燃料电池系统，具备： 燃料电池，其将燃料气体和氧化剂气体作为反应气体进行发电；电流控制单元，其对燃料电池的电流进行控制；电压控制单元，其对燃料电池的电压进行控制；及发热量控制单元，其计算燃料电池系统所需的必要热量，并确定电流控制单元的电流目标值和电压控制单元的电压目标值以产生所算出的必要热量；以及燃料气体供给装置，氧化剂供给装置，加湿装置。

本发明的燃料电池的运行方法包括如下步骤：

步骤1，求出燃料电池系统所需的热量和工作点，求出由反应气体的供给状态决定的燃料电池的电流-电压曲线上由满足所述热量和所述要求输出的电流值和电压值确定的工作点，其中必要热量通过发热量控制单元进行计算，必要热量参照根据外部气体的空气温度而预先求出的必要热量映射进行计算；

步骤2，通过燃料供给装置将所述燃料气体供给所述燃料电池的燃料，通过氧化剂供给装置将氧化剂气体供给所述燃料电池的氧化剂气体供给装置，燃料气体以及氧化剂气体的供给量由发热控制单元根据必要的发热量来控制；

步骤3，基于所述燃料电池的工作点控制氧化剂气体的供给速率，通过电压控制单元控制电压输出，并使得燃料电池如下方式运行：

在外界温度低时，特别是在冰点以下时，将燃料电池的工作电压输出设为比工作点电压高的的高电压值Vh，并通过电压控制单元的控制以确保燃料电池输出的输出电压值在Vh附近，如果所述输出电压低于或高于Vh预定范围，则改变所述氧化剂气体进给速率；

在外界温度高时在燃料电池的发热量大幅度增加的情况下，通过电压控制单元将电压输出值设定为比工作点电压低的低电压值Vl，并对供给所述燃料电池的所述燃料气体以及所述氧化剂气体的至少一方进行加湿，如果所述输出电压低于或高于Vl预定范围，则改变所述氧化剂气体进给速率。

本发明的有益效果在于：在燃料电池运行的外部温度偏低时，通过将输出电压控制在一个较高的值，提高了燃料电池的工作效率的同时也将电池维持在规定的运行温度上，在燃料电池温度偏高时，将输出电压控制在一个较低值，并对燃料气体或氧化剂气体加湿，以保证燃料电池运行的安全性。

附图说明

图1是本发明燃料电池运行方法流程图。

具体实施方式

实施例一

本实施例是基于如下结构的燃料电池系统运行的，该燃料电池系统具备：燃料电池，其将燃料气体和氧化剂气体作为反应气体进行发电；电流控制单元，其对燃料电池的电流进行控制；电压控制单元，其对燃料电池的电压进行控制；及发热量控制单元，其计算燃料电池系统所需的必要热量，并确定电流控制单元的电流目标值和电压控制单元的电压目标值以产生所算出的必要热量，由此控制发热量；以及燃料气体供给装置，氧化剂供给装置，温度控制装置，加湿装置。

参见附图，具体的运行方法如下：

S1：求出燃料电池系统所需的热量，根据所需热量求出由反应气体的供给状态决定的燃料电池的电流-电压曲线上由满足所述热量和所述要求输出的电流值和电压值确定的工作点，其中必要热量通过发热量控制单元进行计算，必要热量参照根据外部气体的空气温度而预先求出的必要热量映射进行计算。

具体来说，对于车辆燃料电池系统，必要热量的需考虑外部温度、车厢内的容积、有无隔热材料等因素。

S2：将所述燃料气体，比如氢气，供给所述燃料电池的燃料，将氧化剂气体，比如氧气，供给所述燃料电池的氧化剂气体供给装置；

S3：基于所述燃料电池的工作点控制氧化剂气体的供给速率，通过电压控制单元控制电压输出，并使得燃料电池如下方式运行：

在外界温度低时，特别是在冰点以下时，将燃料电池的工作电压输出设为比工作点电压高的的高电压值Vh，并通过电压控制单元的控制以确保燃料电池输出的输出电压值在Vh附近，如果所述输出电压低于或高于Vh预定范围，则改变所述氧化剂气体进给速率；

在外界温度高时在燃料电池的发热量大幅度增加的情况下，通过电压控制单元将电压输出值设定为比工作点电压低的低电压值Vl，并对供给所述燃料电池的所述燃料气体以及所述氧化剂气体的至少一方进行加湿，如果所述输出电压低于或高于Vl预定范围，则改变所述氧化剂气体进给速率。

具体来说，车辆启动后，燃料电池达到规定温度(比如，80度左右)，才可以正常的运转。而在外部温度在冰点以下时，来自燃料电池100的散热量比通常发电时的发热量大，产生不能使燃料电池维持在规定温度的情况。因此，暖气后的燃料电池的必要热量中需要含有用于使包括燃料电池在内的燃料电池系统维持在规定温度所需的维持必要热量。而在外部气体温度高时，因而使燃料电池自身所具有的热量散热慢。为了保证燃料电池的运行安全性，将输出电压相对于工作点调低，并对燃料气体和氧化剂气体的至少一方尽心加湿。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的技术方案内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更改或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做出的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种燃料电池的运行方法，包括如下步骤：

步骤1，求出燃料电池系统所需的热量和工作点，求出由反应气体的供给状态决定的燃料电池的电流-电压曲线上由满足所述热量和所述要求输出的电流值和电压值确定的工作点，其中必要热量通过发热量控制单元进行计算，必要热量参照根据外部气体的空气温度而预先求出的必要热量映射进行计算；

步骤2，通过燃料供给装置将所述燃料气体供给所述燃料电池的燃料，通过氧化剂供给装置将氧化剂气体供给所述燃料电池的氧化剂气体供给装置，燃料气体以及氧化剂气体的供给量由发热控制单元根据必要的发热量来控制；

步骤3，基于所述燃料电池的工作点控制氧化剂气体的供给速率，通过电压控制单元控制电压输出，并使得燃料电池如下方式运行：

在外界温度低时，特别是在冰点以下时，将燃料电池的工作电压输出设为比工作点电压高的的高电压值Vh，并通过电压控制单元的控制以确保燃料电池输出的输出电压值在Vh附近，如果所述输出电压低于或高于Vh预定范围，则改变所述氧化剂气体进给速率；

在外界温度高时在燃料电池的发热量大幅度增加的情况下，通过电压控制单元将电压输出值设定为比工作点电压低的低电压值Vl，并对供给所述燃料电池的所述燃料气体以及所述氧化剂气体的至少一方进行加湿，如果所述输出电压低于或高于Vl预定范围，则改变所述氧化剂气体进给速率。

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