CN108493462A - 一种燃料电池长期使用后性能恢复装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种燃料电池长期使用后性能恢复装置，供气及控制系统分别通过管路与氢气路电磁阀、空气路三通阀、去离子水电磁阀相连；氢气路电磁阀与氢气路三通阀相连，氢气路三通阀与空气路电磁阀相连，空气路三通阀与空气电磁阀相连，空气路三通阀与空气路电磁阀相连；氢气路三通阀、空气电磁阀以及去离子水电磁阀分别与电堆一侧相连，电堆另一侧分别与氢气排气管、空气排气管、水排放管相连，空气排气管内部相连有空气尾排电磁阀；供气及控制系统与电堆电连接。本发明还公开了一种使用燃料电池长期使用后性能恢复装置的方法。相对现有技术，本发明技术方案具有结构简单和工作可靠等优点，可对燃料电池性能进行有效恢复。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池长期使用后性能恢复装置和方法。
背景技术
燃料电池长时间使用后，其性能会出现一定衰减，从而导致电堆性能衰减，而出现衰减的原因有许多种，其中主要原因是催化层上的催化剂被空气中的氮硫化物、氮氧化物、硫化物、氮氢化物等有毒物质所毒害，因此通过对长时间使用后的燃料电池进行性能上的回复对于延长燃料电池使用寿命具有极其重要意义。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种结构简单和工作可靠的燃料电池长期使用后性能恢复装置，本发明还提出一种使用燃料电池长期使用后性能恢复装置方法，旨在对燃料电池性能进行有效恢复。
为实现上述目的，本发明提出的一种燃料电池长期使用后性能恢复装置，包括供气及控制系统，所述供气及控制系统分别通过管路与氢气路电磁阀一端、空气路三通阀第一端、去离子水电磁阀一端相连；所述氢气路电磁阀另一端与氢气路三通阀第一端相连，所述氢气路三通阀第二端与空气路电磁阀一端相连，所述空气路三通阀第二端与空气电磁阀一端相连，所述空气路三通阀第三端与所述空气路电磁阀另一端相连；所述氢气路三通阀第三端、所述空气电磁阀另一端以及所述去离子水电磁阀另一端分别与电堆一侧相连，所述电堆另一侧分别与氢气排气管、空气排气管、水排放管相连，所述空气排气管内部相连有空气尾排电磁阀；所述供气及控制系统与所述电堆电连接。
优选地，所述氢气路三通阀第三端与所述电堆之间相连有氢气路质量流量计，所述空气电磁阀另一端与所述电堆之间相连有空气路质量流量计，所述去离子水电磁阀另一端与所述电堆之间相连有水流量计。
本发明还提出一种使用所述燃料电池长期使用后性能恢复装置的方法，包括以下步骤：
S1：阴极恢复；
S2：阳极恢复。
优选地，所述步骤S1包括以下步骤：
S11：所述供气及控制系统控制所述去离子水电磁阀打开，并向所述电堆通入一定流量、温度、电导率以及压力的去离子水；
S12：待所述电堆出口水温度大于一定值时，所述供气及控制系统控制氢气路电磁阀打开，向所述电堆的阳极通入一定流量和压力值的氢气；
S13：所述供气及控制系统控制所述空气尾排电磁阀打开；
S14：所述供气及控制系统控制所述空气电磁阀在一定时间内打开并在时间T1内向所述电堆的阴极通入一定流量的空气，然后所述供气及控制系统控制所述空气电磁阀和所述空气尾排电磁阀同时关闭；
S15：所述供气及控制系统向所述电堆在时间T2内恒压进行电压加载，停止加载后所述供气及控制系统控制所述空气尾排电磁阀重新打开；
S16：所述步骤S14和步骤S15依次循环一定次数后，所述供气及控制系统控制所述氢气路电磁阀关闭停止向阳极供应氢气以及控制所述去离子水电磁阀停止供应，阴极性能恢复完毕。
优选地，所述步骤S11的去离子水流量为0.1-0.3L/min/节，去离子水温度为80℃，去离子水电导率小于等于5μs/cm，所述电堆的水入口压力为10-30kpa；所述步骤S12的电堆出口温度大于78℃，氢气流量为0.8-2.0L/min/节，氢气压力值为10-40kpa；所述步骤S14的空气流量为3.4-5.2L/min/节，时间T1为30s；所述步骤S15的加载电压为0.1V*电池节数，时间T2为3min；所述步骤S16循环次数为10次。
优选地，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：所述供气及控制系统控制所述去离子水电磁阀打开，并向所述电堆通入一定流量、温度、导电率以及压力的去离子水；
S22：待所述电堆出口水温度大于一定值时，所述供气及控制系统控制空气电磁阀打开，向所述电堆的阴极通入一定流量和压力的空气；
S23：所述供气及控制系统控制氢气路电磁阀打开，在时间T3内向所述电堆的阳极通入一定流量和压力的氢气；
S24：在时间T3后关闭氢气路电磁阀停止向阳极供应氢气，打开空气路电磁阀在时间T4内向所述电堆的阳极供应一定流量的空气，时间T4后关闭空气路电磁阀；
S25：依次循环所述步骤S23和S24一定次数后，关闭空气电磁阀停止向阴极供应空气以及关闭去离子水电磁阀停止供应去离子水，阳极性能恢复完毕。
优选地，所述步骤S21的去离子水流量为0.1-0.3L/min/节，去离子水温度为80℃、去离子水电导率小于等于5μs/cm，去离子水压力为10-20kpa；所述步骤S22的电堆出口温度大于78℃，空气流量为3.4-5.2L/min/节，空气压力为10-20kpa；所述步骤S23的氢气流量为0.4-1.2L/min/节，氢气压力值为20-40kpa；所述步骤S24的空气流量为2.4-3.2L/min/节，空气压力值为20-40kpa，时间T3和时间T4均为30s；所述步骤S24循环次数为5次。
本发明技术方案相对现有技术具有以下优点：
(1)设备操作简单。本发明技术方案与现有技术相比，本发明只需一个人即可完成燃料电池的恢复工作而不需其他人员配合，因此可提高生产效率以及解放劳动生产力。
(2)性能恢复更彻底。本发明技术方案能够消除和恢复燃料电池因空气和氢气所用有毒物质而引起的燃料电池性能衰减技术问题，使燃料电池电堆的寿命增加1500-2000h，从而提高燃料电池的性价比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明燃料电池长期使用后性能恢复装置的结构示意图；
图2为电堆阴极性能恢复加载工况图；
图3为电堆阳极空气吹扫气体置换工况图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种燃料电池长期使用后性能恢复装置。
请参见图1，本发明实施例的燃料电池长期使用后性能恢复装置，包括供气及控制系统1，供气及控制系统1分别通过管路与氢气路电磁阀2一端、空气路三通阀4第一端、去离子水电磁阀7一端相连；氢气路电磁阀2另一端与氢气路三通阀3第一端相连，氢气路三通阀3第二端与空气路电磁阀5一端相连，空气路三通阀4第二端与空气电磁阀6一端相连，空气路三通阀5第三端与空气路电磁阀5另一端相连；氢气路三通阀3第三端、空气电磁阀6另一端以及去离子水电磁阀7另一端分别与电堆8一侧相连，电堆8另一侧分别与氢气排气管13、空气排气管14、水排放管15相连，空气排气管14内部相连有空气尾排电磁阀9；供气及控制系统1与电堆8电连接。
优选地，本发明实施例燃料电池长期使用后性能恢复装置中，氢气路三通阀3第三端与电堆8之间相连有氢气路质量流量计9，空气电磁阀6另一端与电堆8之间相连有空气路质量流量计11，去离子水电磁阀7另一端与电堆8之间相连有水流量计12。
请参见图1至图3，本发明还提出一种使用燃料电池长期使用后性能恢复装置的方法，包括以下步骤：
S1：阴极恢复，其中包括具体步骤：
S11：供气及控制系统1控制去离子水电磁阀7打开，并向电堆8通入一定流量、温度、电导率以及压力的去离子水；
S12：待电堆8出口水温度大于一定值时，供气及控制系统1控制氢气路电磁阀2打开，向电堆8的阳极通入一定流量和压力值的氢气；
S13：供气及控制系统1控制空气尾排电磁阀9打开；
S14：供气及控制系统1控制空气电磁阀6在一定时间内打开并在时间T1内向电堆8的阴极通入一定流量的空气，然后供气及控制系统1控制空气电磁阀6和空气尾排电磁阀9同时关闭；
S15：供气及控制系统1向电堆8在时间T2内恒压进行电压加载，停止加载后供气及控制系统1控制空气尾排电磁阀9重新打开；
S16：步骤S14和步骤S15依次循环一定次数后，供气及控制系统1控制氢气路电磁阀2关闭停止向阳极供应氢气以及控制去离子水电磁阀7停止供应。
优选地，本实施例上述步骤中，步骤S11的去离子水流量为0.1-0.3L/min/节，去离子水温度为80℃、去离子水电导率小于等于5μs/cm，电堆的水入口压力为10-30kpa；步骤S12的电堆出口温度大于78℃，氢气流量为0.8-2.0L/min/节，氢气压力值为10-40kpa；步骤S14的空气流量为3.4-5.2L/min/节，时间T1为30s；步骤S15的加载电压为0.1V*电池节数，时间T2为3min；步骤S16循环次数为10次
S2：阳极恢复，其中包括具体步骤：
S21：供气及控制系统1控制去离子水电磁阀7打开，并向电堆8通入一定流量、温度、导电率以及压力的去离子水；
S22：待电堆8出口水温度大于一定值时，供气及控制系统1控制空气路电磁阀5打开，向电堆8的阴极通入一定流量和压力的空气；
S23：供气及控制系统1控制氢气路电磁阀5打开，在时间T3内向电堆8的阳极通入一定流量和压力的氢气；
S24：在时间T3后关闭氢气路电磁阀2停止氢气供应，打开空气路电磁阀5在时间T4内向电堆8的阳极供应一定流量的空气，时间T4后关闭空气路电磁阀5；
S25：依次循环步骤S23和S24一定次数后，关闭空气电磁阀6停止供应空气以及关闭去离子水电磁阀7停止供应去离子水。
优选地，本实施例上述步骤中，步骤S21的去离子水流量为0.1-0.3L/min/节，去离子水温度为80℃、去离子水电导率小于等于5μs/cm，电堆的水入口压力为10-20kpa；步骤S22的电堆出口温度大于78℃，空气流量为3.4-5.2L/min/节，空气压力为10-20kpa；步骤S23的氢气流量为0.4-1.2L/min/节，氢气压力值为20-40kpa；步骤S24的空气流量为2.4-3.2L/min/节，其中空气空气压力为20-40kpa，时间T3和时间T4均为30s；步骤S24循环次数为5次。
请参见图1至图3，本发明实施例燃料电池长期使用后性能恢复装置的工作原理为：
阴极恢复：
供气及控制系统1控制去离子水电磁阀7打开，并向电堆8通入流量为0.1-0.3L/min/节、温度为80℃、电导率小于等于5μs/cm的去离子水，从而使得电堆8的水入口压力为10-30kpa。
待电堆8出口水温度大于78℃时，供气及控制系统1控制氢气路电磁阀2打开，向电堆8的阳极通入流量为0.8-2.0L/min/节以及压力值为10-40kpa的氢气；
然后供气及控制系统1控制空气尾排电磁阀9打开；
供气及控制系统1控制空气电磁阀6在30s内向电堆8的阴极通入流量为3.4-5.2L/min/节的空气，且保持空气压力为10-30kpa，30s后供气及控制系统1控制空气电磁阀6和空气尾排电磁阀9同时关闭；
供气及控制系统1向电堆8在时间3min内恒压进行0.1V*电池节数电压加载，停止加载后供气及控制系统1控制空气尾排电磁阀9重新打开；
上述步骤“供气及控制系统1控制空气电磁阀6在30s内向电堆8的阴极通入流量为3.4-5.2L/min/节的空气，然后供气及控制系统1控制空气电磁阀6和空气尾排电磁阀9同时关闭；供气及控制系统向电堆8在3min内恒压进行0.1V*电池节数电压加载，停止加载后供气及控制系统1控制空气尾排电磁阀9重新打开”循环10次后，供气及控制系统1控制氢气路电磁阀2关闭停止向阳极供应氢气以及控制去离子水电磁阀7停止供应，阴极性能恢复完毕。
阳极恢复：
供气及控制系统1控制去离子水电磁阀7打开，并向电堆8通入流量为0.1-0.3L/min/节、温度为80℃、电导率小于等于5μs/cm以及压力为10-20kpa的去离子水；
待电堆8出口水温度大于78℃时，供气及控制系统1控制空气电磁阀6打开，向电堆8的阴极通入流量为3.4-5.2L/min/节以及压力为10-20kpa的空气；
供气及控制系统1控制氢气路电磁阀2打开，在30s内向电堆8的阳极通入流量值为0.4-1.2L/min/节以及压力值为20-40kpa的氢气；
在30s后关闭氢气路电磁阀2停止向阳极供应氢气，打开空气路电磁阀5在30s内向电堆8的阳极供应流量为2.4-3.2L/min/节的空气，其中空气压力为20-40kpa，30s后关闭空气路电磁阀5；
依次循环上述步骤“供气及控制系统1控制氢气路电磁阀2打开，在30s内向电堆8的阳极通入流量值为0.4-1.2L/min/节以及压力值为20-40kpa的氢气；在30s后关闭氢气路电磁阀2停止向阳极供应氢气，打开空气路电磁阀5在30s内向电堆8的阳极供应流量为2.4-3.2L/min/节的空气，其中空气压力为20-40kpa，30s后关闭空气路电磁阀5。”循环5次后，关闭空气电磁阀6停止向阴极供应空气以及关闭去离子水电磁阀7停止供应去离子水，阳极性能恢复完毕。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种燃料电池长期使用后性能恢复装置，其特征在于，包括供气及控制系统，所述供气及控制系统分别通过管路与氢气路电磁阀一端、空气路三通阀第一端、去离子水电磁阀一端相连；所述氢气路电磁阀另一端与氢气路三通阀第一端相连，所述氢气路三通阀第二端与空气路电磁阀一端相连，所述空气路三通阀第二端与空气电磁阀一端相连，所述空气路三通阀第三端与所述空气路电磁阀另一端相连；所述氢气路三通阀第三端、所述空气电磁阀另一端以及所述去离子水电磁阀另一端分别与电堆一侧相连，所述电堆另一侧分别与氢气排气管、空气排气管、水排放管相连，所述空气排气管内部相连有空气尾排电磁阀；所述供气及控制系统与所述电堆电连接。
2.如权利要求1所述的燃料电池长期使用后性能恢复装置，其特征在于，所述氢气路三通阀第三端与所述电堆之间相连有氢气路质量流量计，所述空气电磁阀另一端与所述电堆之间相连有空气路质量流量计，所述去离子水电磁阀另一端与所述电堆之间相连有水流量计。
3.一种使用如权利要求1所述燃料电池长期使用后性能恢复装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：阴极恢复；
S2：阳极恢复。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S11：所述供气及控制系统控制所述去离子水电磁阀打开，并向所述电堆通入一定流量、温度、电导率以及压力的去离子水；
S12：待所述电堆出口水温度大于一定值时，所述供气及控制系统控制氢气路电磁阀打开，向所述电堆的阳极通入一定流量和压力值的氢气；
S13：所述供气及控制系统控制所述空气尾排电磁阀打开；
S14：所述供气及控制系统控制所述空气电磁阀在一定时间内打开并在时间T1内向所述电堆的阴极通入一定流量的空气，然后所述供气及控制系统控制所述空气电磁阀和所述空气尾排电磁阀同时关闭；
S15：所述供气及控制系统向所述电堆在时间T2内恒压进行电压加载，停止加载后所述供气及控制系统控制所述空气尾排电磁阀重新打开；
S16：所述步骤S14和步骤S15依次循环一定次数后，所述供气及控制系统控制所述氢气路电磁阀关闭停止向阳极供应氢气以及控制所述去离子水电磁阀停止供应，阴极性能恢复完毕。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S11的去离子水流量为0.1-0.3L/min/节，去离子水温度为80℃，去离子水电导率小于等于5μs/cm，所述电堆的水入口压力为10-30kpa；所述步骤S12的电堆出口温度大于78℃，氢气流量为0.8-2.0L/min/节，氢气压力值为10-40kpa；所述步骤S14的空气流量为3.4-5.2L/min/节，时间T1为30s；所述步骤S15的加载电压为0.1V*电池节数，时间T2为3min；所述步骤S16循环次数为10次。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：所述供气及控制系统控制所述去离子水电磁阀打开，并向所述电堆通入一定流量、温度、导电率以及压力的去离子水；
S22：待所述电堆出口水温度大于一定值时，所述供气及控制系统控制空气电磁阀打开，向所述电堆的阴极通入一定流量和压力的空气；
S23：所述供气及控制系统控制氢气路电磁阀打开，在时间T3内向所述电堆的阳极通入一定流量和压力的氢气；
S24：在时间T3后关闭氢气路电磁阀停止向阳极供应氢气，打开空气路电磁阀在时间T4内向所述电堆的阳极供应一定流量的空气，时间T4后关闭空气路电磁阀；
S25：依次循环所述步骤S23和S24一定次数后，关闭空气电磁阀停止向阴极供应空气以及关闭去离子水电磁阀停止供应去离子水，阳极性能恢复完毕。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S21的去离子水流量为0.1-0.3L/min/节，去离子水温度为80℃、去离子水电导率小于等于5μs/cm，去离子水压力为10-20kpa；所述步骤S22的电堆出口温度大于78℃，空气流量为3.4-5.2L/min/节，空气压力为10-20kpa；所述步骤S23的氢气流量为0.4-1.2L/min/节，氢气压力值为20-40kpa；所述步骤S24的空气流量为2.4-3.2L/min/节，空气压力值为20-40kpa，时间T3和时间T4均为30s；所述步骤S24循环次数为5次。
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