CN114597450A - 一种燃料电池系统快速活化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池系统快速活化方法，包括：S1、控制燃料电池单片电压大于0.2V，正常给气，并保证空气计量比等于2；S2、快速拉载电流至预置电流值，系统运转小循环；S3、当电堆入口温度达到第一预设温度值后，切换至大循环，同时快速降低空压机转速至最小转速，并降低电流，持续1‑5min；S4、当电堆入口温度达到第二预设温度值时，直接拉载直至最大电流，稳定10min；S5、降载活化完成。本发明大大节约活化时间，一遍拉载完成；前期利用冷态水涌入电堆，快速实现电堆内湿度，快速建立水气传输通道；再配合降低空压机转速，减少吹扫流量，维持湿度，最后维持低空气流量，将空气侧Pt催化剂表面氧化物还原出来，提升催化剂活性，实现机理活化目的。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池系统快速活化方法。
背景技术
燃料电池电堆及系统在初始阶段，由于膜电极内水气传输通道并未建立，正常测试时，第一次需要活化，才能达到所需的性能和电压。
电堆活化机理为：第一建立水气传输通道；第二，将空气侧Pt氧化物还原出来，释放催化剂活性。
现有系统常规活化为：控制电堆单片电压＞0.6V，缓慢拉载，至一定电流，让水温升起，降载关机静置一段时间，往复2-3次；例如针对现有52kW系统操作如下：控制单片电压＞0.6V，缓慢拉升电流至150A，水温从室温升至50℃，降载关气静置，往复2-3次，其性能曲线如图3所示。
此种方法活化时间长，拉载次数多，活化效率低。
发明内容
本发明提供一种燃料电池系统快速活化方法，有效地解决了现有技术燃料电池活化时间长，拉载次数多，活化效率低的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种燃料电池系统快速活化方法，包括：
S1、控制燃料电池单片电压大于0.2V，在质子交换膜燃料电池堆阳极通入氢气，阴极通入空气，并保证氢气供应充足，同时保证空压机高转速运行，空气计量比等于2；
S2、快速拉载电流至预置电流值，此时燃料电池冷却液流经小循环实现快速升温；
S3、当燃料电池电堆入口温度达到第一预设温度值后，切换至大循环，同时快速降低空压机转速至最小转速，并降低电流，持续1-5min，使电堆从高温降到低温，内部液态水在膜表面冷凝，建立起水气传输通道，同时减小流道内流速，保留液态水在堆内；
S4、当燃料电池电堆入口温度达到第二预设温度值时，维持空压机最小转速，处于欠空气的状态，并维持单片电压大于0.2V，直接拉载直至最大电流，形成氢泵效应，将空气侧Pt氧化物还原，释放催化剂活性，提升性能，同时继续维持低流速空气流量，以保证电堆内湿度，稳定10min；
S5、降载活化完成。
作为上述方案的优选，活化完成后还包括步骤S6、拉载直至燃料电池电堆的输出电流为额定电流值，同时提升高空压机转速至当前电流下。
作为上述方案的优选，步骤S1中，控制燃料电池单片电压在0.2-0.4V之间。
作为上述方案的优选，步骤S1中，氢气压力为50kpa。
作为上述方案的优选，步骤S1中，空压机转速维持在50000rpm。
作为上述方案的优选，步骤S2中，预置电流值为150-250A。
作为上述方案的优选，步骤S3中，第一预设温度值为45℃。
作为上述方案的优选，步骤S3中，空压机最小转速为30000rpm。
作为上述方案的优选，步骤S3中，电流降至60-90A。
作为上述方案的优选，步骤S4中，第二预设温度值为55℃。
由于具有上述结构，本发明的有益效果在于：
本发明大大节约活化时间，一遍拉载完成；前期利用水泵三通阀打开瞬间，冷态水涌入电堆，快速实现电堆内湿度，快速建立水气传输通道；再配合降低空压机转速，减少吹扫流量，维持湿度，最后维持低空气流量，将空气侧Pt催化剂表面氧化物还原出来，提升催化剂活性，实现机理活化目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的工作流程图；
图2为燃料电池系统的简易原理图；
图3为采用常规活化方法的性能曲线图；
图4为采用本发明活化方法的性能曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。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。
如图1、图2所示，本实施例一种燃料电池系统快速活化方法，包括：
S1、控制燃料电池单片电压大于0.2V，并尽可能低的给定电压，在质子交换膜燃料电池堆阳极通入氢气，阴极通入空气，并保证氢气供应充足，同时保证空压机高转速运行，空气计量比等于2；
S2、快速拉载电流至预置电流值，此时燃料电池冷却液流经小循环实现快速升温；
S3、当燃料电池电堆入口温度达到第一预设温度值后，调整三通阀，切换至大循环，冷态水会立刻涌入电堆，此时快速降低空压机转速至最小转速，并降低电流，电压会迅速回升，持续1-5min，使电堆从高温降到低温，内部液态水在膜表面冷凝，建立起水气传输通道，同时减小流道内流速，保留液态水在堆内；
S4、当燃料电池电堆入口温度达到第二预设温度值时，维持空压机最小转速(不改变空压机转速)，处于欠空气的状态，并维持单片电压大于0.2V，直接拉载直至最大电流，形成氢泵效应，将空气侧Pt氧化物还原，释放催化剂活性，提升性能，同时继续维持低流速空气流量，以保证电堆内湿度，稳定10min；
S5、降载活化完成。
活化完成后还包括步骤S6、拉载直至燃料电池电堆的输出电流为额定电流值，同时提升高空压机转速至当前电流下，如7000rpm。
在本实施例中，步骤S1中，控制燃料电池单片电压在0.2-0.4V之间。
在本实施例中，步骤S1中，氢气压力为50kpa。
在本实施例中，步骤S1中，空压机转速维持在50000rpm。
在本实施例中，步骤S2中，预置电流值为150-250A，实际操作中快速拉升电流至越大越好，如250A。
在本实施例中，步骤S3中，第一预设温度值为45℃。
在本实施例中，步骤S3中，空压机最小转速为30000rpm。
在本实施例中，步骤S3中，电流降至60-90A。
在本实施例中，步骤S4中，第二预设温度值为55℃。
如图4所示，本方法大大节约活化时间，一遍拉载完成；
前期利用水泵三通阀打开瞬间，冷态水涌入电堆，快速实现电堆内湿度，快速建立水气传输通道；再配合降低空压机转速，减少吹扫流量，维持湿度，最后维持低空气流量，将空气侧Pt催化剂表面氧化物还原出来，提升催化剂活性，实现机理活化目的。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池系统快速活化方法，其特征在于，包括：
S1、控制燃料电池单片电压大于0.2V，在质子交换膜燃料电池堆阳极通入氢气，阴极通入空气，并保证氢气供应充足，同时保证空压机高转速运行，空气计量比等于2；
S2、快速拉载电流至预置电流值，此时燃料电池冷却液流经小循环实现快速升温；
S3、当燃料电池电堆入口温度达到第一预设温度值后，切换至大循环，同时快速降低空压机转速至最小转速，并降低电流，持续1-5min，使电堆从高温降到低温，内部液态水在膜表面冷凝，建立起水气传输通道，同时减小流道内流速，保留液态水在堆内；
S4、当燃料电池电堆入口温度达到第二预设温度值时，维持空压机最小转速，处于欠空气的状态，并维持单片电压大于0.2V，直接拉载直至最大电流，形成氢泵效应，将空气侧Pt氧化物还原，释放催化剂活性，提升性能，同时继续维持低流速空气流量，以保证电堆内湿度，稳定10min；
S5、降载活化完成。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统快速活化方法，其特征在于，活化完成后还包括步骤S6、拉载直至燃料电池电堆的输出电流为额定电流值，同时提升高空压机转速至当前电流下。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统快速活化方法，其特征在于，步骤S1中，控制燃料电池单片电压在0.2-0.4V之间。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统快速活化方法，其特征在于，步骤S1中，氢气压力为50kpa。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统快速活化方法，其特征在于，步骤S1中，空压机转速维持在50000rpm。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统快速活化方法，其特征在于，步骤S2中，预置电流值为150-250A。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统快速活化方法，其特征在于，步骤S3中，第一预设温度值为45℃。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统快速活化方法，其特征在于，步骤S3中，空压机最小转速为30000rpm。
9.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统快速活化方法，其特征在于，步骤S3中，电流降至60-90A。
10.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统快速活化方法，其特征在于，步骤S4中，第二预设温度值为55℃。
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