CN116053525A - 燃料电池关机活化方法、燃料电池发动机及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池关机活化方法、燃料电池发动机及车辆。其中，燃料电池关机活化方法中，燃料电池活化装置包括燃料电池系统和超级电容，超级电容负极与燃料电池电堆阴极电连接，超级电容正极与燃料电池电堆阳极电连接，所述方法包括：在燃料电池关机后，设置燃料电池系统在设定状态，使得燃料电池阳极氢气压力及流量达到设定参数；在达到设定参数后，通过超级电容控制电堆电流密度维持在设置值；当达到设定条件时，停止超级电容放电完成活化。通过以超级电容作为外接恒流源，在燃料电池系统关机完成后进行氢泵活化，活化时间较短且成本较低，易实现整车应用。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池关机活化方法、燃料电池发动机及车辆。
背景技术
随着燃料电池的运行，电堆性能出现不可避免地衰减，为恢复或减缓性能衰减，充分发挥电堆性能，有必要对燃料电池进行活化，以延长其使用寿命。
质子交换膜燃料电池的活化主要在于膜电极(MEA)性能的提升，当前燃料电池活化方式主要有：恒电压/循环电压活化、恒电流/阶段电流/循环电流活化、增湿活化、氢泵活化、CO氧化活化等活化措施，以上各种活化方法均属于在线活化，即需要在燃料电池开机运行的状态下完成活化。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种，至少部分的解决现有技术中存在的当前燃料电池在线活化方案需启动燃料电池，无法满足整车应用以及活化过程消耗大量氢气导致活化成本较高问题。
第一方面，本公开实施例提供了一种燃料电池关机活化方法，燃料电池活化装置包括燃料电池系统和超级电容，超级电容负极与燃料电池电堆阴极电连接，超级电容正极与燃料电池电堆阳极电连接，所述方法包括：
在燃料电池关机后，设置燃料电池系统在设定状态，使得燃料电池阳极氢气压力及流量达到设定参数；
在达到设定参数后，通过超级电容控制电堆电流密度维持在设置值；
当达到设定条件时，停止超级电容放电完成活化。
可选的，所述设置燃料电池系统在设定状态，包括：
使燃料电池系统的空压机维持最低转速运行，关闭燃料电池系统的空气入堆截止阀，将燃料电池系统的空气旁通路截止阀全部开启，使空气全部经旁通路进入尾排。
可选的，所述使得燃料电池阳极氢气压力及流量达到设定参数，包括：
维持阳极氢气压力及流量与设定流量的电流密度稳态运行时氢气压力相一致。
可选的，所述设定流量，包括0.5A/cm2。
可选的，所述通过超级电容控制电堆电流密度维持在设置值，包括：
通过超级电容控制电堆电流密度维持在0.5A/cm2。
可选的，所述当达到设定条件时，停止超级电容放电完成活化，包括：
待电堆电流密度维持在设置值的时间达到设定时间或阴极腔体压力升高至与阳极压力相同时，停止超级电容放电。
可选的，所述设定时间包括4s。
可选的，在燃料电池系统关机后，阴极腔体处于缺氧状态，在超级电容放电过程中，阴阳极分别发生如下反应：
阳极：H2–2e-＝2H+；
阴极：2H++2e-＝H2，PtO2+4H++4e-＝Pt+2H2O。
第二方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池发动机，使用第一方面任一所述的活化方法。
第三方面，本公开实施例还提供了一种车辆，使用第一方面任一所述的活化方法。
本发明提供的燃料电池关机活化方法，通过以超级电容作为外接恒流源，在燃料电池系统关机完成后进行氢泵活化，活化时间较短且成本较低，易实现整车应用。
在氢泵过程中，阳极质子携带水分子通过质子交换膜转移至阴极，有利于缓解由于关机吹扫导致的阴极侧质子交换膜较干的现象，改善膜的润湿程度。发生在阴极侧的析氢反应，有利于激活催化剂的活性并清洁催化剂表面，进而提升电堆的性能。通过氢泵反应在阴极腔体充满氢气，有利于延长电堆储存时间，防止在长时间存放过程中催化剂发生氧化或被其它气体污染。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本公开实施例提供的燃料电池活化装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
超级电容器：超级电容器又称双电层电容器、电化学电容器，是介于传统电容器与电池之间的一种新型储能装置，它既具有普通电容器快速大电流充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。相比于传统电源，超级电容器可以满足低压大电流放电。
氢泵效应(反应)：控制燃料电池处于阳极富氢且阴极缺氧的状态，通过DC拉载电流或外接直流电源的方式使得氢气在阴极析出的方案。
为了便于理解，本实施例公开了一种燃料电池关机活化方法，燃料电池活化装置包括燃料电池系统和超级电容，超级电容负极与燃料电池电堆阴极电连接，超级电容正极与燃料电池电堆阳极电连接，所述方法包括：
在燃料电池关机后，设置燃料电池系统在设定状态，使得燃料电池阳极氢气压力及流量达到设定参数；
在达到设定参数后，通过超级电容控制电堆电流密度维持在设置值；
当达到设定条件时，停止超级电容放电完成活化。
在一个具体的应用场景中，如图1所示，采用16V超级电容器与燃料电池电堆相连接，超级电容器负极与电堆阴极相连，超级电容器正极与电堆阳极相连接，从而组成氢泵装置。氢泵装置即为燃料电池活化装置。
在燃料电池系统完成主被动放电后，空压机维持最低转速运行，空气入堆截止阀关闭，空气旁通路截止阀全开，即空气全部经旁通路进入尾排。与此同时，维持阳极氢气压力及流量与0.5A/cm2的电流密度稳态运行时氢气压力相一致。闭合该氢泵装置开关，通过超级电容器控制电堆电流密度维持在0.5A/cm2，该过程中阴极发生析氢反应且压力逐步升高，待时间达到4s或阴极腔体压力升高至与阳极压力相同时停止超级电容器放电，该活化过程完成。
在燃料电池系统关机后，阴极腔体处于缺氧状态，在超级电容器组放电过程中，阴阳极分别发生如下反应：
阳极：H2–2e-＝2H+
阴极：2H++2e-＝H2
PtO2+4H++4e-＝Pt+2H2O
该氢泵活化方法使用超级电容器组作为恒流源，通过超级电容器施加恒流使氢气在燃料电池阳极发生HOR反应并在阴极发生HER反应。
本实施例还公开了一种燃料电池发动机，使用本实施例公开的活化方法。
本实施例还公开了一种车辆，使用本实施例公开的活化方法。
本实施还具有以下优点：
1、通过超级电容器进行大电流放电，实现在关机状态下的阴极氢泵反应.
2、燃料电池系统关机完成后，在不影响整车使用的前提下，通过快速离线氢泵的方案完成活化。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC(即A和B和C)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (10)
1.一种燃料电池关机活化方法，其特征在于，燃料电池活化装置包括燃料电池系统和超级电容，超级电容负极与燃料电池电堆阴极电连接，超级电容正极与燃料电池电堆阳极电连接，所述方法包括：
在燃料电池关机后，设置燃料电池系统在设定状态，使得燃料电池阳极氢气压力及流量达到设定参数；
在达到设定参数后，通过超级电容控制电堆电流密度维持在设置值；
当达到设定条件时，停止超级电容放电完成活化。
2.根据权利要求1所述的燃料电池关机活化方法，其特征在于，所述设置燃料电池系统在设定状态，包括：
使燃料电池系统的空压机维持最低转速运行，关闭燃料电池系统的空气入堆截止阀，将燃料电池系统的空气旁通路截止阀全部开启，使空气全部经旁通路进入尾排。
3.根据权利要求1所述的燃料电池关机活化方法，其特征在于，所述使得燃料电池阳极氢气压力及流量达到设定参数，包括：
维持阳极氢气压力及流量与设定流量的电流密度稳态运行时氢气压力相一致。
4.根据权利要求3所述的燃料电池关机活化方法，其特征在于，所述设定流量，包括0.5A/cm2。
5.根据权利要求1所述的燃料电池关机活化方法，其特征在于，所述通过超级电容控制电堆电流密度维持在设置值，包括：
通过超级电容控制电堆电流密度维持在0.5A/cm2。
6.根据权利要求1所述的燃料电池关机活化方法，其特征在于，所述当达到设定条件时，停止超级电容放电完成活化，包括：
待电堆电流密度维持在设置值的时间达到设定时间或阴极腔体压力升高至与阳极压力相同时，停止超级电容放电。
7.根据权利要求6所述的燃料电池关机活化方法，其特征在于，所述设定时间包括4s。
8.根据权利要求1所述的燃料电池关机活化方法，其特征在于，在燃料电池系统关机后，阴极腔体处于缺氧状态，在超级电容放电过程中，阴阳极分别发生如下反应：
阳极：H2–2e-＝2H+；
阴极：2H++2e-＝H2，PtO2+4H++4e-＝Pt+2H2O。
9.一种燃料电池发动机，其特征在于，使用权利要求1至8任一所述的活化方法。
10.一种车辆，其特征在于，使用权利要求1至8任一所述的活化方法。
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| CN202310197839.8A CN116053525A (zh) | 2023-03-03 | 2023-03-03 | 燃料电池关机活化方法、燃料电池发动机及车辆 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116505025A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-28 | 上海重塑能源科技有限公司 | 一种燃料电池性能恢复方法 |
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2023
- 2023-03-03 CN CN202310197839.8A patent/CN116053525A/zh active Pending
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| CN116505025A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-28 | 上海重塑能源科技有限公司 | 一种燃料电池性能恢复方法 |
| CN116505025B (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-01 | 上海重塑能源科技有限公司 | 一种燃料电池性能恢复方法 |
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