CN109768306A - 一种燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计了一种燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，该方法是电堆在大电流、高背压运行过程中，瞬间减少氧化剂供应，使电堆快速还原催化剂中氧化物，然后再恢复氧化剂供应，使电堆性能得到恢复；同时使用比例调节法稳定整个过程阳极压力，避免压差过大带来的电堆不可逆损耗。采用本发明方法可以使燃料电池电堆在不停机情况下在线快速恢复可逆电压降，从而实现燃料电池电堆长时间连续高效率运行。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法。
背景技术
燃料电池电堆是燃料电池动力***的核心部分，是能将化学能转换为电能的大型能量转换部件，能提供较高的功率予以电器设备的使用。作为燃料电池电堆商业化使用的瓶颈，电堆的耐久性是其急需打开的突破口，然而电堆在其运行的过程中，会由于不同的原因发生电压的下降，影响电堆的性能和正常的运行，这会极大减少电堆的使用寿命。
对于不同原因的电压降有不同的类型，电压降通常分为可逆或不可逆两种，两种电压降都可以引起类似的电压衰减。可逆电压降通常是瞬态过程导致的结果，其可以通过改变操作条件(或借助于“原位”恢复过程)来恢复电压损失，因此电池性能可以返回到降级前的水平。可逆降解的实例包括电极水淹，电池性能会电极水淹而有所降低，但可以通过去除多余的水来恢复性能。不可逆降解包括燃料电池材料的不可逆变化，例如聚合膜变薄或由铂迁移或碳腐蚀引起的催化活性面积的损失。对于不可逆电压降，需要避免其发生，减少电堆的损坏，而相对于可逆电压降，则可以通过有效方法对其进而恢复。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，在恢复过程中没有电堆运行的中断，不会对电堆本身造成危害，且能明显提高电堆的性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，该方法包括以下步骤，步骤一，按照燃料电池***装配图对电堆及辅助部件进行组装连接，按正常运行条件使燃料电池电堆在指定的电流下运行，并达到稳定；步骤二，瞬间降低氧化剂的供应，使燃料电池电堆发生反极现象；步骤三，恢复氧化剂的供应，使燃料电池电堆性能得到恢复。
按上述技术方案，所述步骤一中，所述指定的电流，其范围为60-120A。
按上述技术方案，燃料电池电堆的双极板为金属双极板，由100-150个单电池组成。所用的辅助部件有：空压机，循环泵，比例阀，水泵及电磁阀等。
按上述技术方案，通过调节比例阀，测试过程中，保持阴阳极压差不大于50kPa。
按上述技术方案，所述步骤一中，加载策略为，从零负载开始，以5-10A/min的速度加载至设定的电流，保持燃料电池电堆的稳定温度为60℃。
按上述技术方案，所述步骤二中，降低氧化剂(空气)的供应时间为1-5s，燃料电池电堆反极时间约为5-15s。
按上述技术方案，所述步骤三中，性能恢复前燃料电池电堆功率为7.5-8.0kW，性能恢复前燃料电池电堆单片电压为0.55-0.60V。
按上述技术方案，所述步骤三中，性能恢复后燃料电池电堆功率为8.1-8.5kW，性能恢复后燃料电池电堆单片电压为0.59-0.63V。电堆性能可以提升约为6％-10％。
本发明产生的有益效果是：(1)所采用的方法仅在电堆正常运行过程中进行性能恢复，简单操作方法能明显提高电池效率，提高电池的性能；
(2)短时间减少恢复氧化剂供应，使用比例调节严格控制阳极氢气的压力稳定，仅在极短的时间内发生电堆的反极，不会造成电堆的不可逆损耗；
(3)无需将电堆拆卸、更换、重装等复杂的电堆组装过程，防止电堆在拆卸、组装过程中导致膜电极的损坏，保证了电堆的完好性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实例中所采用氢燃料电池***的性能测试装配图；
图2为本发明实施例1中电堆功率随时间的变化曲线；
图3为本发明实施例1中电堆电流密度、电压及功率的曲线图；
图4为本发明实施例2中电堆功率随时间的变化曲线；
图5为本发明实施例2中电堆电流密度、电压及功率的曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
组装线路图：如图1所示，将正常运转的辅助部件和符合标准的电堆按装配图连接起来，并对流道充20kPa压力的N2以检测连接的线路是否产生漏气，若漏气则需检测漏气点并予以解决，若无漏气则进行后续步骤。
策略加载：开启***的恒温水循环***，保持电堆在60℃恒温稳定，在电堆充入氢气之前先需使用氮气吹扫氢气流道，排除氢气流道内的杂质，当吹扫一定时间后切换氢气供应燃料电池正常发电，并按照一定的速度增加电流，在加载前需给定电堆下一负载下的气体供应量，保证燃料供应充足，当加载至100A时停止加载，恒定此电流下稳定一段时间。
在线恢复：在电堆稳定运行的条件下，瞬间切断空气的供应，然后将电流也快速的降为零(其下降时间相对于空气切断慢1-5s),将氢气切换为氮气，待电压降下去后重新按照上策略加载步骤将电流增加至100A，此时则得到电堆功率及单片电压的性能恢复数据，且能在较恢复前更高性能下维持稳定。
对其性能恢复实际数据作如图2所示。从图2中可以看到：性能恢复前，其功率大约为7.7kW，在线性能恢复后，其功率大约处于8.0-8.4kW的高功率下，从图中可以看出电堆功率的明显提高。
图3为电堆性能恢复前后的极化曲线性能图。从图中可以看出，性能恢复后较之前在电压和功率上有很大的提升。这说明所提出的燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法的确对电堆性能有所提高。
实施例2
组装线路图：将正常运转的辅助部件和符合标准的电堆按装配图连接起来，并对流道充20kPa压力的N2以检测连接的线路是否产生漏气，若漏气则需检测漏气点并予以解决，若无漏气则进行后续步骤。
策略加载：开启***的恒温水循环***，保持电堆在60℃恒温稳定，在电堆充入氢气之前先需使用氮气吹扫氢气流道，排除氢气流道内的杂质，当吹扫一定时间后切换氢气供应燃料电池正常发电，并按照一定的速度增加电流，在加载前需给定电堆下一负载下的气体供应量，保证燃料供应充足，当加载至100A时停止加载，恒定此电流下稳定一段时间。
在线恢复：在电堆稳定运行的条件下，瞬间切断空气的供应，然后将电流也快速的降为零(其下降时间相对于空气切断慢1-5s),将氢气切换为氮气，待电压降下去后重新按照上策略加载步骤将电流增加至100A，此时则得到电堆功率及单片电压的性能恢复数据，且能在较恢复前更高性能下维持稳定。
对其性能恢复实际数据作如图4所示。从图4中可以看到：性能恢复前，其功率大约为7.8kW，在线性能恢复后，在恢复后的前段时间其功率处在大约8.7kW的高功率下，然后缓慢下降平稳至大约8.4kW，从图中也可以看出电堆功率的明显提高。
图3为电堆性能恢复前后的极化曲线性能图。从图中可以看出，性能恢复后较之前在电压和功率上有很大的提升。这说明所提出的燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法的确对电堆性能有所提高。图5为实施例2中电堆电流密度、电压及功率的曲线图。
针对在电堆运行过程中存在的可逆电压降等问题，本发明方法相对于其他性能恢复方法显得更加方便有效，在恢复过程中没有电堆运行的中断，不会对电堆本身造成危害，且能明显提高电堆的性能。采用该方法可以使燃料电池电堆在不停机情况下在线快速恢复可逆电压降(恢复所需时间小于1分钟，功率密度提升超过6％，恢复功率保持时间大于1小时)，从而实现燃料电池电堆长时间连续高效率运行。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，步骤一，按正常运行条件使燃料电池电堆在指定的电流下运行，并达到稳定；步骤二，瞬间降低氧化剂的供应，使燃料电池电堆发生反极现象；步骤三，恢复氧化剂的供应，使燃料电池电堆性能得到恢复。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，其特征在于，所述步骤一中，所述指定的电流，其范围为60-120A。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，其特征在于，燃料电池电堆的双极板为金属双极板，由100-150个单电池组成。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，其特征在于，保持阴阳极压差不大于50kPa。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，其特征在于，所述步骤一中，加载策略为，从零负载开始，以5-10A/min的速度加载至设定的电流，保持燃料电池电堆的稳定温度为60℃。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，其特征在于，所述步骤二中，降低氧化剂的供应时间为1-5s，燃料电池电堆反极时间约为5-15s。
7.根据权利要求1或2所述的燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，其特征在于，所述步骤三中，性能恢复前燃料电池电堆功率为7.5-8.0kW，性能恢复前燃料电池电堆单片电压为0.55-0.60V。
8.根据权利要求1或2所述的燃料电池电堆可逆电压降快速在线恢复的方法，其特征在于，所述步骤三中，性能恢复后燃料电池电堆功率为8.1-8.5kW，性能恢复后燃料电池电堆单片电压为0.59-0.63V。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111682245A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-09-18 | 广东国鸿氢能科技有限公司 | 一种燃料电池电堆性能恢复方法 |
| CN112421082A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-02-26 | 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 | 一种快速恢复车用燃料电池***性能的方法 |
| CN113644302A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-12 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种燃料电池***及燃料电池***控制方法 |
| CN114759231A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-07-15 | 中国第一汽车股份有限公司 | 燃料电池在线性能恢复的方法、控制装置及处理器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120102774A (ko) * | 2009-12-22 | 2012-09-18 | 일렉트로 파워 시스템즈 에스.피.에이. | Ｐｅｍ 연료전지 스택 백업 전기 발전기의 동작 관리 |
| CN103650224A (zh) * | 2011-02-25 | 2014-03-19 | 联合工艺公司 | 控制功率转换和空闲期间的pem燃料电池电压 |
| CN107256976A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-10-17 | 西南交通大学 | 一种质子交换膜燃料电池性能提高策略 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120102774A (ko) * | 2009-12-22 | 2012-09-18 | 일렉트로 파워 시스템즈 에스.피.에이. | Ｐｅｍ 연료전지 스택 백업 전기 발전기의 동작 관리 |
| CN103650224A (zh) * | 2011-02-25 | 2014-03-19 | 联合工艺公司 | 控制功率转换和空闲期间的pem燃料电池电压 |
| CN107256976A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-10-17 | 西南交通大学 | 一种质子交换膜燃料电池性能提高策略 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111682245A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-09-18 | 广东国鸿氢能科技有限公司 | 一种燃料电池电堆性能恢复方法 |
| CN112421082A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-02-26 | 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 | 一种快速恢复车用燃料电池***性能的方法 |
| CN113644302A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-12 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种燃料电池***及燃料电池***控制方法 |
| CN113644302B (zh) * | 2021-07-26 | 2022-07-12 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种燃料电池***及燃料电池***控制方法 |
| CN114759231A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-07-15 | 中国第一汽车股份有限公司 | 燃料电池在线性能恢复的方法、控制装置及处理器 |
| CN114759231B (zh) * | 2022-04-08 | 2024-05-17 | 中国第一汽车股份有限公司 | 燃料电池在线性能恢复的方法、控制装置及处理器 |
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