一种燃料电池堆性能恢复方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池堆性能恢复方法及系统，包括以下步骤：设置燃料电池堆阴极空气内部循环供应，并对燃料电池堆输出单体电池电压进行检测；燃料电池堆处于性能恢复工况，开启所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，当检测到单体电池电压低于第一阀值电压时，燃料电池堆切换为正常运行工况；燃料电池堆处于正常运行工况，停止所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，当检测到单体电池电压高于第二阀值电压时，燃料电池堆切换为性能恢复工况。本发明专利技术使燃料电池堆性能快速高效恢复的同时，避免燃料电池单节电池或局部区域出现反极，发生不可逆衰减的问题。发生不可逆衰减的问题。发生不可逆衰减的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池堆性能恢复方法及系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池堆性能恢复方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，商业化质子交换膜燃料电池膜电极催化剂以Pt/C催化剂为主，在燃料电池长时间停放或低功率运行时，催化剂表面容易形成氧化膜包覆在金属Pt表面，造成催化剂催化活性降低，导致燃料电池堆输出性能发生衰减。现有燃料电池运行控制策略采用电流电池堆运行时减少或停止燃料电池氧化剂供应，增加阴极反极过电位，降低燃料电池输出电压的方法，可以还原催化剂表面氧化物包覆层，达到活化催化剂的效果，提升燃料电池性能。
[0003]然而，由于燃料电池堆内部单节电池存在性能差异，包括单节电池质子膜氢气透气率差异、膜电极催化活性差异、单节电池中间位置与两侧位置所处空气气氛环境差异和单节电池内部液态水含量差异，所以，当燃料电池运行时减少或停止氧化剂供应时易出现某一节或多节输出电压下降快、单节不同反应区域缺氧差异大造成反应不均衡、亦或出现单节膜电极局部堵水等现象，这些都可能造成单节电池或局部位置出现反极。同时，当燃料电池堆恢复氧化剂供应时，从氧化剂开始供应到充满整个燃料电池堆阴极腔体，仍然存在一定的时间差，这与恢复供气流量及燃料电池堆节数有关，亦可能造成单节电池或局部位置出现反极。燃料电池单节电池反极会造成电极催化剂载体发生不可逆衰减。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种燃料电池堆性能恢复方法及系统，使燃料电池堆性能快速高效恢复的同时，避免燃料电池单节电池或局部区域出现反极，发生不可逆衰减的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种燃料电池堆性能恢复方法，包括以下步骤：
[0006]设置燃料电池堆阴极空气内部循环供应，并对燃料电池堆输出单体电池电压进行检测；
[0007]燃料电池堆处于性能恢复工况，开启所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，当检测到单体电池电压低于第一阀值电压时，燃料电池堆切换为正常运行工况；
[0008]燃料电池堆处于正常运行工况，停止所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，当检测到单体电池电压高于第二阀值电压时，燃料电池堆切换为性能恢复工况。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，当所述燃料电池堆处于性能恢复工况时，持续对燃料电池单节电池电压进行巡检，获取燃料电池堆单体电池电压的最低电压或平均电压，当检测到燃料电池堆单体电池的最低电压或平均电压低于第一阀值时，关闭所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，使燃料电池堆恢复正常运行工况；
[0010]当所述燃料电池堆处于正常运行工况时，持续对燃料电池单节电池电压进行巡检，获取燃料电池堆单体电池电压最低电压或平均电压，当检测到燃料电池堆单体电池的
最低电压或平均电压高于第二阀值时，开启所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，使燃料电池堆处于性能恢复工况。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述燃料电池堆处于性能恢复工况时，开始所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，调节循环空气流量，控制由空进管路进入燃料电池堆空气流量与循环空气流量比例。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述燃料电池堆处于性能恢复工况时，对燃料电池堆输出电流进行调节，使燃料电池单体电压持续稳定变化。
[0013]一种燃料电池堆性能恢复系统，包括燃料电池堆、供气管路、电压检测模块和控制器；其中：
[0014]所述供气管路，连接所述燃料电池堆阴极和所述控制器，用于向所述燃料电池堆阴极进行空气供应和阴极空气内部循环供应；
[0015]所述电压检测模块，连接所述燃料电池堆和所述控制器，用于检测所述燃料电池堆输出单体电池电压并将电压值反馈给所述控制器；
[0016]所述控制器，用于确定燃料电池堆输出工况是否开启所述供气管路进行阴极空气内部循环供应并进行运行工况切换：
[0017]确定燃料电池堆处于性能恢复工况，控制所述供气管路开启阴极空气内部循环供应，当接收到的所述单体电池电压低于第一阀值电压时，燃料电池堆切换为正常运行工况；
[0018]确定燃料电池堆处于正常运行工况，控制所述供气管路关闭阴极空气内部循环供应，当接收到的所述单体电池电压高于第二阀值电压时，燃料电池堆切换为性能恢复工况。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述供气管路包括与外部环境相通的空进管路和循环管路，所述空进管路上依次设有相连通的化学过滤器、空压机、中冷器和增湿器，所述增湿器与所述燃料电池堆相互连接，所述循环管路分别连接所述增湿器的出气端和空压机的进气端。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述循环管路包括与外部环境相通的空出管路和空回管路，所述空出管路上设有三通阀，所述三通阀一端通过所述空出管路连接所述增湿器，所述三通阀一端通过所述空回管路连接所述空压机的进气端，所述控制器连接所述三通阀，用于控制所述三通阀的开合。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述控制器连接所述三通阀，还用于调节所述三通阀的开度。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述控制器分别连接所述空压机和所述三通阀，还用于调节所述空压机的转速与所述三通阀的开度来调节入堆空气流量和空气中氧含量。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，所述控制器连接所述燃料电池堆，还用于执行确定燃料电池堆输出工况，包括输出电流调节及其燃料电池辅助系统运行情况。
[0024]本专利技术的有益效果：本专利技术在燃料电池堆处于性能恢复工况时，开启进行阴极空气内部循环供应，从而使阴极侧氧含量降低，电堆短时间处于氧饥饿状态，利于阴极催化剂在氧饥饿条件下质子在阴极侧发生析出反应，催化剂暴露在还原性气氛中，使催化剂表面氧化层发生还原反应，提供安全高效的恢复燃料电池堆性能条件，并通过单体电池电压检测阈值判断，对电池输出输出工况进行及时切换，保证系统正常运行状态；燃料电池堆性能恢复过程中大部分空气由尾排空气循环提供，可提高空气流量的同时降低氧含量，造成阴
极侧氧饥饿，阴极侧空气流量较高时，提升了单节电池或局部区域反应活性一致性，避免局部区域电压快速降低，同时，防止膜电极局部区域液态水聚集发生水淹，造成单节电池区域性反极，使燃料电池堆性能快速高效恢复。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例一的一种优选方式的方法示意图；
[0026]图2是本专利技术实施例二的一种优选方式的系统结构示意图；
[0027]图3是本专利技术实施例三的一种优选方式的方法示意图；
[0028]图中标号说明：1、空进管路，2、化学过滤器，3、空压机，4、中冷器，5、增湿器，6、燃料电池堆，7、空出管路，8、三通阀，9、空回管路。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0030]实施例一
[0031]本专利技术实施例一提供一种燃料电池堆性能恢复方法，包括以下步骤：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池堆性能恢复方法，其特征在于：包括以下步骤：设置燃料电池堆阴极空气内部循环供应，并对燃料电池堆输出单体电池电压进行检测；燃料电池堆处于性能恢复工况，开启所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，当检测到单体电池电压低于第一阀值电压时，燃料电池堆切换为正常运行工况；燃料电池堆处于正常运行工况，停止所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，当检测到单体电池电压高于第二阀值电压时，燃料电池堆切换为性能恢复工况。2.如权利要求1所述的一种燃料电池堆性能恢复方法，其特征在于：当所述燃料电池堆处于性能恢复工况时，持续对燃料电池单节电池电压进行巡检，获取燃料电池堆单体电池电压的最低电压或平均电压，当检测到燃料电池堆单体电池的最低电压或平均电压低于第一阀值时，关闭所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，使燃料电池堆恢复正常运行工况；当所述燃料电池堆处于正常运行工况时，持续对燃料电池单节电池电压进行巡检，获取燃料电池堆单体电池电压的最低单体电压或平均电压，当检测到燃料电池堆单体电池的最低电压或平均电压高于第二阀值时，开启所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，使燃料电池堆处于性能恢复工况。3.如权利要求1所述的一种燃料电池堆性能恢复方法，其特征在于：所述燃料电池堆处于性能恢复工况时，开始所述燃料电池堆阴极空气内部循环供应，调节循环空气流量，控制由空进管路进入燃料电池堆空气流量与循环空气流量比例。4.如权利要求1
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3中任一项所述的一种燃料电池堆性能恢复方法，其特征在于：所述燃料电池堆处于性能恢复工况时，对燃料电池堆输出电流进行调节，使燃料电池单体电压持续稳定变化。5.一种燃料电池堆性能恢复系统，其特征在于：包括燃料电池堆、供气管路、电压检测模块和控制器；其中：所述供气管路，连接所述燃料电池堆阴极和所述控制器，用于向所述燃料电池堆阴极进行空气供应和阴极空气内部循...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文智，张超，管俊生，夏冬冬，陶安文，戴俊，
申请(专利权)人：苏州弗尔赛能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：