本发明专利技术提供一种燃料电池电堆批量预处理活化方法及装置，通过对初装成型的电堆进行气密性检测，将气密性达标后的所述电堆转移至燃料电池电堆预活化装置上，预活化装置包括氢气循环系统、氮气循环系统、冷却液循环系统，控制系统和上位机等；进而通入冷却液，向所述电堆循环通入一定温度的冷却液，使所述电堆的温度上升并保持在设定温度；再通入气体，向所述电堆的阴极即空气入口循环通入一定流量、压力、湿度和温度的氮气，阳极及氢气入口循环通入一定流量、压力、湿度和温度的氢气；最终对所述电堆进行简易在线变电流活化，活化完成。本发明专利技术的方法及装置进一步提升了电堆的整体活化效率，降低了活化成本，为电堆的批量化生产提供重要技术基础。重要技术基础。重要技术基础。
【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池电堆批量预活化方法及装置
[0001]本专利技术涉及辅助装置及方法的
，具体而言，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池电堆批量预活化方法及装置。
技术介绍
[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、响应速度快、低温启动性能好、无污染、低排放等特点，在固定发电站、备用电源、交通运输、航空航天和军工等领域有着非常广泛的应用前景，尤其在燃料电池汽车方面的应用备受关注。目前，丰田、现代、奔驰等世界知名汽车制造公司都大力支持燃料电池汽车的研制，尤其自2014年丰田推出Mirai燃料电池汽车以来，PEMFC相关技术的研发已成为全球关注的研究热点。
[0003]PEMFC制造好后，需要对它进行活化测试，使其达到最佳状态。通过活化工艺，PEMFC的性能会逐步上升，然后达到平衡，此时，活化过程结束。PEMFC的核心部件是膜电极(MEA)，PEMFC的活化就是MEA的活化，即提高MEA的性能。MEA的活化机理颇为复杂，通常被认为包括以下一些过程：(1)质子交换膜的加湿过程；(2)物质(包含电子、质子、气体、水)传输通道的建立过程；(3)电极结构的优化过程；(4)提高催化层的活性和利用率(主要是阴极Pt催化剂)。因此，活化过程对催化剂的功能至关重要，影响了MEA的使用寿命。
[0004]根据PEMFC的活化机理不同，主要将活化类型分为三种：预活化型、在线放电活化型和恢复性活化型。无论采用哪一种活化工艺，都需要借助一些装置和设备才能实现，目前应用最多、最广的活化方法仍然是在线放电活化，借助的设备主要是燃料电池测试台，通过恒流、恒压或变载等形式实现活化，活化时间普遍为2～5h，活化时间长，成本高，不利于燃料电池电堆的批量化高效生产，而新型高效的活化装置和设备的开发可以使活化效率进一步提升，降低活化成本。目前我国针对燃料电池活化的装置研究相对较少，尤其针对于燃料电池预活化装备及批量活化装备的研究仍然有很大的提升空间。
[0005]专利技术专利CN 113224353 A一种燃料电池电堆自动活化方法及装置中，公开了一种燃料电池电堆自动活化的方法和装置，该方法和装置包括：电子负载、电压巡检仪、控制器、电堆、风机、燃料气体供给管路、燃料气体排放管辂、操控平台。电子负载(输出功率为0
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5kW)与电堆正负极相连，具有编辑功能，可实现恒压、恒流、恒功率工作，可手动输入活化工序，具有暂停、继续、启动活化工艺的功能，可手动控制电子负载的工作状态。
[0006]但上述专利中提到的活化方法及装置主要应用于空冷型燃料电池短堆，且要求电子负载的输出功率为0
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5kW，即对应的活化电堆功率也不会超过5kW，应用具有很大的局限性，且要求电子负载具有编辑功能，可实现恒压、恒流、恒功率工作，可手动输入活化工序，具有暂停、继续、启动活化工艺的功能，可手动控制电子负载的工作状态等，对电子负载的功能要求很高，不利于匹配选型，装置成本高。
[0007]而且上述主要还是通过对电压、电流、温度、功率和时间等参数的监控来实现电堆的在线加载活化，依然是需要实时消耗气体资源的，且专利中并没有明确提出的新的活化方法和装置对电堆活化机理、活化效率、时间和成本的影响，其有益效果分析不够。
[0008]同时，上述专利中提到的空冷型燃料电池批量活化装置，采用阵列多通道方式，每个电堆与控制柜的负载相连，每个电堆分别配有风机和测温点等，可预见装置的结构是非常复杂且繁琐的，无疑会增加装置的制造成本。
技术实现思路
[0009]本专利技术提出一种质子交换膜燃料电池电堆批量预活化方法和装置，可以在电堆未放电前实现多台电堆同步预处理活化，主要从电堆膜电极的提前润湿、电极结构优化及三相界面的有效构建等机理出发，对多台电堆进行同步的循环通气处理，气体为高压、高湿、高温状态，预活化过程没有电化学反应发生，不需要电子负载，且预活化过程气体进行循环利用，几乎无消耗，再结合简单的变电流在线活化方法，进一步提升了电堆的整体活化效率，降低了活化成本，为电堆的批量化生产提供重要基础。
[0010]本专利技术采用的技术手段如下：
[0011]一种燃料电池电堆批量预处理活化方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0012]步骤S1：对初装成型的电堆进行气密性检测，将气密性达标后的所述电堆转移至燃料电池电堆预活化装置上；
[0013]步骤S2：通入冷却液，向所述电堆持续循环通入一定温度的冷却液，保持流量固定，使所述电堆的温度上升并保持在设定温度；
[0014]步骤S3：设置氮气、氢气的增湿露点温度；所述氮气、氢气的增湿露点温度大于等于通入所述电堆的冷却液温度，使进入所述电堆的气体达到≥100％增湿；
[0015]步骤S4：通入气体，待所述气体的增湿露点温度达到设定值，向所述电堆的阴极即空气入口通入一定流量、压力和温度的氮气；
[0016]调节比例阀，向所述电堆的阳极即氢气入口通入一定流量、压力和温度氢气，并通过调节减压阀来调节氮气、氢气入堆压力，所述氮气的入堆压力为150kPa、氢气的入堆压力为170kPa，且控制所述氢气的压力始终大于所述氮气的压力10～20kPa；持续进行通气和冷却液循环时间为T1，然后间歇一段时间T2，作为1轮预活化，循环2～3轮，预活化完成；
[0017]步骤S5：将所述电堆分别与燃料电池的电池测试台连接，进行在线加载变流活化并重复步骤S5在线1～2次，完成在线活化。
[0018]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0019](1)本专利技术提出的预活化方法主要从电堆膜电极的提前润湿、电极结构优化及三相界面的有效构建等机理出发，通过对多台电堆同步循环通入高压、高湿、高温的气体来实现，预活化过程没有电化学反应发生，不需要电子负载，且气体进行循环利用，几乎无消耗，即预活化过程气体消耗成本几乎为零，预活化完成后的电堆再结合简单的变电流在线活化，可进一步提升了电堆的整体活化效率，降低了活化成本，为电堆的批量化生产提供重要技术基础。
[0020](2)本专利技术预活化装置可同时实现多台电堆的批量预处理活化，且装置结构简单，易于操作，成本低，具有较强的实用性，尤其针对批量生产的大功率电堆的预处理活化，可以有效节约生产周期，提高有限时间内的生产效率，降低电堆活化成本。
[0021](3)与未进行预处理活化的电堆相比(对比例)，按实施例进行预处理活化后的电堆初始性能在相同电密点的平均电压有明显的提升，性能达到最佳稳定值的时间也显著缩
短，单个电堆的在线活化时间减少了约2倍的，单个电堆总活化过程的氢气耗气量减少了约3倍，按实施例设计的燃料电池预活化装置，每个装置一天可预处理活化≥20台电堆(按8h工作时间算)。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆批量预处理活化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对初装成型的电堆进行气密性检测，将气密性达标后的所述电堆转移至燃料电池电堆预活化装置上；S2：通入冷却液；向所述电堆持续循环通入一定温度的冷却液，保持流量固定，使所述电堆的温度上升并保持在设定温度；S3：设置氮气、氢气的增湿露点温度；所述氮气、氢气的增湿露点温度大于等于通入所述电堆的冷却液温度，使进入所述电堆的气体达到≥100％增湿；S4：通入气体，待所述气体的增湿露点温度达到设定值，向所述电堆的阴极即空气入口通入一定流量、压力和温度的氮气；调节比例阀控制气体的流量，向所述电堆的阳极即氢气入口通入一定流量、压力和温度氢气，并通过调节减压阀来调节氮气、氢气入堆压力，所述氮气和氢气的入堆压力范围为100
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200kPa，且控制所述氢气的压力始终大于所述氮气的压力10～20kPa；持续进行通气和冷却液循环时间为T1，然后间歇一段时间T2，作为1轮预活化，循环2～3轮，预活化完成；S5：将所述电堆分别与燃料电池的电池测试台连接，进行在线加载变流活化并重复步骤S51～2次，完成在线活化。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆批量预处理活化方法，其特征在于，所述电堆的气密检测包括：三腔外漏，氢、空腔窜冷却液腔，氢、空腔互窜及氢单腔外漏测试。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆批量预处理活化方法，其特征在于，所述冷却液包括：去离子水、乙二醇基防冻液；所述冷却液的温度范围为60～80℃。...
【专利技术属性】
技术研发人员：舒清柱，孙昕，张明新，刘雪婷，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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