一种用于改善燃料电池系统启动可靠性的系统和方法。该方法包括确定燃料电池堆中的薄膜电阻是否太高，电阻高时该系统启动的可靠性将减少，如果是，则采取一个或多个矫正措施来帮助保证启动更加可靠。在一个实施例中，该系统和方法基于从上一次关闭时起过去的时间来确定燃料电池薄膜太干燥。如果时间阈值已经超出，则采用特定的启动程序来增加采用了矫正措施的成功启动的可靠性，诸如减少阴极空气流和开启电池堆末端电池加热器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术通常涉及一种用于改善燃料电池系统的启动可靠性的系统和方法， 以及更具体的是涉及一种在系统已经关闭了一段相当长时间后改善燃料电池系 统启动可靠性的系统和方法，该系统和方法减少了阴极空气压缩机的流量和/或 提供用于电池堆电流流量的电池堆负载，从而^1>薄膜的千燥和/或增加薄膜的 驗。
技术介绍
氢是一种非常有吸弓l力的燃料，因为它是清洁的并且^^料电池中肖嫩有 效地发电。氢燃料电池是一种电化学装置，其包括阳极、阴极以及位于其间的 电解质。阳极接收氢气并且阴极接收氧气或空气。在阳极中氢气被，以产生 自由的质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。质子在阴极中与氧和电子发生 反应产生水。来自阳极的电子不能穿过电解质，因此在到达阴极之前被弓l导通 过负载而做功。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是用于车辆的常用的燃料电池。PEMFC 通常包括固态聚合物电解质质子传导薄膜，例如，磺酸薄膜。阳极和阴极通 常包括承载在ra粒上并且与离聚物混合的精细粉碎的催化齐噘粒，通常是钼 (Pt)。催化齐嗨合物沉积在薄膜的相对两侧。阳极催化剂混糊、阴极催化剂混 合物和薄膜的结合体定义为膜电^^且件(MEA)。 MEA制^^相对昂贵并且 为了有效的操作需要一定的条件。通常多个燃料电池结合在燃料电池堆中以产生期望的功率。例如，通常对 于上述汽车的燃料电池堆可以具有两百或更多的堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入气体，典型的是通过压縮机施加压力而穿过电池堆的空气流。电 池堆并没有消耗掉全部的氧气， 一些空气作为阴极废气输出，该阴极废气可能 包括作为电池堆副产品的7K。该燃料电池堆还接收^A电池堆阳极侧的阳极氢 气输入气体。燃料电池堆包括设置在电池堆中多个MEA之间的一系列双极板，其中双极板和MEA设置在两个端fet间。双极板包括在电池堆中邻接燃料电池的阳极 侧和阴极侧。在双极板的阳极侧提供阳极气,动通道，其允许阳极反应气体 流动到各自的MEA。在双极板的阴极侧提供阴极气鹏动鹏，其允许阴极反 应气術荒动到各自的MEA。 一个端板包括阳极气，动通道，以及另外一个端 板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由导电材料制成，例如不锈钢或导电 复合物。端板将燃料电池产生的电流传导到电池堆外部。双极板还包括冷却流 体M31其而,的流动TO。正如本领域所公知的，燃料电池薄膜在一定的相対湿度(RH)下操作，从 而使穿越薄膜的离子阻抗足够低以便有效传输质子。通过控制多个电池堆的操 作参数从而把来自燃料电池堆的阴极输出气体的相对湿度控制至嗍望的薄膜相 对湿度，诸如电池堆压力、温度、阴极化学定量关系、和进入到电池堆中的阴 极空气的相对湿度。燃料电池堆中的末端电池通常具有不同于电池堆中其它电池的性能和灵敏 度的操作条件。具体地，末端电池位于最靠近电池堆的室温温度环境的位置， 因此由于热损失而具有的温度梯度造成它们在较低的温度下操作。由于末端电 、M常比电池堆中剩余的电池更凉，气态水更容易凝结成液态水，从而棘端 电池具有较高的相对湿度，这就导致更容易^^电池的流动ilil中形成7K滴。 本领域已知的是^ffl位于末端单元和单极板之间的电阻加热器来加热燃料电池 堆的末端电池，从而补偿^t员失。已经表明燃料电池系统关闭的时间越长，下次系统启动时的可靠性越差。 具体地，在燃料电池系统已经关闭了一段相当长的时间后，由于燃料电池堆内 的一个或多个电池缺乏传输所需电流量的能力，系统启动通常会发生启动失败。 己经表明在系统启动时电池堆失败的一个起作用的因素是燃料电池内的高薄膜 电阻的结果，其直接影响它传输质子的能力。已经提出这个高薄膜电阻是薄膜 Ti燥的结果。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开了一种用于改善燃料电池系统启动可靠性的系统 和方法。该方法包括确定燃料电池堆中的薄膜电阻是否太髙，如果高的话系统 启动的可靠性将P条低，如果是，则采取一个或多个矫正措施来帮助保证该启动 更加可靠。在一个实施例中，该系统和方法基于从上一次关闭时起过去的时间确定燃料电池薄膜是太千燥。如果时间阈值没有超出，那么随后的正常启动程 序将认识到薄膜电阻低得足以提供可靠的启动。如果时间阈值己纟繩出，贝lj使,aa^3ii^5mtom^raB^i^可靠性。mi^B^ig^包括各种 能防止薄膜进一 步干燥和/鹏加薄膜湿度的措施。为了M^薄膜的进一步千燥， 与正常启动程序期间相比提供更低的阴极空气流率以便减少阴极空气对薄膜 的干燥效应。此外，内部电池堆负载例如末端电池加热器可以在特定启动禾，期间开启，因itbM31电池堆的电流能产生增加电池堆湿度的水。结合附图从以下描述和附卩权禾腰求，本专利技术的附加特点将变得明显。 附图说明图1是燃料电池系统的示意结构亂以及图2是说明在系统启动时各种燃料电池系统参数的图表。具体实施方式响应于确定燃料电池堆中的薄膜可能太干燥和具有太高的电阻而改 料 电池系统的启动程序以便增加系统启动可靠性的过程的本专利技术实施方式的下列 描述实质上仅仅^范性地，并不意( 限制本专利技术或其应用或^^0图1是包括燃料电池堆12的燃料电池系统10的示意性结构图。该系统10 还包括由电机16驱动的压縮机14，该压縮机14提供阴极输入管线18上的阴极 输入空气到达电池堆12。阴极废气输出到阴极废气管线20上。水蒸汽传输 (WVT)单元22以本领域技术人员公知的方式设置在阴极输入管线18中从而 增湿阴极空气流。虽然没有明确说明，WVT单元22的湿气通常通过阴极^ ,。氢气源24皿阳极输入管线26提供辦羊的干燥氢气至燃料电池堆12的 阳极侧，其中阳极^^il31阳极i^管线28从电池堆12输出。在系统10关闭期间，燃料电池堆12中的阴极和阳极流动通道通常被净化 从而去除其中过量的水并且提供适合下次系统启动的电池堆相对湿度。为了提 供这个净化，)f^七阀30设置在净化管线32中，该)^七管线32连接阴极输入管 线18到阳极输入管线26上，从而当阀门30开启时，来自压縮机14的空气能 同时被引导到燃料电池堆12中阴极和阳极流动iliio在净化期间氢气源24通 过阀门34而关闭。燃料电池堆12包括末端电池加热器36和38,其能在某些操作条件期间以 本领域技术人员公知的理由加热电池堆12的末端电池。此外，系统10包括内部电池堆负载40，例如电阻，其在电池堆12上提供负载从而将以下面详细论述 的理由提供从电池堆12引出的电流。控制器44控制以上所述的各种系统元件， 16、末^MMbSH 36和38、以，择性地开关跨接电池堆12的负 载40的开关42。如上所述，通常需要控制电池堆的Mm^而使电池堆12中的薄膜具有誠 的电导率，但如果在系统关闭期间水结冰，流动i!3t不会被冰阻塞。本领域一 种用于测量薄朥鹏的駄叫做高频电阻(HFR) MMi量法。HFR繊观懂 法fflil设置高频元件到电池堆12的电负载上而产生，从而在电池堆12的电流 输出上产生高频脉动。然后通31检测器46测量高频元j牛的电阻，其是电池堆12 中湿度程度的函数。在以下论述的一个实施例中，系统10不包括检测器46。如上所述，燃料电池系统10包括单个电池堆12。本领域公知的是根据燃 料电池堆需要的燃料电池数量而把燃料电池系统中的燃料电池堆分成两本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于可靠地启动包括燃料电池堆的燃料电池系统的方法，所述方法包括： 确定燃料电池堆中的薄膜是否太干燥而不能有效传输质子；以及 如果确定燃料电池堆中的薄膜太干燥而不能有效传输质子，执行一个或多个矫正措施，以防止燃料电池堆中的薄膜 进一步干燥。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：A乔扈里，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。