[發明專利]用于操作燃料電池系統的系統和方法

有效

• 申請號: 201210487071.X
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN103515635B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 孫翼齊;鄭*賢
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04223
• 分類號: H01M8/04223;H01M8/0444;H01M8/04701;H01M8/04791
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

本發明公開了用于操作燃料電池系統的系統和方法，其通過將在燃料電池車輛停放時擴散到燃料電池組的空氣電極中的氧掃除來改善燃料電池組的耐久性。也就是，本發明提供用于操作燃料電池系統的系統和方法，其通過在氧濃度大于預定水平時周期性地將氫供應到陰極以將氧掃除，以防止在燃料電池車輛停放時空氣中的氧擴散到陰極中，來防止在陽極處形成氧與氫之間的界面，由此防止燃料電池組的膜電極組件的耐久性劣化。

技術領域

本發明涉及用于操作燃料電池系統的系統和方法。更具體地，本發明涉及用于操作燃料電池系統的系統和方法，其通過將在燃料電池車輛的停放過程中擴散到燃料電池組的空氣電極中的氧掃除（purge）而改善燃料電池組的耐久性。

背景技術

許多汽車公司已開始開發氫燃料電池車輛，致力于開發替代燃氣發動機車輛的環境友好車輛。應用到氫燃料電池車輛的燃料電池系統通常包括：配置成通過電化學反應產生電的燃料電池組；配置成將氫作為燃料供應到燃料電池組的氫供應系統；配置成供應含氧空氣作為燃料電池組中的電化學反應所需的氧化劑的氧（空氣）供應系統；配置成將反應熱從燃料電池組去除到燃料電池系統外部、控制燃料電池組的工作溫度、并且進行水管理功能的熱管理系統（TMS）；以及配置成控制燃料電池系統的整體運行的系統控制器。

燃料電池組是一種動力產生裝置，其產生電作為燃料電池車輛的主要能源并且具有如下結構，其中供應有氫的燃料電極和供應有空氣的空氣電極堆疊在膜電極組件（MEA）的兩側，使得空氣中的氧與外部供應的氫進行電化學反應以產生電能。

因此，在燃料電池系統的運行過程中，具有高純度的氫被供應到燃料電極（“陽極”），并且同時，來自空氣的氧通過空氣供應系統例如鼓風機被直接供應到空氣電極（“陰極”）以產生電能。

供應到燃料電池組的氫通過陽極的催化劑被離解成氫離子和電子。離解的氫離子經由電解質膜被傳遞到陰極，并且同時，供應到陰極的氧與經由外部導線傳遞的電子結合，由此產生電能以及副產物水。使用產生的電能來為驅動電機提供電力，因此可以相應地驅動裝備有燃料電池組的燃料電池車輛。

在操作燃料電池車輛之后，在車輛停放時由于氧擴散到燃料電池組的陰極中而在陽極處形成氫與氧之間的界面（interface），并且同時，延長了電位保持時間。然而，該現象使膜電極組件的耐久性劣化。

在美國專利第6,887,599號中描述了一種減少該劣化現象的可能性的方法，其公開了一種在燃料吹掃過程中起動燃料電池系統的方法，其中，在消除形成于陽極處的氫氧間界面之后將空氣供應到陰極，并且在燃料電池車輛的起動過程中將氫供應到陽極。然而，在上述專利中，在起動過程中需要保持時間用于消除陽極處的氫氧間界面。

另外，美國專利申請公開第20060046106號公開了使用H2吹掃用于電池組起動/關閉來改善電池組耐久性的方法，其中在燃料電池車輛的起動/停車過程中，將氫氣同時引入到陽極和陰極以將氧掃除并消除形成于陽極處的氫氧間界面。然而，上述方法僅將氫氣供應到陽極和陰極，以在車輛的起動和停車過程中將氧掃除。而且，由于氧在燃料電池車輛停放時擴散到陰極中而在陽極處形成氫氧間界面，并且同時，延長了電位保持時間，由此使燃料電池組的耐久性劣化。

上述在該背景技術部分公開的信息僅用于增強對本發明背景的理解，因此其可能含有不構成在該國本領域普通技術人員已經知曉的現有技術的信息。

發明內容

提供用于操作燃料電池系統的系統和方法，其通過在氧濃度大于預定水平時周期性地將氫供應到陰極以將氧掃除，以防止在燃料電池車輛停放時空氣中的氧擴散到陰極中，從而防止在陽極處形成氧氫間界面，由此防止燃料電池組的膜電極組件的耐久性劣化。

一方面，本發明的示例性實施方式提供用于操作燃料電池系統的系統和方法。具體地，基于相應于燃料電池車輛在停車之后保持停放狀態的時間量的氧濃度，確定陰極的氫吹掃循環（cycle）；以及在各個確定的氫吹掃循環中通過將氫供應到陰極來將氧從陰極中掃除。