[發明專利]用于控制燃料電池堆的裝置和方法

有效

• 申請號: 201610726172.6
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN107305955B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 李重載
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/0432
• 分類號: H01M8/0432;H01M8/04701
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本申請提供了一種用于控制燃料電池堆的裝置和方法，以便改善已經遭受退化的燃料電池堆的性能(輸出)。性能通過如下方式得以改善：基于開路衰減時間(ODT)來調節供應至燃料電池堆的空氣的化學計量比(SR)和燃料電池堆的工作溫度，所述開路衰減時間是指在切斷至燃料電池堆的空氣供應時，電池電壓從參考電壓降低至閾值電壓所花費的時間。

相關申請的交叉引用

本申請基于2016年4月18日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2016-0047124號并要求其優先權權益，該申請的全部內容通過引用結合于此。

技術領域

本申請涉及用于控制燃料電池堆的裝置和方法，更具體而言，本申請涉及這樣一種技術：其基于開路衰減時間(ODT)而改善由于退化而降低的燃料電池堆的性能，該開路衰減時間(ODT)是指在切斷提供給燃料電池堆的空氣時，電池電壓從參考電壓降低至閾值電壓所耗費的時間。

背景技術

燃料電池是這樣的裝置：其通過燃料電池堆中的電化學反應而將來自燃料的化學能轉換為電能(而不是通過燃燒而將來自燃料的化學能轉換為熱量)，從而能夠產生電力。燃料電池不只可以為工業、家庭和車輛提供電力，還可以應用于向小型電動/電子產品(尤其是便攜式設備)提供電力。

目前，質子交換膜燃料電池(PEMFC)作為用于驅動車輛的動力源而受到廣泛的研究，該質子交換膜燃料電池(PEMFC)又稱作高分子電解質膜燃料電池，其具有燃料電池中最高的功率密度。由于低工作溫度，PEMFC具有較快的起動時間和較快的動力轉換響應時間。這種PEMFC包括：膜電極組件(MEA)，其具有催化劑電極層(該催化劑電極層處發生電化學反應)，所述催化劑電極層附接至固體高分子電解質膜的兩側，氫離子通過所述固體高分子電解質膜而移動；氣體擴散層(gas diffusion layer，GDL)，其用于均勻地分配反應氣體，并且輸送所產生的電能；墊圈和聯接件，其用于保持反應氣體和冷卻劑的氣密性，并且用于保持合適的夾緊壓力(clamping pressure)；以及雙極板，其使反應氣體和冷卻劑可以穿透其而進行移動。

當組裝這種單元電池以形成燃料電池堆時，將主要部件(MEA和GDL)的結合設置于電池的最內部。MEA包括催化劑電極層，即，帶有涂覆于高分子電解質膜的兩個表面的催化劑的陽極和陰極，從而使氫氣和氧氣能夠相互反應。GDL、墊圈等在電池的外部堆疊在陽極和陰極。雙極板具有形成于其中的各自的流場，所述雙極板位于GDL外部，所述流場供應反應氣體(例如，作為燃料的氫氣和作為氧化劑的氧氣或空氣)，并且使冷卻劑可以從其中穿過。

在將多個具有上述結構的單元電池進行堆疊后，集電器、絕緣板和用于支撐堆疊的電池的端板在堆的最外部結合。單元電池在端板之間重復地進行堆疊和組裝，從而形成燃料電池堆。為了獲得車輛中所需的電勢，需要將對應于電勢能所需量的數量的單元電池進行堆疊，而被堆疊的單元電池稱作燃料電池堆。例如，由單個單元電池產生的電勢為大約1.3V，而為了產生用于驅動車輛所需的動力，可以將多個電池進行串聯堆疊。

隨著行駛時間、行駛里程以及車輛起動的頻率的增加，這樣的燃料電池堆將會退化。然而，這不是由于干燥或滿溢(flooding)狀態而導致的臨時退化，而是燃料電池堆自身的薄膜的退化，其會將燃料電池堆的輸出降低至較低的燃料效率并限制車輛的發動性能(launching performance)。常規來講，當燃料電池堆退化時，對燃料電池堆內的部分電池進行修復或更換以便恢復其性能。這樣的常規方法可以為基本的解決方案，但是燃料電池堆的拆卸和組裝會耗費大量時間并產生更換成本。

發明內容

本發明提供了一種用于控制燃料電池堆的裝置和方法，其通過如下方式改善已遭受退化的燃料電池堆的性能(輸出)：基于開路衰減時間(ODT)來調節供應至燃料電池堆的空氣的化學計量比(SR)和燃料電池堆的工作溫度，所述開路衰減時間是指在切斷至燃料電池堆的空氣供應時，電池電壓從參考電壓(例如，大約1V)降低至閾值電壓(例如，大約0.75V)所花費的時間。