[發明專利]用于冷啟動質子交換膜燃料電池的方法和燃料電池發電系統

有效

• 申請號: 201710353112.9
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN108963301B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 何廣利;許壯;翟俊香;熊亞林;劉瑋;李育磊;彭北樺
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號: H01M8/04225
• 分類號: H01M8/04225;H01M8/04014;H01M8/0432;H01M8/04537
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇

1.一種用于冷啟動質子交換膜燃料電池的方法，包括：

在所述質子交換膜燃料電池不能正常啟動時，準備進入冷啟動程序，包括下述步驟：

步驟a：向所述質子交換膜燃料電池的陽極的氣體入口提供氫氣，并向陰極的氣體入口提供過量的空氣；

其中，當選自所述陽極內的一位置處的氫氣的濃度、所述陰極內的一位置處的氧氣的濃度以及所述質子交換膜燃料電池的電壓中的至少一個條件不隨時間變化而變化時，或達到預先設定每次實施所述步驟a的時間后，停止實施所述步驟a并開始實施步驟b，

步驟b：向所述陰極的氣體入口提供氫氣；

其中，當選自所述陰極內的一位置處的氧氣的濃度和所述質子交換膜燃料電池的電壓中的至少一個條件不隨時間變化而變化時，或達到預先設定每次實施所述步驟b的時間后，停止實施所述步驟b并開始實施步驟c，

步驟c：檢測是否出現退出狀況，如果出現，則結束所述冷啟動程序；如果未出現，則返回執行所述步驟a；

所述退出狀況選自所述質子交換膜燃料電池的內部溫度大于零度和所述質子交換膜燃料電池的阻值接近所述質子交換膜燃料電池在零度下內部無冰狀態時的阻值中的至少一個條件，

其中，在實施所述步驟a之前，或者實施所述步驟a和所述步驟b之間，或者實施所述步驟b之后，不定期地打開所述陰極的氣體出口，以排出累積的氮氣。

2.如權利要求1所述的方法，其中在實施步驟a之前，實施步驟a和實施步驟b之間或者實施步驟b之后，加入輔助加熱步驟。

3.如權利要求1所述的方法，其中每次實施步驟a的時間小于3秒。

4.如權利要求1所述的方法，其中每次實施步驟b的時間小于3秒。

5.如權利要求1所述的方法，其中在所述步驟b中，還包括停止向所述陰極的氣體入口提供空氣；或繼續向所述陰極的氣體入口提供空氣。

6.如權利要求1所述的方法，其中在所述步驟b中，還包括停止向所述陽極的氣體入口提供氫氣，或繼續向所述陽極的氣體入口提供氫氣。

7.一種燃料電池發電系統，包括：

質子交換膜燃料電池堆，其由多個質子交換膜燃料電池組成，所述質子交換膜燃料電池堆包括陽極、陰極、質子交換膜以及雙極板；

檢測裝置，其用于檢測所述質子交換膜燃料電池堆的內部溫度和/或所述質子交換膜燃料電池堆的阻值；

第一輸送管路，其一端與氫氣源連通，另一端與所述質子交換膜燃料電池堆的陽極的氣體入口流體連通；

第二輸送管路，其一端與空氣源連通，另一端與所述質子交換膜燃料電池堆的陰極的氣體入口流體連通；

第三輸送管路，其與所述第一輸送管路和所述第二輸送管路流體連通；和

控制系統，其與所述質子交換膜燃料電池堆、所述第一輸送管路、所述第二輸送管路以及所述第三輸送管路電連接；

其中當所述控制系統根據所述檢測裝置的檢測值判斷出所述質子交換膜燃料電池堆不能正常啟動而準備進入冷啟動程序時，所述控制系統執行所述第一輸送管路、所述第二輸送管路以及所述第三輸送管路的開啟和/或關閉；

其中當所述控制系統根據所述檢測裝置的檢測值判斷出現退出狀況時，所述控制系統停止執行所述第一輸送管路、所述第二輸送管路以及所述第三輸送管路的開啟和/或關閉，結束所述冷啟動程序；

所述退出狀況選自所述質子交換膜燃料電池堆的內部溫度大于零度和所述質子交換膜燃料電池堆的阻值接近所述質子交換膜燃料電池堆在零度下內部無冰狀態時的阻值中的至少一個條件，

其中，在所述控制系統執行所述第一輸送管路、所述第二輸送管路以及所述第三輸送管路的開啟和/或關閉之后，不定期地開啟所述質子交換膜燃料電池堆的陰極的氣體出口，以排出累積的氮氣，

其中，當所述第一輸送管路和所述第二輸送管路開啟一預定時間后，或當選自所述陽極內的一位置處的氫氣的濃度、所述陰極內的一位置處的氧氣的濃度以及所述質子交換膜燃料電池的電壓中的至少一個條件不隨時間變化而變化時，所述控制系統開啟所述第三輸送管路，

其中，當所述第三輸送管路開啟一預定時間后，或當選自所述陰極內的一位置處的氧氣的濃度和所述質子交換膜燃料電池的電壓中的至少一個條件不隨時間變化而變化時，所述控制系統關閉所述第三輸送管路。