[發(fā)明專利]燃料電池內(nèi)阻的調(diào)整方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811024815.8
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109390613B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭璜瑛;房永;王宏宇;潘海濤;景一峰
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州休倫科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/04492;H01M8/04828
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 郎志濤

本發(fā)明公開了一種燃料電池內(nèi)阻的調(diào)整方法及調(diào)整系統(tǒng)，后者包括電堆、空氣供給裝置和燃料電池控制器，空氣供給裝置包括依次連通的壓縮單元、冷卻單元和加濕單元，加濕單元與燃料電池控制器電連接，加濕單元的排氣口與電堆的進(jìn)氣口連通；壓縮單元包括壓縮機(jī)和第一檢測組件，第一檢測組件用于檢測所述壓縮機(jī)的進(jìn)氣端的環(huán)境空氣壓力和環(huán)境空氣溫度；冷卻單元包括冷卻器和第二檢測組件，第二檢測組件用于檢測所述冷卻器的排氣端的排氣壓力和排氣流量。基于上述調(diào)整方法及調(diào)整裝置能夠準(zhǔn)確的調(diào)整燃料電池的內(nèi)阻，使燃料電池工作處于最佳區(qū)域，提高整個電堆的效率，有效避免電堆中空氣相對濕度過低或過高對燃料電池的損害，保證電堆的壽命及工作效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池內(nèi)阻的調(diào)整方法。本發(fā)明還涉及一種通過上述調(diào)整方法來實(shí)施的燃料電池內(nèi)阻的調(diào)整系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，排出的產(chǎn)物主要是水和熱，其能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60～80％，實(shí)際使用效率則是普通內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。另外，它還具有燃料多樣化、排氣干凈，噪聲低，對環(huán)境污染小，可靠性及維修性好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是具有重大發(fā)展前途的一種新型能源。

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是燃料電池的一種，它具有能源轉(zhuǎn)化率高，對環(huán)境友好，工作溫度低，適宜于較頻繁啟動的場合，比其它類型的燃料電池具有更高的功率密度，以及比蓄電池電動車連續(xù)行駛更長的距離等優(yōu)點(diǎn)。隨著世界各國對清潔燃料汽車的研究日趨深入，PEMFC被認(rèn)為是汽車最好的替代動力源之一。

質(zhì)子交換膜多采用全氟磺酸型聚合物溶液，風(fēng)干后形成高分子膜，作為催化劑的涂層和載體，形成膜電極。在燃料電池內(nèi)部質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道，使質(zhì)子經(jīng)過膜從陽極到達(dá)陰極構(gòu)成回路，向外界提供電流。質(zhì)子透過交換膜時會有一定的阻力，宏觀表現(xiàn)為燃料電池的內(nèi)阻，內(nèi)阻變化則影響燃料電池的輸出電壓。

電池電壓與電流密度的關(guān)系曲線稱為極化曲線，電流密度越大，電池電壓越小。對于某單體電池，在中間范圍如電壓0.5V～0.9V，電流密度在0.4～1.3A/cm²的區(qū)域內(nèi)時，極化曲線變化比較平緩，而兩端的區(qū)域電壓下降很快(參見說明書附圖1)。內(nèi)阻對極化曲線有很大影響，使電池輸出電壓隨著電流增大而降低，而內(nèi)阻的大小跟交換膜的濕度有很大關(guān)系。通常在燃料電池剛啟動時，質(zhì)子交換膜的濕度較低，磺酸基和水不足以充分載流，從而使得燃料電池內(nèi)阻增大，輸出的極化曲線下降很快。而當(dāng)相對濕度達(dá)到100％后，如果繼續(xù)長時間加濕，將會在一定范圍內(nèi)形成水化層，水化層會在擴(kuò)散區(qū)形成阻礙，如果進(jìn)氣的壓力和流量不足以將水化層吹走，燃料電池的輸出電壓同樣會下降。

燃料電池的內(nèi)阻受濕度影響很大，氣體在電堆反應(yīng)后會生產(chǎn)水，生成的水量無法直接測量，導(dǎo)致難以知道反應(yīng)氣體的濕度、質(zhì)子交換膜的濕度，容易導(dǎo)致交換膜濕度過低或過高使電池內(nèi)阻增大，從而導(dǎo)致燃料電池的輸出電壓和電流不穩(wěn)定，甚至造成水淹等不可逆的損壞，導(dǎo)致電堆失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述存在的至少一個問題，該目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明提供了一種燃料電池內(nèi)阻的調(diào)整方法，該調(diào)整方法包括如下步驟：

S1：獲得壓縮機(jī)進(jìn)氣端的環(huán)境空氣相對濕度；

S2：計算壓縮機(jī)排氣端的壓縮空氣相對濕度以及壓縮空氣中含水量；

S3：計算冷卻器排氣端的冷卻空氣相對濕度以及冷卻空氣含水量；

S4：判斷冷卻空氣相對濕度是否大于100％，若是，則直接進(jìn)行供氣操作，若否，則轉(zhuǎn)入S5；

S5：計算冷卻空氣相對濕度達(dá)到100％時所需的水量，并根據(jù)所需的水量和噴嘴的噴射速度計算噴嘴的開啟時間；

S6：啟動加濕器，根據(jù)開啟時間進(jìn)行對冷卻空氣進(jìn)行加濕；