[發明專利]車載燃料電池關機時殘余能量釋放方法

在審

• 申請號: 201911388838.1
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111180761A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 肖尚磊;呂浩東;岳喜軍;陳強
• 申請（專利權）人: 浙江嘉杰汽車設計有限公司
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04858
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 陸永強

本發明屬于燃料電池技術領域，尤其涉及一種車載燃料電池關機時殘余能量釋放方法。本發明，依次包括以下步驟：關閉燃料電池系統、切換負載和殘余電量消耗。本發明增加了耗電負載，在燃料電池使用后，通過將燃料電池由驅動負載切換至耗電負載以消耗燃料電池的剩余電量，提高了燃料電池的能源利用率，并且，本發明利用燃料電池排風系統作為耗電負載，在解決了能源浪費的問題的同時，又能提高燃料電池系統環境氣體的流動性，提升燃料電池使用的安全系數。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，尤其涉及一種車載燃料電池關機時殘余能量釋放方法。

背景技術

燃料電池電堆是發生電化學反應場所，燃料電池動力系統核心部分。如圖1所示，燃料電池包括若干個單電池，每個單電池主要包括雙極板1、膜電極2以及位于膜電極2之間的質子交換膜3這三個部件，燃料電池電堆工作時，氫氣和氧氣分別由進口引入，經電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經雙極板導流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學反應。

早在1839年，英國人W.Grove就提出了氫和氧反應發電的原理，這是最早的氫—氧燃料電池(FC)。但直到20世紀60年代初，由于航天和軍事的需要，才開發了液氫和液氧的小型燃料電池，應用于空間飛行器和潛水艇。近二三十年來，由于一次能源的匱乏和環境保護的突出要求，人們開始轉向開發利用新的清潔再生能源。燃料電池由于具有能量轉換效率高、對環境污染小等優點，因而受到世界各國的普遍重視。

燃料電池實質上是電化學反應發生器。燃料電池的反應機理是將燃料中的化學能不經燃燒而直接轉化為電能。氫氧燃料電池實際上就是一個電解水的逆過程，通過氫氧的化學反應生成水并釋放電能。氫氣和氧氣分別是燃料電池在電化反應過程中的燃料和氧化劑。其反應過程如下：

(1)氫氣通過管道或雙極板到達陽極。

(2)在陽極催化劑的作用下，一個氫分子分解為兩個氫離子，并釋放出兩個電子，陽極反應為：

H₂→2H⁺+2e^-

(3)在電池的另一端，氧氣(或空氣)通過管道或雙極板到達陰極，同時，氫離子穿過電解質到達陰極，電子通過外電路也到達陰極。

(4)在陰極催化劑的作用下，氧和氫離子與電子發生反應生成水，陰極反應為：

1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O

總的化學反應為:

1/2O²+H²→H₂O

與此同時，電子在外電路的連接下形成電流，通過適當連接可以向負載輸出電能。

燃料電池的工作原理和普通的電化學原電池和充電電池類似，都是通過電化學反應將化學能轉換成電能，但兩者之間還是有本質差別的。普通的原電池或充電電池是一個封閉系統。封裝后它與外界只存在能量交換而沒有物質交換。當電池內部的化學物質耗盡或反應條件發生變化時，系統就無法繼續輸出能量。而燃料電池則不同，參與反應的化學物質，如氫和氧，是由料電池外部的單獨供氣系統供給的，只要保證物質供應的連續性，就可以保證能量輸出的連續性。從這個意義上來講，燃料電池本身是一個開放的發電裝置，這正是燃料電池與普通電池的最大差別。

燃料電池輸出的電壓一般來說比電動汽車動力總線的電壓要低，且特性比較軟，即隨著輸出電流的增加，電壓下降幅度比較大。為了實現燃料電池輸出電壓與動力總線電壓匹配，就需要有一個DC/DC(直流/直流)變換器。