[發明專利]一種燃料電池電堆的水管理方法

有效

• 申請號: 201911415959.0
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111092247B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 湯千秋;徐鑫;甘全全
• 申請（專利權）人: 上海神力科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/04858;H01M8/2465;B60L58/30
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及一種燃料電池電堆的水管理方法，該方法在搭載燃料電池發動機系統的車輛內安裝陀螺儀，所述的陀螺儀連接燃料電池發動機系統的燃料電池電堆，所述的陀螺儀感知車輛運行的平穩狀況，若檢測到車輛發生轉彎、爬坡或下坡，則陀螺儀控制燃料電池電堆的電流密度提高至1500mAcm^?2以上。與現有技術相比，本發明具有操作簡單，控制成本低，控制快速且方便燃料電池排水等優點。

技術領域

本發明涉及燃料電池堆技術領域，尤其是涉及一種燃料電池電堆的水管理方法。

背景技術

雖然燃料電池系統零部件的產業化已經小有規模，但水管理仍然是非常關鍵的問題，且至今也未能完全解決。優質的水管理應該做到膜內含水量、陽極質子電拖曳(EOD，electro-osmotic drag)帶水與陰極反滲水的平衡，且至少應保證反應氣向反應界面傳輸的過程中不因液態水的阻礙造成性能的大幅波動，同時還應該保證質子傳導過程中不因缺水等造成性能的明顯下降。然而在實際操作中，很難同時實現以上兩點，因此在燃料電池電堆內會出現水淹或缺水的問題。燃料電池電堆中的催化層(catalyst layer，CL)、氣體擴散層(gas diffusion layer，GDL)、氣體流道(gas channel，GC)內都可能發生水淹。短時間內輕微的水淹會造成輸出功率的輕微下降，但是一旦在氣體擴散層或氣體流道內發生較為嚴重的水淹，則會造成電壓的間歇性大幅波動，甚至導致故障停機。這不僅會導致輸出功率不穩定，還會因局部缺氣導致催化劑的降解、擴散層的腐蝕，影響燃料電池電堆的使用壽命。

此外，隨著商用燃料電池汽車運行工況的復雜度增加，燃料電池汽車需要面臨爬坡、下坡、轉彎、加速、減速等情況，在這些情況下，如當車輛遇到爬坡、下坡情況時，燃料電池電堆與水平面呈一定傾斜角度，當車輛遇到轉彎時，燃料電池電堆也會受到向心力的影響，相當于和水平面呈一定傾斜角度。在上述狀態下，燃料電池電堆的水管理更加復雜，更加容易發生水淹問題。如圖1、圖2所示，燃料電池發動機系統的燃料電池電堆包括單電池和設于燃料電池電堆兩端的第一端板和第二端板。第一端板或第二端板上可以設置氫氣進口、空氣進口和冷卻水進口、氫氣出口、氫氣出口、空氣出口。以第二端板設置在車頭方向，第一端板為陽極端板，氫氣進口、空氣進口和冷卻水進口設置在第一端板上為例，當車輛發生下坡情況，則燃料電池電堆的第一端板(陽極端板)抬高，電堆里的最低單電池電壓(電壓最低的單片位于圖2和圖4中靠近第二端板的位置)隨著時間累積急劇下降，最終導致電堆故障停機。

為解決水淹問題，現有技術通常采用的解決方案為增設排水通道，排水通道平行于設置于氫氣通道和空氣通道下方，當燃料電堆傾斜時，生成水不會在端部聚集，而是進入排水通道再排出電堆，從而緩解氫氣和空氣通道中的水淹問題，然而增設排水通道對電堆結構的改動較大，操作復雜且成本較高，且無法同時解決電堆因發生轉彎、爬坡或下坡導致的單電池電壓快速下降的問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種燃料電池電堆的水管理方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種燃料電池電堆的水管理方法，該方法在搭載燃料電池發動機系統的車輛內安裝陀螺儀，所述的陀螺儀連接燃料電池發動機系統的燃料電池電堆，所述的陀螺儀感知車輛運行的平穩狀況，若檢測到車輛發生轉彎、爬坡或下坡，則陀螺儀控制燃料電池電堆的電流密度提高至1300mAcm^-2以上。

進一步地，所述的陀螺儀固定在搭載燃料電池發動機系統的車輛內的任意位置。

進一步地，所述的陀螺儀控制燃料電池電堆的電流密度的具體步驟包括：

S1、陀螺儀對搭載燃料電池電堆的車輛的當前狀態進行檢測，若檢測到搭載燃料電池電堆的車輛處于平穩運行時，保持燃料電池電堆的電流密度不變，且燃料電池電堆的電流密度不高于額定電流密度，所述的額定電流密度為300、500、800、1000或1300mAcm^-2。否則，執行下一步。