[發明專利]一種燃料電池堆性能恢復方法及系統

在審

• 申請號: 202110303812.3
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113130945A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 王文智;張超;管俊生;夏冬冬;陶安文;戴俊
• 申請（專利權）人: 蘇州弗爾賽能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04223
• 分類號: H01M8/04223;H01M8/04537;H01M8/04746
• 代理公司: 蘇州睿昊知識產權代理事務所(普通合伙) 32277
• 代理人: 沈彬彬

本發明公開了一種燃料電池堆性能恢復方法及系統，包括以下步驟：設置燃料電池堆陰極空氣內部循環供應，并對燃料電池堆輸出單體電池電壓進行檢測；燃料電池堆處于性能恢復工況，開啟所述燃料電池堆陰極空氣內部循環供應，當檢測到單體電池電壓低于第一閥值電壓時，燃料電池堆切換為正常運行工況；燃料電池堆處于正常運行工況，停止所述燃料電池堆陰極空氣內部循環供應，當檢測到單體電池電壓高于第二閥值電壓時，燃料電池堆切換為性能恢復工況。本發明使燃料電池堆性能快速高效恢復的同時，避免燃料電池單節電池或局部區域出現反極，發生不可逆衰減的問題。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體涉及一種燃料電池堆性能恢復方法及系統。

背景技術

目前，商業化質子交換膜燃料電池膜電極催化劑以Pt/C催化劑為主，在燃料電池長時間停放或低功率運行時，催化劑表面容易形成氧化膜包覆在金屬Pt表面，造成催化劑催化活性降低，導致燃料電池堆輸出性能發生衰減。現有燃料電池運行控制策略采用電流電池堆運行時減少或停止燃料電池氧化劑供應，增加陰極反極過電位，降低燃料電池輸出電壓的方法，可以還原催化劑表面氧化物包覆層，達到活化催化劑的效果，提升燃料電池性能。

然而，由于燃料電池堆內部單節電池存在性能差異，包括單節電池質子膜氫氣透氣率差異、膜電極催化活性差異、單節電池中間位置與兩側位置所處空氣氣氛環境差異和單節電池內部液態水含量差異，所以，當燃料電池運行時減少或停止氧化劑供應時易出現某一節或多節輸出電壓下降快、單節不同反應區域缺氧差異大造成反應不均衡、亦或出現單節膜電極局部堵水等現象，這些都可能造成單節電池或局部位置出現反極。同時，當燃料電池堆恢復氧化劑供應時，從氧化劑開始供應到充滿整個燃料電池堆陰極腔體，仍然存在一定的時間差，這與恢復供氣流量及燃料電池堆節數有關，亦可能造成單節電池或局部位置出現反極。燃料電池單節電池反極會造成電極催化劑載體發生不可逆衰減。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃料電池堆性能恢復方法及系統，使燃料電池堆性能快速高效恢復的同時，避免燃料電池單節電池或局部區域出現反極，發生不可逆衰減的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種燃料電池堆性能恢復方法，包括以下步驟：

設置燃料電池堆陰極空氣內部循環供應，并對燃料電池堆輸出單體電池電壓進行檢測；

燃料電池堆處于性能恢復工況，開啟所述燃料電池堆陰極空氣內部循環供應，當檢測到單體電池電壓低于第一閥值電壓時，燃料電池堆切換為正常運行工況；

燃料電池堆處于正常運行工況，停止所述燃料電池堆陰極空氣內部循環供應，當檢測到單體電池電壓高于第二閥值電壓時，燃料電池堆切換為性能恢復工況。

作為本發明的進一步改進，當所述燃料電池堆處于性能恢復工況時，持續對燃料電池單節電池電壓進行巡檢，獲取燃料電池堆單體電池電壓的最低電壓或平均電壓，當檢測到燃料電池堆單體電池的最低電壓或平均電壓低于第一閥值時，關閉所述燃料電池堆陰極空氣內部循環供應，使燃料電池堆恢復正常運行工況；

當所述燃料電池堆處于正常運行工況時，持續對燃料電池單節電池電壓進行巡檢，獲取燃料電池堆單體電池電壓最低電壓或平均電壓，當檢測到燃料電池堆單體電池的最低電壓或平均電壓高于第二閥值時，開啟所述燃料電池堆陰極空氣內部循環供應，使燃料電池堆處于性能恢復工況。

作為本發明的進一步改進，所述燃料電池堆處于性能恢復工況時，開始所述燃料電池堆陰極空氣內部循環供應，調節循環空氣流量，控制由空進管路進入燃料電池堆空氣流量與循環空氣流量比例。

作為本發明的進一步改進，所述燃料電池堆處于性能恢復工況時，對燃料電池堆輸出電流進行調節，使燃料電池單體電壓持續穩定變化。

一種燃料電池堆性能恢復系統，包括燃料電池堆、供氣管路、電壓檢測模塊和控制器；其中：