采用非线性放电负载的燃料电池停机控制装置及方法，涉及质子交换膜燃料电池领域，其主旨在于进一步缩短燃料电池系统停机后的电堆放电时间和解决传统外加恒定的放电负载会导致因单电池电压下降速率不一致而引起的单电池反极化现象的发生等问题。其方案是将控制开关、放电负载和燃料电池电堆依次连接成回路，当电堆停机后，将放电负载接入系统对电堆进行放电，放电负载采用非线性放电负载。电堆放电过程中其阻抗值在实时变化，相当于一个动态的放电负载。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池停机降 压方法及装置。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种通过电化学反应把反应物质的化学能转换成电能的 发电装置，因其能量转换效率高、环境友好和启动迅速等一系列优点，在很多领域有着广阔 的应用前景。然而，PEMFC的寿命一直是制约其大规模商业化应用的关键因素之一。尤其 对于车载燃料电池系统，会频繁的经历各种不同形式的工况，如启停工况等。PEMFC在停机 过程中性能的衰减，根本原因是由于残留在阳极侧的氢气所引起的。停机瞬间，燃料电池处 于开路状态，阳极侧残留的氢气和阴极侧的空气发生反应，电堆电压为开路电压，而开路电 压容易引起催化剂碳载体氧化腐蚀，造成电堆性能衰减和寿命缩短。由此可见，加快消耗 PEMFC系统停机后阳极残留的氢气和缩短停机后各单电池维持在开路高电压的时间是延长 燃料电池寿命的关键因素。 为了尽量减小PEMFC停机过程中开路高电压对催化剂碳载体的氧化腐蚀作用，大 量的文献和专利已经提出了相应的系统停机控制策略，其中目前的系统停机控制策略主要 分为两个方面：（1)气体吹扫；（2)利用放电负载消耗残留在电堆内部的气体。气体吹扫是 一种非常有效的办法，能缩短氢-空界面存在的时间，但是在质子交换膜燃料电池的实际 运行系统中吹扫气体不容易得到。此外气体吹扫虽然能快速消除PEMFC停机过程中阳极 存在的氢-空界面，但是燃料电池停机后残留在气体扩散层以及催化层内的气体难以被消 除。因此，另外一种有效消耗残留在气体扩散层以及催化层内的气体的方法是利用放电负 载。如专利CN200810103881. 4,公开了一种燃料电池延长使用寿命的方法，其方法是在燃料 电池系统停机后，采用恒定的电阻充当放电负载对电堆进行放电，以快速消除燃料电池堆 上的残留电荷，达到延长电池使用寿命的目的。该专利虽然提出了采用放电负载消除电池 上的残留电荷的思想，但是并未研究和对比不同类型的放电负载对消除电堆上残留电荷快 慢的影响。 此外，由于燃料电池停机后残留在电堆内部各单体电池中的氢气浓度不一样，导 致了在使用外加的恒定的放电负载对电堆放电时，电堆内部每一片单体电池电压下降的速 率不一致，这样一方面会造成某些片单体电池电压下降过快而导致电池反极现象的发生， 对电堆造成破坏；另一方面，在采用恒定的放电负载的情况下，如果为了避免电压下降最快 的单体电池出现反极化，在其电压达到系统预设下限阈值时切除放电负载，则会使PEMFC 内部仍然残留大量的反应气体，不能较好的减少氢-空界面存在的时间，致使电堆维持在 较高开路电压的时间依然比较长，违背了延长燃料电池寿命的初衷。 为解决上述问题，专利CN102437356A公开了一种燃料电池堆停机降压的方法和 装置，采用将电池电堆分组然后对每组电池电堆分别进行加载放电负载，从而解决降压不 均衡的问题，该方法需要的放电负载需要额外增加，且因每组电池电堆均需放电负载，放电 负载使用数量大，且其控制电路复杂，成本较高。 所以针对上述存在的问题，寻找一种可靠和实用的燃料电池系统停机控制策略成 为亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池停机降压方法及装置，旨在进一 步缩短燃料电池系统停机后的电堆放电时间和解决传统外加恒定的放电负载会导致因单 电池电压下降速率不一致而引起的单电池反极化现象发生和电堆散热等问题，从而延长电 堆寿命和减缓电堆性能的衰减。本专利技术提供了一种简化放电负载结构且适用性强的质子交 换膜燃料电池停机降压方法及装置。 本专利技术为了实现上述目的采用以下技术方案： 本申请提供了一种采用非线性放电负载的燃料电池停机控制方法，将控制开关、放电 负载和燃料电池电堆依次连接成回路，当电堆停机后，将放电负载接入系统对电堆进行放 电，其特征在于，放电负载采用非线性放电负载。 上述计算方案中，所述的一种采用非线性放电负载的燃料电池停机控制方法，所 述的非线性放电负载为非线性感性负载、非线性容性负载，或非线性感性负载、非线性容性 负载中一种或两种与阻性负载的组合。 本申请还提供了一种采用非线性放电负载的燃料电池停机控制装置，包括控制开 关、放电负载，放电负载通过控制开关接入燃料电池电堆，当电堆停机后，将放电负载接入 系统对电堆进行放电，其特征在于，放电负载采用非线性放电负载。 上述技术方案中所述的一种采用非线性放电负载的燃料电池停机控制装置，所述 的非线性放电负载为非线性感性负载、非线性容性负载，或非线性感性负载、非线性容性负 载中一种或两种与阻性负载的组合。 在燃料电池系统停机后，关闭阳极进气阀和排气阀，同时将控制开关闭合以接入 非线性放电负载(风扇）对燃料电池进行放电，在此过程中风扇运转，它一方面对电堆进行 降温，另一方面可以提供空气流量，从而可以加速电堆中残留氢气的消耗。当电堆中残留电 压下降到某个电压阈值时，风扇停止运转，自动断开风扇和电堆的连接。 本专利技术因为采用了上述技术方案，因此具有以下有益效果： 一、本申请采用非线性感性负载作为放电负载，而非线性感性负载其电感随电流大小 变化而变化，根据公式：，当电流发生变化时，其电感也变化，而感性负载的阻抗 关系式，其中1,为电阻，f为电感，因此感性负载其阻抗为一个变化的阻抗，其 作用就相当于一个动态的放电负载。 由于电堆停机后残留在各个单体电池中的氢气浓度不一样，会造成某些片单电池 电压下降速率要快，如果使用恒定的放电负载对电堆放电，可能会出现某些片单电池电压 迅速下降至负压，这会造成单电池反极化现象的发生，它严重影响电堆的寿命和性能；但是 如果使用非线性感性负载作为放电负载，由于电堆放电过程中非线性感性负载的两端电流 实时的变化，那么其阻抗值也在实时变化，这相当于一个动态的放电负载。而动态的放电负 载和恒定的放电负载相比，其能自动实时的调整从电堆中抽取的电能大小，这样一方面会 缩短电堆的放电时间，另外一方面也能防止单电池反极化现象的发生，还可以使电堆放电 过程中电堆内部各单体电池电压下降保持一定的电压均衡性，这也有利于延长电堆寿命。 二、本专利技术可将燃料电池系统中的辅助系统设备一一风扇（风扇为非线性感性负 载)，充当放电负载，这样不需要增加额外的放电负载，节省了系统部件，简化了系统结构， 操作更加方便。 三、燃料电池系统运行在大负载电流下直接停机，其电堆温度会超过PEMFC空载 条件下的最佳工作温度，过高的电堆温度会加速质子交换膜的降解，因此，若燃料电池系统 停机后使用系统辅助设备风扇（非线性感性负载当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用非线性放电负载的燃料电池停机控制方法，将控制开关、放电负载和燃料电池电堆依次连接成回路，当电堆停机后，将放电负载接入系统对电堆进行放电,其特征在于，放电负载采用非线性放电负载。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志祥，彭跃进，王勇，黄明，李伦，陈维荣，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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