本发明专利技术公开了一种燃料电池系统，其特征在于，包括：阳极，其进气端设有第一进气阀且其排气端设有第一排气阀；阴极，其进气端设有第二进气阀且其排气端设有第二排气阀及氧气浓度传感器；以及电连接所述阴极与所述阳极的辅助电路，其用于调节放电阻值。其通过在燃料电池阴阳极两侧连接能够实时调节放电阻值的辅助电路，来控制燃料电池系统停机时的放电速率，从而不断消耗阴极侧的残留氧气，以最大程度地实现阴极富氮环境；放电阻值可根据残留氧气浓度来调节，以防止阴极浓差极化过大而导致放电不均匀和局部欠气，因此可有效提高燃料电池的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一，特别地，本专利技术涉及一种能够保持燃料电池阴极腔富氮的。
技术介绍
在现有技术中，燃料电池是一种直接把化学能转化为电能的装置。车载燃料电池一般均为质子交换膜燃料电池(PEMFC)，其主要以氢气作为燃料，空气作为氧化剂。车载燃料电池系统通常包括由多片单体电池串联构成的电堆的燃料电池，因此燃料电池既具有所有单体电池串联形成的电堆的总电压，又存在各个单体电池的电压。基于现有的设计，燃料电池的阴极腔的流路没有封闭，当运行停止时，阴极腔内在放电过程中短时间内形成缺氧富氮状态，外界空气中的氧气会很容易通过浓差扩散进入阴极腔，最终使阴极腔内的气体与常规空气组分相同，此时阴极腔内仍存在较多氧气，无法形成富氮状态。同时，在停机放置过程中，随着燃料电池的阳极腔内保留的氢气被消耗，外界的空气会自然渗透进入阳极腔内，空气中的氧气与阳极腔内剩余的氢气在催化剂表面产生氢氧界面。当阳极催化剂表面存在氢氧界面、而阴极催化剂表面存在氧气时，会导致催化剂产生局部高电位(例如，高达1.443V)，并在各电极单侧产生逆向电流，从而导致阴极催化层碳载体发生氧化反应并使碳载体腐蚀降解，这会导致阴极催化剂流失或团聚现象加剧，活性降低，最终表观为燃料电池性能衰减。长此以往，必然会严重影响到燃料电池系统的使用寿命。另一方面，燃料电池系统的阳极腔一般是封闭的，当燃料电池系统停机放电后，阳极腔内的氢气被消耗掉，会产生零压，甚至是负压，此过程中空气会渗入阳极腔内，还会对系统带来下述不利的影响:其一，阴极腔的水会因为负压的存在而进入阳极侧，长此以往会造成催化剂层与膜的结合度变弱，产生所谓的“剥离”现象。其二，在开机启动时，随着阳极侧管路阀开启，进入燃料电池阳极腔的氢气会与阳极腔内的空气在催化剂表面再次形成氢氧界面。这两个过程同样会影响燃料电池的寿命，由于氢氧混合也可能会存在安全性问题。为了避免以上的情况发生，在现有技术中，一般在停机后人工往阳极腔通入氮气，使氢腔保持一定的压力。然而，在车用条件下，额外纯净的氮气并不容易获得，这是因为车载有限的空间不允许增加一个用于保持氢腔压力的氮气供应装置，同时该装置的存在使得设备的维护变得更加复杂。现有技术中，存在一种在停机前对燃料电池中的氧气进行消耗的办法，其依据电压的变化来判定是否放电结束。然而，根据燃料电池工作原理，燃料电池的阴极侧是通过空气压缩机供给空气作为反应的氧化剂，阴极侧的氧气浓度对燃料电池的性能有很大的影响。只有保证燃料电池阴极腔内氧气一定的压力和浓度并保证燃料电池内各单节的氧气均匀分配，才能保证燃料电池的性能稳定。在其他条件恒定不变的情况下，燃料电池阴极腔内的氧气浓度影响了燃料电池的输出电压。但是，氧气浓度并不等同于输出电压。由于氧气浓度对燃料电池的性能有很大影响，当氧气浓度低到一定程度时，燃料电池阴极侧的浓差极化会增大，而表现在燃料电池输出电压上的就是电压急剧下降。也就说当燃料电池的输出电压为0或接近于0时，并不能说明燃料电池阴极腔的氧含量为0或者接近于0，而只能说明氧气的浓度较低。因此，现有技术中的这种停机控制方法也无法切实有效地解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种，实现燃料电池阴极腔内富氮(耗尽氧气，使其含量尽量降低)，避免阳极侧电极表面产生氢氧界面现象对阴极催化剂碳载体的腐蚀和阳极负压导致催化层液态水含量多等问题，使得燃料电池寿命得以提闻。根据本专利技术的第一个方面，提供一种燃料电池系统，其包括:阳极，其进气端设有第一进气阀且其排气端设有第一排气阀；阴极，其进气端设有第二进气阀且其排气端设有第二排气阀及氧气浓度传感器；用于检测所述燃料电池中的各个单体电池的电压及总电压的电压传感器；以及电连接所述阴极与所述阳极的辅助电路，其用于调节放电阻值。可选地，所述辅助电路用于根据所述氧气浓度传感器检测到的氧气浓度及所述电压传感器检测到的电压值来调节放电阻值。可选地，所述辅助电路上串联设有控制开关、可调电阻及晶体二极管，所述控制开关和/或所述晶体二极管用于控制所述辅助电路的通断。可选地，所述辅助电路的晶体二极管具有最低导通电压vstadi，所述最低导通电压Vstadi的值与所述燃料电池系统的燃料电池中单体电池的片数N构成如下函数:Vstack=0.2.Νο可选地，所述可调电阻能够根据氧气浓度传感器检测到的氧气浓度来调节所述放电阻值。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种燃料电池系统停机控制方法，其包括如下步骤: 步骤一，收到停机指令； 步骤二，停止向燃料电池的阴极供应空气，但保持向所述燃料电池的阳极供应氢气；同时接通辅助电路，将其放电阻值设定为初始值R。； 步骤三，设于所述燃料电池的阴极的排气端的氧气浓度传感器检测所述所述燃料电池的阴极的排气端的氧气浓度Q，设于所述燃料电池上的电压传感器检测所述燃料电池中的各个单体电池的电压及总电压:当所述氧气浓度Q小于第一浓度阈值Qi且所述燃料电池的单体电池中所具有的最低的电压V大于第一电压阈值I时，将所述放电阻值调整为札； 步骤四，当所述氧气浓度值Q小于第二浓度阈值Q2且当所述燃料电池的总电压Vtotal小于最低导通电压Vstadi时，断开辅助电路； 步骤五，停止向燃料电池的阳极供应氢气，并保持所述燃料电池的阴极和阳极的完全封闭。可选地，所述步骤二包括，关闭设于阴极的进气端的第二进气阀及设于阴极的排气端的第二排气阀；且保持打开设于阳极的进气端的第一进气阀及设于阳极的排气端的第一排气阀。可选地，所述步骤五包括，关闭设于阳极的进气端的第一进气阀及设于阳极的排气端的第一排气阀。使用本专利技术的，使阴极腔内的氧气被快速消耗，形成阴极腔内的富氮状态，最大程度减少和缓解了当阳极催化剂表面存在氢氧界面时阴极内存在氧气对阴极催化剂载体产生的腐蚀，从而提高了电池的寿命；与此同时，使阳极腔内也氢气不会因阴极侧有氧气存在产生消耗，造成氢腔形成负压导致的液态水由于压力梯度而从阴极侧透过膜至阳极侧累积，从而避免了“剥离”现象产生，进一步地提高了电池的寿命。【附图说明】图1是本专利技术的燃料电池系统的示意图； 图2是本专利技术的燃料电池系统停机控制方法的一个实施例的流程图；以及图3是本专利技术提供的电阻放电阻值实时调节所对应的曲线图。【具体实施方式】如图1所示，本专利技术的燃料电池系统包括阳极1、阴极2。其中，阳极1进气端连接氢气源3及第一进气阀4，而阳极1的排气端连接第一排气阀7 ;阴极2进气端连接空气压缩机5及第二进气阀6，而阴极2的排气端连接第二排气阀8。同时，阴极1的排气端还设有能够检测氧气浓度的氧气浓度传感器9，氧气浓度传感器9将检测到的数据传输给可调电阻控制器10 ;以及用于检测所述燃料电池中的各个单体电池的电压及总电压的电压传感器(图中未示出)，其也将检测到的电压数据传输给可调电阻控制器10 ;可调电阻控制器10可以据此两者来调节可调电阻12的阻值。其中，可对数据进行实时检测或间断检测。专利技术的燃料电池系统还包括辅助电路，其上设有能够调节放电阻值的可调电阻12、能够控制辅助电路通断的控制开关11以及通过导通电压来控制辅助电路导通的晶体二极管13。当需要停止氢气供应时，通过关闭第一进气阀4和第一排气阀7即可实现；当需要停止空气供应时，通过关闭第二进气阀6和第本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池系统，其特征在于，包括：阳极，其进气端设有第一进气阀且其排气端设有第一排气阀；阴极，其进气端设有第二进气阀且其排气端设有第二排气阀及氧气浓度传感器；用于检测所述燃料电池中的各个单体电池的电压及总电压的电压传感器；以及电连接所述阴极与所述阳极的辅助电路，其用于调节放电阻值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈沛，胡哲，陈雪松，余意，翟双，
申请(专利权)人：上海汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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