一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法技术

本发明专利技术涉及一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法，其燃料电池系统包括气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载、控制器，气路液路系统为电堆提供氢气、空气、冷却液，电堆是能量转换的核心，将氢气燃料的化学能转换为电能，DC/DC为负载供电，同时对辅助电池充电，辅助电池用于为整个系统提供初始能量启动系统，同时辅助电堆为负载一起输出功率，并储存多余的能量，控制器是整个系统的监测中心和控制中心；本发明专利技术所述方法能够避免车辆长时间在匀速且低速情况下，辅助电池已经充满，电堆不得不工作在低负载下，其电流降低，电压会升高，导致输出性能降低的问题的发生，能够明显改善电池的性能以及显著增加电堆的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法[
]本专利技术属于氢燃料电池领域，具体地说是一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法。[
技术介绍
]目前，氢燃料电池已经在汽车上有大规模应用的趋势，但是氢燃料电池的电源输出特性与汽车运行时的负载特性各有特点。氢燃料电池具有能量转换效率高、使用功率转换能力强、洁净、安静等诸多优点。若在其最佳的工作条件范围，燃料电池的使用寿命可达数十年。然而，汽车是一个变化很大的负载，在发动机启动和行驶加速时，所需功率是正常匀速行驶时的数倍甚至数十倍。而且即使在匀速行驶时，高速行驶与低速行驶所需的功率差别也非常大。因此，利用燃料电池来驱动汽车，这种车用负载特性给燃料电池带来了很大的挑战。因为燃料电池在负载过大或者过小的情况下，会对其使用寿命造成不良影响。当燃料电池在低负载工作时，电流密度降低，单片电池电压升高，如高于0.8V，此时会出现一系列影响输出性能稳定的问题。此时燃料电池催化剂中Pt会被逐渐氧化成PtOx，长时间工作会导致输出性能降低；其次，在这种低电流密度运行情况下，燃料电池内部水的生成比较少，反应层湿度变低，质子膜传导电阻升高，电池输出性能会逐渐降低，对稳定运行造成不良影响。因此，在低输出性能情况下，不仅燃料效率低，而且产生的PtOx是使燃料电池质子膜工作寿命降低的关键因素之一。[
技术实现思路
]本专利技术的目的就是要解决上述的不足而提供一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法，能够避免燃料电池在低负载工作时电流密度降低，电池输出性能逐渐降低，对稳定运行造成不良影响的问题。为实现上述目的设计一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法，其燃料电池系统包括气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载、控制器，其中，所述气路液路系统与电堆相连接，所述气路液路系统为电堆提供氢气、空气、冷却液，所述电堆为能量转换核心，并将氢气燃料的化学能转换为电能，所述电堆的输出端连接DC/DC，所述DC/DC分别连接辅助电池、汽车负载，所述DC/DC用于将电堆输出的不稳定电压进行转换，形成与汽车负载匹配且稳定的电压为汽车负载供电，同时对辅助电池进行充电，所述汽车负载为包括汽车电机及电路的耗电部分，所述辅助电池用于为整个系统提供初始能量以启动系统，同时辅助电堆为汽车负载一起输出功率，并储存多余的能量以在高输出时参与驱动汽车负载，所述气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载分别连接控制器，所述控制器为整个系统的监测中心和控制中心，并使整个系统有序运行；其控制方法为，当汽车长时间在匀速或低速情况下行驶，控制器控制DC/DC为辅助电池充满电，电堆工作在低负载下使得燃料电池性能降低，此时利用控制器控制气路液路系统，降低空气的进气量，同时增加输出电流，以保持电池总输出电压不发生明显变化；由于电流的增加，电池单片电压已被降低，使被氧化的Pt催化剂得到有效还原；且由于电流的增加，燃料电池内部反应产生的水量增加，反应层湿度变高，质子膜传导电阻降低；最后，在供气恢复到正常时，利用控制器使电池输出电流降下来，使电池恢复到初始合适的低功率输出工作范围即可。本专利技术还提供了一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法，其燃料电池系统包括气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载、控制器，其中，所述气路液路系统与电堆相连接，所述气路液路系统为电堆提供氢气、空气、冷却液，所述电堆为能量转换核心，并将氢气燃料的化学能转换为电能，所述电堆的输出端连接DC/DC，所述DC/DC分别连接辅助电池、汽车负载，所述DC/DC用于将电堆输出的不稳定电压进行转换，形成与汽车负载匹配且稳定的电压为汽车负载供电，同时对辅助电池进行充电，所述汽车负载为包括汽车电机及电路的耗电部分，所述辅助电池用于为整个系统提供初始能量以启动系统，同时辅助电堆为汽车负载一起输出功率，并储存多余的能量以在高输出时参与驱动汽车负载，所述气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载分别连接控制器，所述控制器为整个系统的监测中心和控制中心，并使整个系统有序运行；其控制方法为，在正常给辅助电池充电时，在辅助电池充满前停止充电，使其留有余量；长时间轻负载时，在不改变气路液路系统气流量的情况下，短时增加负载电流；此时燃料电池增加的输出，可对辅助电池进行短时充电；当电堆增加充电电流时，燃料电池单片电压降低，使被氧化的Pt催化剂得到有效还原，电堆在较短时间内恢复到初始的输出性能；在电堆进入低负载状态输出一段时间后，电池又会进入性能降低状态，此时再利用控制器进行短时增加充电电流，如此循环，即可保证电堆不会长时间工作在低性能工作范围。进一步地，该控制方法中增加负载电流所导致的输出功率的增加，该部分电能用于加大汽车对冷却系统的循环倍率，以降低电池温度，使燃料电池对汽车的实际驱动功率保持平稳。本专利技术同现有技术相比，提供了一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法，能够避免当车辆长时间在匀速且低速情况下，辅助电池已经充满，此时电堆不得不工作在低负载下，其电流降低，电压会升高，导致输出性能降低问题的发生，而本专利技术所述的控制方法可以明显改善电池的性能，且控制后，电池电压工作在比较理想的电压区域，如附图2和附图3所示，且降低进气量的方法可以显著降低氢气的消耗量，从而可以显著增加电堆的使用寿命，最终解决了燃料电池在低负载工作时电流密度降低，电池输出性能逐渐降低，对稳定运行造成不良影响的问题，值得推广应用。[附图说明]图1是本专利技术燃料电池系统的原理框图；图2是本专利技术燃料电池运行时间与电池输出功率示意图；图3是本专利技术燃料电池运行时间与电池电压示意图。[具体实施方式]下面结合附图对本专利技术作以下进一步说明：本专利技术提供了一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法，其车用氢燃料电池系统包括气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载、控制器，各个部分的连接方式如附图1所示，气路液路系统与电堆相连接，气路液路系统为电堆提供氢气、空气、冷却液，电堆为能量转换核心，并将氢气燃料的化学能转换为电能，电堆的输出端连接DC/DC，DC/DC分别连接辅助电池、汽车负载，DC/DC用于将电堆输出的不稳定电压进行转换，形成与汽车负载匹配且稳定的电压为汽车负载供电，同时对辅助电池进行充电，汽车负载为包括汽车电机及电路的耗电部分，辅助电池用于为整个系统提供初始能量以启动系统，同时辅助电堆为汽车负载一起输出功率，并储存多余的能量以在高输出时参与驱动汽车负载，气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载分别连接控制器，控制器为整个系统的监测中心和控制中心，并使整个系统有序运行。即，该车用氢燃料电池系统各个部件的作用为：气路液路系统为电堆提供氢气、空气、冷却液；电堆是能量转换的核心，将氢气燃料的化学能转换为电能；DC/DC将电堆输出不稳定电压进行转换，形成与负载匹配且稳定的电压为负载供电，它也具有对辅助电池充电的功能；辅助电池的作用之一是为整个系统提供初始能量启动系统，作用之二是辅助电堆为负载一起输出功率，作用之三是可储本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法，其特征在于：其燃料电池系统包括气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载、控制器，其中，/n所述气路液路系统与电堆相连接，所述气路液路系统为电堆提供氢气、空气、冷却液，所述电堆为能量转换核心，并将氢气燃料的化学能转换为电能，所述电堆的输出端连接DC/DC，所述DC/DC分别连接辅助电池、汽车负载，所述DC/DC用于将电堆输出的不稳定电压进行转换，形成与汽车负载匹配且稳定的电压为汽车负载供电，同时对辅助电池进行充电，所述汽车负载为包括汽车电机及电路的耗电部分，所述辅助电池用于为整个系统提供初始能量以启动系统，同时辅助电堆为汽车负载一起输出功率，并储存多余的能量以在高输出时参与驱动汽车负载，所述气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载分别连接控制器，所述控制器为整个系统的监测中心和控制中心，并使整个系统有序运行；/n其控制方法为，当汽车长时间在匀速或低速情况下行驶，控制器控制DC/DC为辅助电池充满电，电堆工作在低负载下使得燃料电池性能降低，此时利用控制器控制气路液路系统，降低空气的进气量，同时增加输出电流，以保持电池总输出电压不发生明显变化；由于电流的增加，电池单片电压已被降低，使被氧化的Pt催化剂得到有效还原；且由于电流的增加，燃料电池内部反应产生的水量增加，反应层湿度变高，质子膜传导电阻降低；最后，在供气恢复到正常时，利用控制器使电池输出电流降下来，使电池恢复到初始合适的低功率输出工作范围即可。/n...

【技术特征摘要】
1.一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法，其特征在于：其燃料电池系统包括气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载、控制器，其中，
所述气路液路系统与电堆相连接，所述气路液路系统为电堆提供氢气、空气、冷却液，所述电堆为能量转换核心，并将氢气燃料的化学能转换为电能，所述电堆的输出端连接DC/DC，所述DC/DC分别连接辅助电池、汽车负载，所述DC/DC用于将电堆输出的不稳定电压进行转换，形成与汽车负载匹配且稳定的电压为汽车负载供电，同时对辅助电池进行充电，所述汽车负载为包括汽车电机及电路的耗电部分，所述辅助电池用于为整个系统提供初始能量以启动系统，同时辅助电堆为汽车负载一起输出功率，并储存多余的能量以在高输出时参与驱动汽车负载，所述气路液路系统、电堆、DC/DC、辅助电池、汽车负载分别连接控制器，所述控制器为整个系统的监测中心和控制中心，并使整个系统有序运行；
其控制方法为，当汽车长时间在匀速或低速情况下行驶，控制器控制DC/DC为辅助电池充满电，电堆工作在低负载下使得燃料电池性能降低，此时利用控制器控制气路液路系统，降低空气的进气量，同时增加输出电流，以保持电池总输出电压不发生明显变化；由于电流的增加，电池单片电压已被降低，使被氧化的Pt催化剂得到有效还原；且由于电流的增加，燃料电池内部反应产生的水量增加，反应层湿度变高，质子膜传导电阻降低；最后，在供气恢复到正常时，利用控制器使电池输出电流降下来，使电池恢复到初始合适的低功率输出工作范围即可。


2.一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法，其特征在于：其燃料电池系统包括气路液路系统、电堆、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天喜，贺萍，
申请(专利权)人：上海亿氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31