本发明专利技术涉及一种用于减小燃料电池系统中的电池退化的方法和设备。含氧气体被混入阳极室中的燃料，以便防止电池电压上升超过预给定的最大值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】减小燃料电池系统中的电池退化
本专利技术涉及一种用于减小燃料电池系统中的电池退化的设备和方法。
技术介绍
具有聚合物电解质膜（PEM）的燃料电池的主要退化原因是作为催化剂而被施加在电解质膜上的铂的分解或结块。这导致该膜的活性表面（ElectrochemicalSurfaceArea（电化学表面积），ECSA）减小并导致该燃料电池系统的显著功率损失。
技术实现思路
本专利技术提出了如下任务：提供一种方法和设备，所述方法和设备减小燃料电池系统中的电池退化。该任务根据本专利技术通过一种具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求7的特征的设备而得以解决。本专利技术的构型方案和扩展方案由从属权利要求中得出。根据本专利技术，通过借助对电池电压的限制来抑制铂的分解或结块或者抑制PEM的活性表面减小来减少电池退化。已知的是，对于由于铂催化剂的分解而引起的膜电极装置（MEA）的退化而言决定性的是在循环运行中的上电压极限（OPL）。其中电池电压可能在0.6V和0.75V之间变化的经加速的老化周期可能例如导致约20%的ECSA的损失，而在0.6V和0.9V之间变化的经加速的老化周期则可能导致超过50%的ECSA的损失。此外，由于在空气/空气条件下的燃料电池启动时的极化（Frontenbildung）而引起的在直至1.4V范围内的高电池电位导致碳载体氧化。因此，相对于0.9V的OPL而言，将循环中的OPL限制为0.75V可以将由于铂的分解和结块引起的损失的程度减小50%以上。然而，在真实的车辆运行中，难以实现避免高堆叠电位，因为总是一再地出现具有燃料电池系统的空载运行（空转运行）的运行阶段。已经已知了用于限制电池电压或OPL的方法，例如在燃料电池系统的空载模式中对车辆电池组进行充电或者通过运行电的附加机组、例如电动机或电加热器来消耗能量。也能够通过经由能调节的电阻来对燃料电池堆放电（电压限幅（VoltageClipping））来减小电池电压。然而，所述方法具有如下缺点：这些方法要么浪费了能量要么在已完全充电的车辆电池组的情况下是不能应用的。DE102014221476A1公开了一种用于燃料电池堆叠的氢输送装置，该氢输送装置短时间地将氢提供给阴极，以便防止由于在电池的聚合物电解质膜的干燥状态期间的快速负载改变而引起的电池的电压降。在冷启动期间，氢同时被提供到阳极和阴极，以便防止形成过高的电压或反向电压。该燃料电池堆叠包括用于将引导空气的线路与引导氢的线路连接的构件。本专利技术的主题是一种用于减小燃料电池系统中的电池退化的方法，其中通过将含氧气体混入阳极室中的燃料来防止燃料电池的电池电压上升超过预给定的最大值。具体实施方式在根据本专利技术的方法的一种实施方式中，燃料是氢。然而根据本专利技术的方法也可以被应用在如下燃料电池系统中，这些燃料电池系统使用其他燃料，例如氢氧化合物、如天然气或甲烷；或者酒精、如甲醇或乙醇。在根据本专利技术的方法的一种实施方式中，含氧气体是空气、尤其是压缩空气。在根据本专利技术的方法的另一种实施方式中，将纯氧使用作为含氧气体。根据本专利技术来这样选择预给定的最大值，使得在燃料电池系统的周期运行中最小化燃料电池堆叠中的膜电极装置（MEA）的退化或者最小化在启动燃料电池时产生的极化和在此出现的有害电位。然而，预给定的最大值不应小于在负载运行中出现的电池电压，所述电池电压例如为0.6V。在根据本专利技术的方法的一种实施方式中，电池电压的预给定的最大值为0.75V。在燃料电池系统的负载运行中，电池电压具有低值。所述低值在空载运行中上升并且能够具有导致MEA退化的值。同样地，在重新启动燃料电池系统时可能出现临界电压峰值。根据本专利技术防止燃料电池的电池电压上升超过预给定的最大值，其方式为，将含氧气体、尤其是空气混入被用于填充燃料电池的阳极室的燃料。由此使得电池电位下降并且并不产生有害的电压水平。分别仅仅将如此多的含氧气体混入燃料，使得电池电压并不超过预给定的最大值。电池电压的减小并且与此相关联的功率损失在更高的负载要求情况下立刻被再次减小，其方式为，中断将含氧气体混入燃料。根据本专利技术的方法不仅能够被应用用于减小在电压周期中出现的铂分解而且也能够被应用用于减小在启动燃料电池时由于极化而产生的碳载体的氧化。能以不同的方式来实现：将含氧气体有针对性地混入燃料或者使含氧气体转移到燃料电池系统的燃料侧（“Gas-Crossover（气体穿越）”）。在根据本专利技术的方法的一种实施方式中，将含氧气体在堆叠入口处混入燃料、也即在燃料的入口区域混入到燃料电池堆叠中。如果对所述混入进行调整，则原始电压突发地再次出现。这些变型方案有利地被用于减小在启动燃料电池时出现的电压峰值。在根据本专利技术的方法的另一种实施方式中，将含氧气体经由在燃料电池的阴极室和阳极室之间的连接线路来混入燃料。例如，布置在该堆叠的阴极和阳极之间的计量阀使得能够将空气有针对性地引入到该堆叠的阳极区域内。在空气输送中断之后突发地再次出现原始电压。具有在阴极室和阳极室之间的连接线路的燃料电池系统已经是已知的。然而，连接线路在该处用于通过以空气吹扫阳极室来从燃料电池中排水。从DE102006034547A1已知一种燃料电池系统和用于该燃料电池系统的控制方法。在停止发电之后，以空气来吹扫该燃料电池系统，以便排出水。该燃料电池系统包括如下阀，所述阀这样被调整，使得与由压缩机所产生的空气压力相结合地产生从氧气侧至氢气侧的所限定的空气流，以便吹扫阳极侧。DE102006035851A1描述一种燃料电池系统和用于调整用于燃料电池系统的吹扫过程的蓄能器的充电量的方法。当燃料电池系统的运行被开始或结束时，将含氧气体输送给阳极和阴极，以便去除在发电时由燃料电池的隔板或膜电极装置产生的水。该燃料电池系统包括在氢气输送装置和氧气输送装置之间的阀并且在超压下将气体从氧气输送装置引导到氢气输送装置中，以便将水从阴极室和阳极室中排出，由此提高发电的稳定性。在根据本专利技术方法的另一实施方式中，通过将压力差施加到阳极室和阴极室之间的膜上将含氧气体混入燃料。在此，在临界电位的范围内产生在燃料电池的阴极室和阳极室之间的压力落差，从而使氧通过膜来从阴极室转移到阳极室中并且与燃料混合，由此使电池电位下降。在一种实施方式中，为此在阴极侧上产生超压。除了减小电池退化并且因此提高燃料电池系统的鲁棒性和使用寿命以外，通过根据本专利技术的方法还能够实现其他优点。因此，例如使得能够在车辆中使用具有经减小的贵金属含量的MEA。在行驶周期中的杂化份额的最小化减小了能量消耗并且提高有效距离。本专利技术的主题也是一种用于减小燃料电池系统中的电池退化的设备。该设备包括用于将含氧气体混入燃料的装置和被设立用于控制所述装置的控制设备。根据本专利技术的设备的特征在于，所述控制设备被设立用于，通过将含氧气体混入阳极室中的燃料来防止燃料电池的电池电压上升超过预给定的最大值。该控制设备在此对用于燃料的含氧气体的配量进行调节并且因此本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于减小燃料电池系统中的电池退化的方法，其中通过将含氧气体混入阳极室中的燃料来防止所述燃料电池的电池电压上升超过预给定的最大值。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180205 DE 102018201696.81.用于减小燃料电池系统中的电池退化的方法，其中通过将含氧气体混入阳极室中的燃料来防止所述燃料电池的电池电压上升超过预给定的最大值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述含氧气体在堆叠入口处混入所述燃料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述含氧气体经由在所述燃料电池的阴极室和阳极室之间的连接线路来混入所述燃料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过将压力差施加到阳极室和阴极室之间的膜上将所述含氧气体混入所述燃料。
5.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中所述燃料是氢。
6.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中所述含...
【专利技术属性】
技术研发人员：M施蒂费尔，L施密特，G许布纳，
申请(专利权)人：奥迪股份公司，大众汽车股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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