用于调节燃料电池中氧化铂份额的方法、用于机动车的燃料电池系统技术方案

描述了一种用于调节在用于机动车的燃料电池堆(12)的燃料电池(14)的催化剂层中的氧化铂份额的方法(500)，其包括以下步骤：根据当前运行状态基于模型确定(S501)氧化铂的当前份额；根据氧化铂的当前份额确定(S502)电压或/和电压变化；根据燃料电池(12、14)或/和车辆的可被预期的或/和请求的运行状态适配(S503)氧化铂的份额。(S503)氧化铂的份额。(S503)氧化铂的份额。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于调节燃料电池中氧化铂份额的方法、用于机动车的燃料电池系统


[0001]本专利技术涉及一种用于调节在用于机动车的燃料电池堆的燃料电池的催化剂层中的氧化铂份额的方法以及一种用于机动车的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]当在机动车中使用燃料电池系统时，视机动车的运行状态而定在运行期间、尤其是在行驶期间氧化铂形成并且影响燃料电池堆的电压水平。为了能够在燃料电池堆的情况下遵守老化标准，希望在燃料电池系统或机动车的运行中保持低于临界电压。然而已经表明，当前电压水平强烈地取决于氧化铂份额的参数。
[0003]如果在燃料电池系统的情况下在燃料电池中存在高份额的氧化铂结合以膜中的高湿度，则由于铂脱离或铂洗退(或称为铂浸出，即Platinauswaschung)而发生燃料电池的加重老化、尤其是加速老化。如果氧化铂的份额低，则可能会产生非常高的功率，这例如在机动车的特定运行类型中，比如在城市运行中(走走停停)导致对动力总成管理的挑战，因为燃料电池系统的高功率必须以适当的方式输出给电负载或储存起来。这个问题在这里依据图6的图表来简要解释。该图表示意性地示出了在高氧化铂份额下(实线)和在低氧化铂份额下(虚线)的电压
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电流密度特性曲线。如果在电压U保持不变的情况下对电流密度进行比较，可看出的是，在低氧化铂份额下电流密度更大。相应地，这导致在相同(电池)电压下在低氧化铂份额下燃料电池的(最小)功率P2(电压和电流的乘积)与在高氧化铂份额下的(最小)功率P1相比更高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于说明一种方法，利用该方法实现燃料电池系统的优化运行，从而可以避免过早老化。
[0005]该目的通过具有权利要求1的特征的方法和通过具有权利要求11的特征的燃料电池系统来实现。在从属权利要求中说明了具有适宜改进的有利设计方案。
[0006]因此提出了一种用于调节在用于机动车的燃料电池堆的燃料电池的催化剂层中的氧化铂份额的方法，其包括以下步骤：根据当前运行状态基于模型确定氧化铂的当前份额；根据氧化铂的当前份额确定电压或/和电压变化；根据燃料电池或/和车辆的可被预期的或/和请求的运行状态适配氧化铂的份额。
[0007]通过这种方法，借助模型连续地计算氧化铂的当前份额，并确定其对燃料电池中的电压的影响。在该方法中可以补充地考虑其他因素或参数，例如供应给燃料电池的气体(例如氢气)的分压、燃料电池的老化状态、燃料电池的污染。
[0008]在该方法中，尤其是在燃料电池的启动或停止阶段，可以通过将燃料电池堆的燃料电池放电至为小于或等于0.5伏的电压来降低氧化铂的份额。
[0009]可以通过适配在阴极侧供应的空气量来降低氧化铂的份额，从而降低燃料电池或燃料电池堆中的电压。
[0010]还可以通过提高燃料电池或燃料电池堆的输出功率来降低氧化铂的份额，从而降低燃料电池或燃料电池堆中的电压。在这种情况下，可以借助由一个燃料电池或多个燃料电池输出的功率对电池进行充电。
[0011]在该方法中，可以通过降低燃料电池或燃料电池堆的输出功率，同时提高通过电池引起的功率输出来提高或至少维持氧化铂的份额。由此例如可以避免在其中氧化铂被还原的运行点或运行情形。在这种情况下，所需的功率借助电池来缓冲或从电池中取得，从而可以针对氧化铂的份额来优化燃料电池的运行状态。
[0012]还可以通过产生负的负载跃变来提高氧化铂的份额，其中，在随后调整目标功率之前，暂时或首先调整低于燃料电池的参考运行的功率的较高的功率，其中，通过所产生的负载跃变，达到比在参考运行中更低的最小功率。在这种情况下，主动的氧化铂控制的方法导致，与参考运行相比，氧化铂在首先较高的功率的情况下针对性地并不分解。因此在随后负的负载跃变时，可以达到与参考运行相比显著降低的最小功率，从而在这种情况下可以提高氧化铂的份额。
[0013]在确认高份额的氧化铂情况下，可以降低在阴极侧供应的空气的相对湿度。由此可以抑制燃料电池的退化或老化；尤其地，可以借助降低的湿度来预防铂脱离或铂洗退。
[0014]可以根据连续确定的电压梯度或/和连续确定的效率梯度来确定对氧化铂份额的适配，尤其是降低或提高。在这种情况下，可以根据在其期间存在特定电压的时间片段(Zeitanteil)来确定适配。由此可以实现时间离散的调节，其中考虑到氧化铂的份额在特定电压下发生变化，更确切地说根据该电压值存在多久。
[0015]还提出了一种用于机动车的燃料电池系统，其具有产生电压的燃料电池，其中，该燃料电池包括与阳极回路流动连接的阳极、与阴极供给部流动连接的阴极、将阴极与阳极隔开的离子传导膜、以及由氧化铂构成的催化剂层。此外，燃料电池系统具有被设定用于执行上述方法的控制器。
[0016]在这样的燃料电池系统中，阴极供给部可以具有空气供应线路，该空气供应线路带有加湿器和绕过加湿器的加湿器旁路。在这种情况下，在空气供应线路中或/和加湿器旁路中可以布置至少一个阀装置，以便控制加湿器旁路的穿流。这种带有加湿器旁路的结构构造使得能够针对性地控制或调节在阴极侧供应给燃料电池的空气流的湿度。
[0017]机动车、尤其是电驱动的机动车可以配备有上述的燃料电池系统。
附图说明
[0018]本专利技术的其他优点和细节由对实施方式的以下描述参照附图得到。其中：图1示出了具有加湿器旁路的燃料电池系统；图2示出了图表，其中定性地示出了燃料电池中的电流、电压的关系以及氧化铂的形成和分解；图3示出了简化的图表，其用来说明用于调节在燃料电池的催化剂层中的氧化铂份额的方法；图4示出了图表，其中定性地示出了在负的负载阶跃下功率随时间的变化；
图5示出了图表，其中定性地示出了电压梯度与效率梯度之间的关系以及由此派生出的措施；图6示出了图表，其中定性地且示意性地示出了在不同的氧化铂份额下在电池电压和电流密度之间的关系。
具体实施方式
[0019]图1中示意性地且简化地示出了燃料电池系统10。燃料电池系统10包括燃料电池堆12，其具有串联连接的多个燃料电池14。这些燃料电池14分别具有阳极和阴极，其中，阳极和阴极通过质子传导膜彼此隔开。膜可以由离聚物、例如磺化四氟乙烯聚合物(PTFE)或全氟磺酸的聚合物(PFSA)形成。备选地，该膜也可以实施为磺化烃膜。
[0020]可以将催化剂混入到燃料电池14的阳极或/和阴极中。在这种情况下，这些膜可以在它们的第一和/或第二侧面上设有或涂覆有催化剂层。作为催化剂例如考虑贵金属，例如铂、钯、钌等，或带有这些贵金属的混合物。在这种情况下，催化剂在相应的燃料电池14的反应中用作反应加速器。
[0021]阳极气体或燃料(例如氢气)经由在燃料电池堆12内的阳极室供应给阳极。在聚合物电解质膜燃料电池(PEM燃料电池)中，在阳极处燃料或燃料分子裂解成质子和电子。膜让质子通过，但对电子是不可通过的。在这种情况下，在阳极处发生氧化或者说电子释放。当质子穿过膜到达阴极时，电子经由外部电路16被传导到阴极或电负载18。阴极气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于调节在用于机动车的燃料电池堆(12)的燃料电池(14)的催化剂层中的氧化铂份额的方法(500)，包括以下步骤：根据当前运行状态基于模型确定(S501)氧化铂的当前份额；根据氧化铂的所述当前份额确定(S502)电压或/和电压变化；根据所述燃料电池(12、14)或/和所述车辆的可被预期的或/和请求的运行状态适配(S503)氧化铂的份额。2.根据权利要求1所述的方法(500)，其中，尤其是在所述燃料电池的启动或停止阶段时，通过将所述燃料电池堆的燃料电池放电至为小于或等于0.5伏的电压来降低(S504)氧化铂的份额。3.根据权利要求1或2所述的方法(500)，其中，通过适配在阴极侧供应的空气量来降低(S505)氧化铂的份额，从而降低所述燃料电池或所述燃料电池堆中的电压。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(500)，其中，通过提高所述燃料电池或所述燃料电池堆的输出功率来降低(S506)氧化铂的份额，从而降低所述燃料电池或所述燃料电池堆中的电压。5.根据权利要求4所述的方法(500)，其中，借助由一个所述燃料电池或多个所述燃料电池(12、14)输出的功率对电池(18)进行充电。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(500)，其中，通过降低所述燃料电池或所述燃料电池堆的输出功率同时提高通过电池引起的功率输出，来提高或至少维持(S507)氧化铂的份额。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(500)，其中，通过产生负的负载跃变来提高(S508)氧化铂的份额，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：奥迪股份公司，
类型：发明
国别省市：