一种燃料电池运行方法技术

本发明专利技术的实施例提供了一种燃料电池运行方法，该方法涉及燃料电池技术领域，该方法包括：在氢氧燃料电池电堆启动后且实时平均单片电压小于第一预设电压时，控制实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得实时平均单片电压小于第二预设电压；在第一预设时间段后控制实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比并且使得在第一预设时间段后的第二预设时间段内实时平均单片电压大于或等于第一预设电压；在第一预设时间段内，氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变；在第一预设时间段内，当氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，排气阀持续保持完全开启状态。该方法能够快速恢复燃料电池的性能。够快速恢复燃料电池的性能。够快速恢复燃料电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池运行方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
具体而言，涉及一种燃料电池运行方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种把燃料（如氢气）和氧化剂（如空气中的氧气）中的化学能直接转换为电能的发电装置。燃料电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，分别在燃料电堆的阳极及阴极发生电化学反应。理论上，只要反应物不断输入，燃料电池就能连续发电。与传统内燃机相比，燃料电池不会产生二氧化碳等有害气体，是一种清洁高效的能源供应方式。目前，氢燃料电池具有高能量转化率、低噪音和零排放等优点，可广泛应用于交通工具如汽车、飞机和列车等领域，并且还可以应用于固定电站。
[0003]燃料电池在运行过程中性能会逐渐衰减，其中一部分衰减是不可逆的，如催化剂的溶解流失、催化剂颗粒变大、质子交换膜中微孔增多增大等；另外一部分衰减是可逆的，如阴极侧的催化剂Pt的表面逐渐被氧化成PtO。由于PtO催化氧气还原的能力不如Pt，因此，燃料电池的性能会随着PtO的增多而变差。如果将PtO及时还原回Pt，可以及时地恢复催化剂的催化能力，并可避免其进一步反应生成Pt
2+
导致不可逆衰减。
[0004]目前，可以通过在电堆上加一个外电源把阳极侧的氢气氧化，生成的质子通过质子交换膜迁移到阴极侧，质子及来自外电源的电子与PtO结合生成Pt，从而将PtO还原回Pt。但是该技术方案由于需要增加外电源，导致实际应用存在着成本高、设计复杂等问题。并且在该方案中，为了使泵氢能够进行，必须对阳极侧的氢气进行大量加湿，而目前燃料电池系统尤其是车用燃料电池系统都不再配备给氢气加湿的装置，而是通过燃料电池发电过程中在阴极侧产生的水扩散通过质子交换膜后给阳极加湿，所以，泵氢不能执行。另外，对于上述方案，泵氢不能在燃料电池运行过程中进行。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种燃料电池运行方法，通过短时降低空气计量比以及控制氢气供给模块、氧气供给模块和排气阀进行配合，能够有效把PtO还原成Pt，快速恢复燃料电池的性能，不影响燃料电池发电运行，同时尽可能减少氢氧燃料电池电堆的不可逆衰减。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供一种燃料电池运行方法，应用于汽车，所述汽车包括整车控制器、监测模块、燃料电池运行控制模块和氢氧燃料电池电堆；其中，所述燃料电池运行方法，包括：利用所述监测模块对所述氢氧燃料电池电堆进行监测，以获取所述氢氧燃料电池电堆的实时平均单片电压以及实时空气计量比；在启动所述氢氧燃料电池电堆时，利用所述整车控制器通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比；在所述氢氧燃料电池电堆启动后且所述实时平均单片电压小于第一预设电压时，利用所述整车控
制器通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得所述实时平均单片电压小于第二预设电压，其中，所述第二预设空气计量比小于所述第一预设空气计量比，所述第二预设电压小于所述第一预设电压；利用所述整车控制器在所述实时空气计量比降低至所述第二预设空气计量比时开始计时，并在第一预设时间段后通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比大于或等于所述第一预设空气计量比并且使得在所述第一预设时间段后的第二预设时间段内所述实时平均单片电压大于或等于所述第一预设电压；在所述第一预设时间段内，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变；以及在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀持续保持完全开启状态。
[0007]在本专利技术的可选实施例中，所述预设开启程度大于所述氢气供给模块或所述氧气供给模块的开启程度。
[0008]在本专利技术的可选实施例中，所述氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，所述氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变，所述第一正弦波与所述第二正弦波相同。
[0009]在本专利技术的可选实施例中，所述氢气供给模块的开启程度根据如下公式确定：OD1=A
‑
0.1
×
c
×
sin(t)；其中，OD1表示所述氢气供给模块的开启程度，A表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氢气供给模块对应的开启程度，c为预设微调参数，0.1
×
c
×
sin(t)表示所述第一正弦波，t表示时间变量；所述氧气供给模块的开启程度根据如下公式确定：OD2=B
‑
0.1
×
c
×
sin(t)；其中，OD2表示所述氧气供给模块的开启程度，B表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氧气供给模块对应的开启程度。
[0010]在本专利技术的可选实施例中，所述氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，所述氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变，所述第一正弦波与所述第二正弦波的相位相差180
°
。
[0011]在本专利技术的可选实施例中，所述氢气供给模块的开启程度根据如下公式确定：OD3=A
‑
0.1
×
c
×
sin(t)；其中，OD3表示所述氢气供给模块的开启程度，A表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氢气供给模块对应的开启程度，c为预设微调参数，0.1
×
c
×
sin(t)表示所述第一正弦波，t表示时间变量；所述氧气供给模块的开启程度根据如下公式确定：OD4=B
‑
0.1
×
c
×
sin(t+π)；其中，OD4表示所述氧气供给模块的开启程度，B表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氧气供给模块对应的开启程度，0.1
×
c
×
sin(t+π)表示所述第二正弦波。
[0012]在本专利技术的可选实施例中，第一方面所述的方法还包括：在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度小于或等于所述预设开启程度时，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀按照预设脉冲周期性开启和关闭。
[0013]在本专利技术的可选实施例中，第一方面所述的方法还包括：在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度小于或等于所述预设开启程度时，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀的开启程度按照如下公式周期性改变：OD5=d
×
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池运行方法，其特征在于，应用于汽车，所述汽车包括整车控制器、监测模块、燃料电池运行控制模块和氢氧燃料电池电堆；其中，所述燃料电池运行方法，包括：利用所述监测模块对所述氢氧燃料电池电堆进行监测，以获取所述氢氧燃料电池电堆的实时平均单片电压以及实时空气计量比；在启动所述氢氧燃料电池电堆时，利用所述整车控制器通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比；在所述氢氧燃料电池电堆启动后且所述实时平均单片电压小于第一预设电压时，利用所述整车控制器通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得所述实时平均单片电压小于第二预设电压，其中，所述第二预设空气计量比小于所述第一预设空气计量比，所述第二预设电压小于所述第一预设电压；利用所述整车控制器在所述实时空气计量比降低至所述第二预设空气计量比时开始计时，并在第一预设时间段后通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比大于或等于所述第一预设空气计量比并且使得在所述第一预设时间段后的第二预设时间段内所述实时平均单片电压大于或等于所述第一预设电压；在所述第一预设时间段内，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变；以及在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀持续保持完全开启状态。2.根据权利要求1所述的燃料电池运行方法，其特征在于，所述氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，所述氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变，所述第一正弦波与所述第二正弦波相同。3.根据权利要求2所述的燃料电池运行方法，其特征在于，所述氢气供给模块的开启程度根据如下公式确定：OD1=A
‑
0.1
×
c
×
sin(t)；其中，OD1表示所述氢气供给模块的开启程度，A表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氢气供给模块对应的开启程度，c为预设微调参数，0.1
×
c
×
sin(t)表示所述第一正弦波，t表示时间变量；所述氧气供给模块的开启程度根据如下公式确定：OD2=B
‑
0.1
×
c
×
sin(t)；其中，OD2表示所述氧气供给模块的开启程度，B表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氧气供给模块对应的开启程度。4.根据权利要求1所述的燃料电池运行方法，其特征在于，所述氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，所述氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变，所述第一正弦波与所述第二正弦波的相位相差180
°
。5.根据权利要求4所述的燃料电池运行方法，其特征在于，所述氢气供给模块的开启程度...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐志刚，
申请(专利权)人：北京新研创能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：