燃料电池电堆及其停机方法技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池电堆及其停机方法，氮气吹扫燃料电池电堆，设置冷却液温度为第一温度，降低阴极和阳极的进气温度，设置露点温度低于第一温度，吹扫燃料电池电堆，高频电阻下降：若露点温度低于第二温度，设置冷却液温度为第二温度，设定进气温度大于第二温度，吹扫燃料电池电堆，高频电阻下降：采用氮气系统加压吹扫，排出膜电极毛细管中的残留水，高频电阻的值大于其干态电阻值的90％，通过阶段性降温，以及在阶段性降温的过程中对高频电阻检测，使得电堆在停机的过程中，电堆不会因快速降温产生大量的冷凝水，也不会因为电堆的湿度过低导致膜干，提高了电堆的性能和寿命；在吹扫过程中加入压力的变化，有利于排出膜电极中的水。极中的水。极中的水。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池电堆及其停机方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种燃料电池电堆及其停机方法。

技术介绍

[0002]质子交换燃料电池是一种将氢燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的装置，其生成物只有水，具有能量转换效率高，无污染、服役寿命长、功率密度高等有点，目前已成为电池储能技术方向的研究热点。
[0003]燃料电池电堆的开发过程中，需要通过电堆测试平台进行大量测试，测试台阴阳极加湿系统、以及燃料电池发生的氢氧催化反应，都会使电堆内部产生气态水和液态水。在停机时，如果未能有效地将膜电极中的水排出，则当电堆处于冰点以下温度时，电堆中的水容易结冰，造成阻止反应气体传输、堵塞反应活性面积、破坏膜电极结构、导致膜穿孔等问题，严重影响膜电极的性能。但是，若停机时膜快速干燥，则又容易使膜脱水，可能发生机械损伤。
[0004]目前，燃料电池的测试过程中，并没有统一的开关机方法，因此需要一种合适的停机方式，来控制停机后的水含量，专利202010047923.8通过将冷却液温度调节至预设温度，使系统内水蒸气冷凝为液态水之后在吹扫排出，但吹扫时间长；其他专利通过氢气和空气吹扫、导致膜电极维持在高电位，易造成不可逆的碳腐蚀。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中停机后的膜电极的含水量不合适的缺陷，提供一种燃料电池电堆及其停机方法。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0007]一种燃料电池电堆的停机方法，包括：r/>[0008]S1：电堆断载，切换阴阳极进气为氮气吹扫电堆，将冷却液的温度设置为T1，所述氮气的吹扫温度大于或等于T1，并获取露点温度和膜电极的高频电阻信息；若所述电堆中的膜电极的高频电阻降至其干态电阻的第一比例，则执行下一步；
[0009]S2：将所述冷却液温度设置为T2，设定所述氮气温度大于T2，吹扫电堆，直至所述阴极和阳极的露点温度降至电堆所处外界环境温度，持续吹扫，若所述电堆的膜电极的高频电阻至其干态电阻的第二比例，则执行下一步；
[0010]S3：所述氮气系统循环操作如下步骤，每一次循环所述氮气系统先加压然后快速泄压至常压，之后在常压下持续吹扫一段时间，待所述高频电阻的值大于其干态电阻值的第三比例，则所述氮气系统停止吹扫，电堆停机完成；
[0011]其中，所述T1大于所述T2，所述T1低于电堆运行时的冷却液温度；
[0012]所述第一比例、所述第二比例、所述第三比例依次增大。露点露点在本方案中，通过阶段性降温，以及在阶段性降温的过程中对燃料电池电堆的膜电极的高频电阻检测，使得在燃料电池电堆在停机的过程中，电堆不会因快速降温产生大量的冷凝水，也不会因为
电堆的湿度过低导致膜干，提高了电堆的性能和寿命；同时在吹扫过程中加入压力的变化，有利于排出膜电极中的水，使得停机后的膜电极中的含水量保持在合理的水平。
[0013]较佳地，在所述步骤S1中，待冷却液的温度设置为T1后，还包括：关闭所述阴极和阳极的加湿装置，以及与所述加湿装置连接的加热装置。
[0014]在本方案中，关闭阴极和阳极加湿，使得露点温度降低，进入燃料电池电堆的气体的相对湿度逐渐下降，同时逐渐带出燃料电池电堆内部的水，使得膜电极中的含水量保持在较合理的水平。
[0015]较佳地，在所述步骤S2中，还包括：
[0016]待所述电堆的膜电极的高频电阻至其干态电阻的第二比例时，还包括：关闭气体加热装置和冷却液。
[0017]在本方案中，关闭气体加热装置，防止进入燃料电池电堆的气体快速带走燃料电池电堆中的水，关闭冷却液温度控制，使得燃料电池电堆不会因快速降温产生大量的冷凝水，使得膜电极中的含水量保持在较合理的水平。
[0018]较佳地，在步骤S3中，所述氮气系统的每一次循环的具体步骤为：
[0019]将所述阴极和所述阳极的氮气加压到至少100kpa，之后快速泄压至常压，并在该压力下持续吹扫5
‑
10min。
[0020]在本方案中，采用上述技术方案，可以将燃料电池电堆膜电极中毛细管中的残留水排出，提高燃料电池电堆的高频电阻，快速完成燃料电池的停机。
[0021]较佳地，所述T1为50
‑
65℃，所述T2为35
‑
45℃；和/或，所述第一比例的范围是60
‑
75％；所述第二比例的范围为76
‑
85％，所述第三比例的范围为不低于90％。
[0022]在本方案中，采用上述不同的阶段性控温，使燃料电池电堆不会因为快速降温产生大量的冷凝水，使得燃料电池电堆中的含水量保持在较合理的水平；才用上述阶梯式的电阻比例变化，有利于保证冉莲电池电堆的水保持在相对较合理的水平，防止膜电极的含水量快速变化导致膜干，保证了燃料电池电堆的性能和寿命。
[0023]较佳地，所述步骤S1之前还包括：
[0024]在所述电堆断载时，先执行氮气吹扫直至单节单电池的电压均降至设定阈值之下，再将所述冷却液的温度设置为T1。
[0025]在本方案中，氮气吹扫直至单节电池的电压降低至设定阈值之下，将冷却液的温蒂设置为T1，有利于快速将燃料电池电堆停机。
[0026]较佳地，任一所述单节单电池的电压在设定阈值之上，所述氮气采用第一流量吹扫；
[0027]所述单节单电池的电压均降至设定阈值之下，所述氮气采用第二流量吹扫；其中所述第二流量小于所述第一流量。
[0028]在本方案中，氮气吹扫燃料电池电堆，排出残留在燃料电池电堆内部和管道中的氢气和空气，避免燃料电池电堆处于高压下，膜电极容易发生电化学腐蚀，根据单节电池的电压值控制氮气的吹扫流量，可以快速高效保证膜电极的含水量保持在合理水平，有利于燃料电池电堆快速停机。
[0029]较佳地，所述第一流量为80
‑
100L/min，所述第二流量为30
‑
50L/min。设定合理的流量可以快速且高效地保证膜电极的含水量，完成燃料电池电堆的停机。
[0030]较佳地，步骤S2中，所述T2的设定值比当前电堆内部的露点温度高5
‑
10℃。
[0031]在本方案中，T2设置在上述范围内，有利于快速降低燃料电池电堆的电压，便于快速完成燃料电池电堆的停机。
[0032]一种燃料电池电堆，所述燃料电池电堆还包括：
[0033]氮气系统，包括氮气管路，氮气管路与电堆的氢气和空气供气系统连通；
[0034]冷却系统，所述冷却系统中设置有冷却液和冷却液的温度控制装置；
[0035]信号采集模块单元，包括进出电堆的气体温度、压力、露点、电堆总电压、电流、单节电池电压、高频阻抗监测装置；
[0036]控制器，所述控制器，被配置为执行如上任一所述的燃料电池电堆的停机方法。
[0037]在本方案中，氮气系统包括的氮气管路，燃料电池电堆中含有冷却系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆的停机方法，其特征在于，包括：S1：电堆断载，切换阴阳极进气为氮气吹扫电堆，将冷却液的温度设置为T1，所述氮气的吹扫温度大于或等于T1，并获取露点温度和膜电极的高频电阻信息；若所述电堆中的膜电极的高频电阻降至其干态电阻的第一比例，则执行下一步；S2：将所述冷却液温度设置为T2，设定所述氮气温度大于T2，吹扫电堆，直至所述阴极和阳极的露点温度降至电堆所处外界环境温度，持续吹扫，若所述电堆的膜电极的高频电阻至其干态电阻的第二比例，则执行下一步；S3：所述氮气系统循环操作如下步骤，每一次循环所述氮气系统先加压然后快速泄压至常压，之后在常压下持续吹扫一段时间，待所述高频电阻的值大于其干态电阻值的第三比例，则所述氮气系统停止吹扫，电堆停机完成；其中，所述T1大于所述T2，所述T1低于电堆运行时的冷却液温度；所述第一比例、所述第二比例、所述第三比例依次增大。2.如权利要求1所述的燃料电池电堆的停机方法，其特征在于，在所述步骤S1中，待冷却液的温度设置为T1后，还包括：关闭所述阴极和阳极的加湿装置，以及与所述加湿装置连接的加热装置。3.如权利要求1所述的燃料电池电堆的停机方法，其特征在于，在所述步骤S2中，待所述电堆的膜电极的高频电阻至其干态电阻的第二比例时，还包括：关闭气体加热装置和冷却液。4.如权利要求1所述的燃料电池电堆的停机方法，其特征在于，在步骤S3中，所述氮气系统的每一次循环的具体步骤为：将所述阴极和所述阳极的氮气加压到至少100kpa，之后快速泄压至常压，并在该压力下持续吹扫5
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10min。5.如权利要求1所述的燃料电池电堆的停机方法，其特征在于，所述T1为50...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹吟桥，杨敏，李振，方英军，万玲玉，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：