用于执行原地燃料电池组再生的自动程序制造技术

一种用于再生燃料电池组的方法。该方法包括基于预定的再生触发条件确定是否需要燃料电池组再生，确定是否满足预定的系统约束，如果满足则允许进行燃料电池组的再生，以及确定先前是否已尝试再生过程，并且倘若是，则确定是否在这些尝试期间已超过预定的再生极限。如果出现一个或多个再生触发条件、满足预定的系统约束且未超过预定的再生极限，则启动再生过程。再生过程将燃料电池组的阴极侧的湿度水平提高到正常运行状态期间的阴极侧的湿度水平以上，并在提高阴极的湿度水平之后等待润湿燃料电池组中的电池膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及用于再生燃料电池组的系统和方法，更具体地涉及用于再生燃 料电池组的如下系统和方法，其包括在不施加电池组负载的情况下在系统关闭时提高电池 组的阴极侧的湿度水平以水合电池膜，并向燃料电池组的阳极侧提供氢，使得氢穿过膜到 达阴极侧并与氧反应以减少污染物，其中系统监控再生事件触发、再生阀值和极限以及再 生系统校验，使得能够在车辆运行期间提供再生过程。
技术介绍
由于氢是清洁的并且可用于在燃料电池中有效地产生电，所以氢是非常有吸引力 的燃料。氢燃料电池是包括其间具有电解质的阳极和阴极的电化学装置。阳极接收氢气， 而阴极接收氧或空气。氢气在阳极催化剂处分解，以产生自由质子和电子。质子穿过电解 质到达阴极。质子在阴极催化剂处与氧和电子反应，以产生水。来自阳极的电子不能穿过 电解质，并因此在被送到阴极之前被引导通过负载以做功。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是用于车辆的常见燃料电池。PEMFC通常包括诸如 全氟离子交换膜的固态聚合物电解质质子传导膜。阳极和阴极通常但不总是包括通常支撑 在碳颗粒上并与离聚物混合的、通常为诸如钼(Pt)的高活性催化剂的微细催化剂颗粒。催 化混合物沉积在膜的相对侧上。阳极催化混合物、阴极催化混合物和膜的组合限定膜电极 组件(MEA)。MEA制造起来相对昂贵，并且需要一定的条件以便有效操作。通常将多个燃料电池结合成燃料电池组，以产生预期的功率。例如，典型的用于车 辆的燃料电池组可具有两百或更多个堆叠的燃料电池。燃料电池组接收阴极输入气体，其 通常为通过压缩机迫使通过电池组的空气流。电池组没有消耗所有的氧，而是一些空气作 为阴极排出气体被输出，阴极排出气体可包括作为电池组副产物的水。燃料电池组还接收 流入电池组的阳极侧的阳极氢输入气体。燃料电池组包括在电池组中定位在多个MEA之间的一系列双极板，其中双极板和 MEA定位在两个端板之间。双极板包括用于电池组中的相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。 在双极板的阳极侧上设置有允许阳极反应气体流向相应的MEA的阳极气体流场。在双极板 的阴极侧上设置有允许阴极反应气体流向相应的MEA的阴极气体流场。一块端板包括阳极 气体流动通道，而另一块端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由诸如不锈钢或导电 复合物的导电材料制成。端板将燃料电池产生的电从电池组传到出去。双极板还包括冷却 流体流过其中的流动通道。燃料电池内的膜需要具有足够的含水量，使得横跨膜的离子阻力低到足以有效地 传导质子。膜增湿可通过电池组的水副产物或通过外部增湿。反应物通过电池组的流动通 道的流动对电池膜具有干燥作用，并且在反应物流动的入口处最显著。然而，水滴在流动通 道内的积聚会阻止反应物流过，并且由于低的反应气体流动可能使电池失效，从而影响电 池组的稳定性。水在反应气体流动通道内、以及在气体扩散层(GDL)内的积聚在低的电池 组输出负载时尤其麻烦。如上所述，水作为电池组操作的副产物而产生。因此，来自电池组的阴极排出气体 通常会包括水蒸汽和液态水。本领域已知的是将水蒸汽输送(WVT)单元用于俘获阴极排出 气体中的一些水，以及将水用于增湿阴极输入气流。诸如膜的水输送元件一侧处的阴极排 出气体中的水由水输送元件吸收并输送至水输送元件另一侧的阴极气流。在燃料电池系统中，存在在电池膜中造成电池组性能的永久损失的许多机构，诸 如催化剂活性的损失、催化剂载体腐蚀和针孔形成。然而，存在可造成大致可逆的电池组电 压损失的其他机构，诸如电池膜干透、催化剂氧化物形成、以及污染物在电池组的阳极侧和 阴极侧上的积累。因此，本领域存在一种需求，即清除生成的氧化物和积累的污染物，以及 再水合电池膜，恢复燃料电池组中的电池电压的损失。湿操作-也就是说具有高湿量的操作对于系统增湿、性能和污染清除是合乎需要 的。然而，存在操作具有较低湿量、也称为干状态的燃料电池组的各种理由。例如，湿操作 由于水的积累可导致燃料电池稳定性问题，并且还会造成导致碳腐蚀的阳极饥饿。另外，由 于液态水在燃料电池组中的不同位置处冻结，所以湿操作在冷冻状态下可能成为问题。因 此，本领域需要已对非湿运行状态进行了优化的系统。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开一种用于再生燃料电池组的方法。该方法包括基于预定 的再生触发条件确定是否需要燃料电池组再生，确定是否满足预定的系统约束，这种满足 允许出现燃料电池组的再生，以及确定先前是否已尝试再生过程，并且倘若是，则确定在那 些尝试期间是否已超过预定的再生极限。如果已出现一个或多个再生触发条件、满足预定 的系统约束且未超过预定的再生极限，则启动再生过程。再生过程将燃料电池组的阴极侧 的湿度水平提供到正常运行状态期间的阴极侧的湿度水平以上，并在提高阴极的湿度水平 之后等待润湿燃料电池组中的电池膜。方案1. 一种用于再生燃料电池组的方法，所述方法包括基于多个再生触发条件确定是否需要燃料电池组再生；确定是否满足将允许燃料电池组进行再生的预定的系统约束；确定先前是否已尝试了再生过程，倘若是，则确定是否已超过预定的再生极限；如果出现了一个或多个所述再生触发条件、满足所述预定的系统约束且未超过所 述预定的再生极限，则确定继续燃料电池组再生；以及通过下列操作来执行燃料电池组再生将燃料电池组的阴极侧的湿度水平提高到 正常运行状态期间的阴极侧的湿度水平以上，并且在提高阴极侧的湿度水平之后等待润湿 燃料电池组中的电池膜。方案2.根据方案1所述的方法，其中，确定是否需要燃料电池组再生包括下列操 作中的一个或多个确定自上次燃料电池组再生以来车辆驱动的次数是否已超过预定次 数，确定自上次再生以来是否已超过一定时间，确定燃料电池系统的性能是否低于预定极 限以及确定是否出现低电池组电压或电池组膜干透。方案3.根据方案1所述的方法，其中，确定是否满足系统约束包括下列操作中的 一个或多个确定车辆的燃料水平是否低于预定的燃料水平，确定电池组稳定性是否满足 最低标准，确定是否满足预定的防冻约束，确定燃料电池组温度是否低于预定的最小阀值以及确定是否存在任何约束设备平衡的问题。方案4.根据方案1所述的方法，其中，确定先前是否已尝试再生过程包括确定先 前的再生过程的次数是否超过一定阀值，确定先前的再生过程是否有效以及确定先前的再 生过程是否失败。方案5.根据方案4所述的方法，其中，确定先前的再生过程是否有效包括确定在 关闭之前是否充分增湿了燃料电池组，否则就确定所述再生失败；确定是否合适地执行了 还原步骤，否则就确定所述再生失败；确定系统是否保持关闭了预期量的时间，否则就将所 述再生视为失败；以及确定没有再生中止命令，倘若有，则将所述再生视为失败；否则就将 所述再生视为成功。方案6.根据方案1所述的方法，还包括如果满足某些预定标准，则终止再生。方案7.根据方案6所述的方法，其中，用于终止再生的预定标准包括低燃料水 平、电池组稳定性下降到低于最低预定水平、不满足防冻约束、燃料电池组的温度下降到低 于预定最低温度、出现设备平衡问题以及燃料电池组在关闭之前没能满足最低水合标准。方案8.根据方案1所述的方法，其中，执行再生包括在燃料电池组关闭期间提供 氢来覆盖阴极侧，以及等待污染物由于提高的湿度水平和所述氢覆盖而被清除。方案9.根据方案1所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于再生燃料电池组的方法，所述方法包括：基于多个再生触发条件确定是否需要燃料电池组再生；确定是否满足将允许燃料电池组进行再生的预定的系统约束；确定先前是否已尝试了再生过程，倘若是，则确定是否已超过预定的再生极限；如果出现了一个或多个所述再生触发条件、满足所述预定的系统约束且未超过所述预定的再生极限，则确定继续燃料电池组再生；以及通过下列操作来执行燃料电池组再生：将燃料电池组的阴极侧的湿度水平提高到正常运行状态期间的阴极侧的湿度水平以上，并且在提高阴极侧的湿度水平之后等待润湿燃料电池组中的电池膜。

【技术特征摘要】
US 2009-10-16 12/5809121.一种用于再生燃料电池组的方法，所述方法包括基于多个再生触发条件确定是否需要燃料电池组再生；确定是否满足将允许燃料电池组进行再生的预定的系统约束；确定先前是否已尝试了再生过程，倘若是，则确定是否已超过预定的再生极限；如果出现了一个或多个所述再生触发条件、满足所述预定的系统约束且未超过所述预 定的再生极限，则确定继续燃料电池组再生；以及通过下列操作来执行燃料电池组再生将燃料电池组的阴极侧的湿度水平提高到正常 运行状态期间的阴极侧的湿度水平以上，并且在提高阴极侧的湿度水平之后等待润湿燃料 电池组中的电池膜。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定是否需要燃料电池组再生包括下列操作中 的一个或多个确定自上次燃料电池组再生以来车辆驱动的次数是否已超过预定次数，确 定自上次再生以来是否已超过一定时间，确定燃料电池系统的性能是否低于预定极限以及 确定是否出现低电池组电压或电池组膜干透。3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定是否满足系统约束包括下列操作中的一个 或多个确定车辆的燃料水平是否低于预定的燃料水平，确定电池组稳定性是否满足最低 标准，确定是否满足预定的防冻约束，确定燃料电池组温度是否低于预定的最小阀值以及 确定是否存在任何约束设备平衡的问题。4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定先前是否已尝试再生过程包括确定先前的 再生过程的次数是否超过一定阀值，确定先前的再生过程是否有效以及确定先前的再生过 程是否失败。5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定先前的再生过程是否有效包括确定在关闭 之前是否充分增湿了燃料电池组，否则就确定所述再生失败；确定是否合适地执行了还原 步骤，否则就确定所述再生失败；确定系统是否保持关闭了预期量的时间，否则就将所述再 生视为失败；以及确定没有再生中止命令，倘若有，则将所述再生视为失败；否则就将所述 再生视为成功。6.根据权利要求1所述的方法，还包括如果满足某些预定标准，则终止再生。7.根据权利要求6所述的方法，其中，用于终止再生的预定标准包括低燃料水平、电 池组稳定性下降到低于最低预定水平、不满足防冻约束、燃料电池组的温度下降到低于预 定最低温度、出现设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：DT福姆斯比，JP萨瓦多，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]