用于活化燃料电池组的设备和方法技术

本发明专利技术公开用于活化燃料电池组的设备和方法，其通过在关断操作中采用真空润湿工序显著地减少活化所需要的时间和用于活化的氢的量。具体地，高湿度开路电压操作对燃料电池组进行增湿并在开路电压下运行燃料电池组，并且真空润湿操作通过在燃料电池组中产生真空气氛来使聚合物电解质膜的表面湿润。交替和重复进行高湿度开路电压操作和真空润湿操作。

【技术实现步骤摘要】
用于活化燃料电池组的设备和方法
本专利技术涉及燃料电池组的活化。更具体地，本专利技术涉及用于活化燃料电池组的设备和方法，通过在关断时采用真空润湿工艺，显著地减少活化所需要的时间和用于活化的氢的量。
技术介绍
由于公众对环境议题和CO2调节的关注和兴趣日益增长，在世界范围内对开发环境友好的车辆的需求在增加。因此，环境友好且高效率的燃料电池车辆吸引了很多的公众关注，其可以替代引起环境污染的内燃机车辆。具体地，在燃料电池车辆中，在组装燃料电池组即燃料电池车辆的核心部件之后，进行组活化工序以(1)确保存在三相电极反应区，(2)从聚合物电解质膜或电极中去除杂质，并且(3)提高聚合物电解质膜的离子导电率。通过确保这三个性质，燃料电池组能够显示出正常的性能特性。具体地，在燃料电池组的初始运行过程中，其活性在电化学反应中降低，由此为了使正常的初始性能最大化，需要进行组活化工序。该组活化工序也被称为预调节或制动(brake-in)，且其目的是活化不可以参与反应的催化剂并且通过使电解质膜和电极中所含的电解质充分水合来确保氢粒子通道。图1示出使用包括高电流密度放电和关断放电的脉冲工艺的常规的组活化方法/工艺的例子。如图1所示，常规的组活化方法配置成重复进行脉冲工序几到几十次，所述脉冲工序利用高电流密度放电和关断状态下的脉冲放电。然而，该常规的组活化方法例如对于220电池的子模块需要约1.5至2小时的处理时间。更详细地，根据常规的组活化方法，将高电流密度(1.2或1.4A/cm2)放电3分钟，并且在关断状态下将脉冲放电工序进行5分钟。这两个工序在活化工序完成之前总共重复进行约11次。然而，在通过脉冲放电的活化工序中使用的氢的量随处理时间的增加而增加。也就是，在关断状态中使用脉冲放电的常规活化方法可改变燃料电池组中的水流，从而增加活化率。然而，例如对于200电池的子模块，活化所需要的时间为约105分钟，并且活化所需要的氢的量为约2.9kg。结果，该方法需要长的处理时间和大量的氢，以致有效。上述在该
技术介绍
部分公开的信息仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此其可能含有不构成在该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术提供经真空润湿工艺活化燃料电池组的设备和方法，其相比于现有的活化工艺可以有效提高离子导电率，从而显著地减少用于活化的氢的量和完成活化所需要的时间。一方面，本专利技术提供用于活化燃料电池组的系统和方法。具体地，该系统和方法包括：高湿度开路电压操作，其对燃料电池组进行增湿并且在开路电压运行燃料电池组；和真空润湿操作，其通过在燃料电池组中产生真空气氛来使聚合物电解质膜的表面湿润。更具体地，高湿度开路电压操作和真空润湿操作交替和重复进行预定时期或预定数量的重复。在一个示例性实施方式中，真空润湿操作还可以切断氢和空气的供应，并且施加电流以消耗燃料电池组中的残余气体，从而在燃料电池组中产生真空气氛。此外，高湿度开路电压操作和真空润湿操作可以以固定的间隔重复进行，所述固定的间隔可以是，例如，对于高湿度开路电压操作2至5分钟并且对于真空润湿操作2至5分钟的预定时间。而且，在一些实施方式中，在高湿度开路电压操作中可以在100％或更高的相对湿度进行增湿工序。在另外的实施方式中，该方法还可以包括在重复进行高湿度开路电压操作和真空润湿操作之后进行的密封存储操作。另一方面，本专利技术提供用于活化燃料电池组的设备，该设备包括：活化主体，包括用于向燃料电池组供应氢的氢供应装置、用于向燃料电池组供应空气的空气供应装置、用于对燃料电池组进行增湿的增湿器；和控制器，用于控制活化主体，其中控制器控制活化主体交替和重复进行高湿度开路电压操作和真空润湿操作。在一个示例性实施方式中，活化主体可以包括与燃料电池组连接以使氢和空气流入到燃料电池组中的测试歧管。具体地，测试歧管可以与用于将燃料电池组安装至活化主体的组对接单元连接。而且，在一些实施方式中，该设备还可以包括用于传送待活化的燃料电池组的组传送单元。下面讨论本专利技术的其它方面和实施方式。附图说明现在将参考本专利技术的某些示例性实施方式来详细地描述本专利技术的上述和其它特征，其在所附附图中说明，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本专利技术的限制，其中：图1是示出活化燃料电池组的常规方法的流程图；图2是说明根据本专利技术的示例性实施方式的活化燃料电池组的方法的流程图；图3是示出在根据本专利技术的示例性实施方式的活化燃料电池组的方法中通过密封存储提高活性的图，其中示出根据密封存储时间的推移电流密度与电压之间的关系；图4是示出在根据本专利技术的示例性实施方式的活化燃料电池组的方法中通过密封存储提高活性的图，其中示出根据密封存储时间的推移开路电压与电阻之间的关系；且图5是示出根据本专利技术的另一个实施方式的用于活化燃料电池组的设备的构造的示意图。在附图中提到的附图标记包括对以下元件的参考，其在下面进一步讨论：100：活化主体110：测试歧管200：组对接单元300：组传送单元400：燃料电池组应当理解到，所附的附图并非必然是按比例的，其说明了本专利技术基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的代表。本文公开的本专利技术的具体设计特征，包括，例如，具体大小、方向、位置和形状将部分取决于具体的既定用途和使用环境。在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本专利技术的相同或等同部件。具体实施方式下面将详细地参照本专利技术的各个实施方式，其实施例图示在所附附图中，并在下文加以描述。尽管将结合示例性实施方式描述本专利技术，但应当理解，本说明书无意于将本专利技术局限于这些示例性实施方式。相反，本专利技术不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。本专利技术提供用于活化燃料电池组的设备、系统和方法，其通过重复进行将液滴引入到燃料电池组中的增湿操作和通过消耗燃料电池组中的残余气体产生真空气氛的真空润湿操作，在短时间内用极少量的氢实现燃料电池组的活化。下面将参照附图详细描述根据本专利技术的示例说明的实施方式的用于活化燃料电池组的设备。图5是示出根据本专利技术的示例说明的示例性实施方式的用于活化燃料电池组的设备的构造的示意图。本专利技术的设备将通过自动组装设备制造的燃料电池组活化，并包括用于在其中进行活化的活化主体100、用于传送制造的燃料电池组400的组传送单元300、和用于将通过组传送单元300所传送的燃料电池组400安装至活化主体100的组对接单元200。组对接单元200与活化主体100电连接使得燃料电池组400可以运行，并且与设置在活化主体100中的测试歧管110连接使得活化主体100中的氢和空气可以相应地流入到燃料电池组400中。而且，活化主体100配置成为活化燃料电池组提供恒定的条件，其中交替地和重复进行随后将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池组的活化方法，所述方法包括：高湿度开路电压操作，对燃料电池组进行增湿并且在开路电压运行燃料电池组；和真空润湿操作，通过在燃料电池组中产生真空气氛来使聚合物电解质膜的表面湿润，其中交替和重复进行所述高湿度开路电压操作和所述真空润湿操作。

【技术特征摘要】
2011.07.18 KR 10-2011-00712011.一种燃料电池组的活化方法，所述方法包括：增湿开路电压操作，对燃料电池组进行增湿并且在开路电压运行燃料电池组；和真空润湿操作，通过切断氢和空气的供应，并且施加电流以消耗燃料电池组中的残余气体，使聚合物电解质膜的孔湿润，其中交替和重复进行所述增湿开路电压操作和所述真空润湿操作。2.如权利要求1所述的方法，其中以固定间隔重复进行所述增湿开路电压操作和所述真空润湿操作。3.如权利要求2所述的方法，其中重复进行所述增湿开路电压操作2至5分钟的预定时间。4.如权利要求3所述的方法，其中重复进行所述真空润湿操作2至5分钟的预定时间。5.如权利要求1所述的方法，其中在所述增湿开路电压操作中，在100％或更高的相对湿度进行所述增湿。6.如权利要求1所述的方法，还包括在重复进行所述增湿开路电压操作和所述真空润湿操作之后进行的密封存储操作。7.一种用于活化燃料电池组的设备，所述设备包括：包括用于向燃料电池组供应氢的氢供应装置、用于向燃料电池组供应空气的空气供应装置、用于对燃料电池组进行增湿的增湿器的活化主体；和用于控制所述活化主体的控制器，其中所述控制器控制所述活化主体交替和重复进行增湿开路电压操作和真空润湿操作，其中所述增湿开路电压操作和所述真空润湿操作如权利要求1所限定。8.如权利要求7所述的设备，其中所述活化主体包括与燃料电池组连接以使氢和空气流入到...

【专利技术属性】
技术研发人员：李在爀，申焕秀，李盛根，秋炫硕，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：