9]當(dāng)控制器180檢測(cè)到起動(dòng)關(guān)(start off)時(shí)，控制器180使氫和空氣增壓輸送(supercharge),以除去殘留在燃料電池堆120中的水,并對(duì)堆負(fù)載150施加電壓，以除去殘留在燃料電池堆120中的液滴。
[0040]此外，使用供應(yīng)到燃料電池堆120的陰極124的空氣，可除去在燃料電池堆120的通道(channel)中殘留的液滴。在這種情況下，控制器180向堆負(fù)載150施加電流，以便從堆負(fù)載150中產(chǎn)生熱量。從堆負(fù)載150產(chǎn)生的熱量使空氣加溫，生成熱空氣，并且熱空氣被吹掃，然后被供應(yīng)到燃料電池堆120，從而干燥并除去水。換言之，控制器180可以通過(guò)向陰極124供應(yīng)由通過(guò)施加電流而從堆負(fù)載150生成的熱量加溫后的干燥空氣來(lái)除去液滴。或者，當(dāng)控制器180檢測(cè)到起動(dòng)關(guān)時(shí)，控制器180能通過(guò)吹掃氫來(lái)除去殘留在燃料電池堆120中的水，也就是MEA中的水。
[0041]隨后，控制器180停止向燃料電池堆120供應(yīng)氫和空氣，并使得殘留在燃料電池堆120中的氫和氧發(fā)生反應(yīng)，這樣從燃料電池堆120中除去氫和氧。換言之，控制器180通過(guò)停止向燃料電池堆120供應(yīng)氫和空氣并且使氫和氧反應(yīng)一段時(shí)間(5到10秒)來(lái)除去氫和氧。如所知，在燃料電池堆120的陽(yáng)極122與陰極124之間的電化學(xué)反應(yīng)中，由于氧的耗盡速度比氫快兩倍，因此氧更早被除去。當(dāng)殘余的氧被最大程度除去時(shí)，能夠防止在鉬的表面上形成氧化膜，其中該氧化膜能在燃料電池堆120停止產(chǎn)生電力時(shí)形成。隨后，控制器180正常對(duì)燃料電池堆120中的陽(yáng)極122供應(yīng)氫，并停止鼓風(fēng)機(jī)130的操作，從而阻斷對(duì)陰極124供應(yīng)空氣。
[0042]控制器180將從燃料電池堆120生成的電流施加于堆負(fù)載150，以便調(diào)節(jié)電池電壓(cell voltage)使其不高于被設(shè)置成用于防止陽(yáng)極122和陰極124腐蝕的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)向陽(yáng)極122正常供應(yīng)氫時(shí)，可以追加除去殘留在陰極124中的氧。其后，控制器180可以通過(guò)向連接至燃料電池堆120的堆負(fù)載150施加靜電流來(lái)誘導(dǎo)陰極124中氫的生成。換言之，當(dāng)在陰極124含氧不足的條件下將靜電流施加于堆負(fù)載150，而后電池電壓維持在預(yù)設(shè)電壓(反向電壓)數(shù)分鐘時(shí)，氫離子(H+)，即從陽(yáng)極122生成的質(zhì)子，被還原成氫，從而可通過(guò)“氫泵(hydrogenpumping) ”從陰極124生成氫。
[0043]2H++2丨=>H2 (氫泵)
[0044]從陰極124生成的氫可以被化學(xué)吸附于陰極124的催化劑的表面上。即使當(dāng)氧從外部被引入燃料電池堆120時(shí)，經(jīng)化學(xué)吸附的氫也可以防止在催化劑的表面上形成氧化物。
[0045]此外，控制器180可以追加向陰極124吹掃氫。為此，控制器180允許使供氫管113連接到陰極124的入口而非陽(yáng)極122的入口，從而直接向陰極124吹掃氫。
[0046]直接被吹掃到陰極124上的氫可被化學(xué)吸附在陰極124上形成的鉬催化劑的表面上。即，在陽(yáng)極122和陰極124上形成的用于加速氫和空氣的電化學(xué)反應(yīng)的催化劑層中，當(dāng)被吹掃的氫被化學(xué)吸附在形成在陽(yáng)極124上的催化劑層的表面上時(shí)，即使空氣流入陽(yáng)極122，也能夠防止在催化劑層的表面形成氧化物。當(dāng)氫被化學(xué)吸附后，陽(yáng)極122和陰極124被拆卸(detach)、密封并儲(chǔ)存。
[0047]圖2示出本發(fā)明的一實(shí)施例的燃料電池管理方法的流程圖。參考圖1和圖2，控制器180控制供氫閥112和鼓風(fēng)機(jī)130以便使氫和空氣分別增壓輸送到燃料電池堆120的陽(yáng)極122和陰極124(S201)。增壓輸送后的氫和空氣推動(dòng)殘留在燃料電池堆120中的液滴(水)，以便從燃料電池堆120中除去它們(S203)。在這種情況下，電流被施加到堆負(fù)載150，使堆負(fù)載150工作來(lái)生成熱量，所生成的熱量對(duì)空氣進(jìn)行加溫，加溫后的空氣被吹掃并被增壓輸送到燃料電池堆120，從而干燥并除去燃料電池堆120通道中存在的水。
[0048]此后，控制器180控制供氫閥112和鼓風(fēng)機(jī)130以停止向陽(yáng)極122和陰極124供應(yīng)氫和空氣。此外，殘留在燃料電池堆120中的氫和氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)以便除去燃料電池堆120中的氫和氧(S203)。殘留在燃料電池堆120中的氧與氫反應(yīng)，以便熱消耗從堆負(fù)載150生成的電力，從而除去殘留在燃料電池堆120的陰極124中的氧，并除去電池電壓(陰極氧消耗(COD:cathode oxygen deplet1n)關(guān)斷)。
[0049]此后，當(dāng)電池電壓的最小電池電壓達(dá)到預(yù)設(shè)電壓(Vl)時(shí)，控制器180控制供氫閥122再次向陽(yáng)極122供應(yīng)氫，并向堆負(fù)載150施加電流，以便將電池電壓降至預(yù)設(shè)電壓(V2)(S205)。控制器180接著向堆負(fù)載150施加靜電流，以便從陰極124完全除去氧(S207)并且誘導(dǎo)陰極124中氫的生成(S209)。此外，供氫管113連接到陰極124的入口而非陽(yáng)極122的入口，從而直接向陰極124吹掃氫(S211)。
[0050]誘導(dǎo)陰極124中氫生成的步驟(S209)和直接向陰極124吹掃氫的步驟(S211)兩者都可以進(jìn)行，或者可進(jìn)行兩個(gè)步驟(S209和S211)中的任一個(gè)。
[0051]被吹掃的氫或者被充入陰極124的氫可被化學(xué)吸附于催化劑層的表面上，用于加速氫和氧的反應(yīng)。將氫化學(xué)吸附后，燃料電池堆120被分離(S213)，并且陽(yáng)極122和陰極124 被密封(S215)。
[0052]顯然，該燃料電池管理方法200可應(yīng)用于燃料電池堆120生產(chǎn)出來(lái)后的長(zhǎng)期儲(chǔ)存或車輛停放期間，以及車輛的短期熄火期間。
[0053]圖3示出根據(jù)各種燃料電池管理方法比較燃料電池堆性能的下降率的表格，圖4示出圖3所示的各種燃料電池管理方法的相對(duì)于基準(zhǔn)的燃料電池堆的劣化程度的圖表。
[0054]參考圖3和圖4，基準(zhǔn)表示一種僅包括COD關(guān)斷(COD shutdown)步驟和密封陽(yáng)極和陰極的步驟的燃料電池管理方法。此外，有幾種燃料電池管理方法，每個(gè)包括以下步驟:COD關(guān)斷后使用工具完全密封陽(yáng)極和陰極、向陰極吹掃氫、誘導(dǎo)陰極中氫的生成(空氣制動(dòng)(air braking))、向陽(yáng)極吹掃空氣、以及向陰極和陽(yáng)極吹掃空氣。圖3和圖4描繪了根據(jù)這些燃料電池管理方法的活化后的平均電壓、7天后的電壓、其差、以及劣化率。
[0055]在這些燃料管理方法中，序號(hào)2、3表示本發(fā)明的燃料電池管理方法。參考圖4，當(dāng)供氫管113與陰極124的入口連接時(shí)，向陰極124吹掃氫I分鐘，可以明確的是，氫被吸附在陰極124的鉬催化劑上，并且7天后的電壓下降僅為lmV。其劣化率僅為0.14%，這是基準(zhǔn)的-86%。
[0056]此外，圖4示出了，當(dāng)使用的燃料電池管理方法包括步驟:向堆負(fù)載150施加靜電流3分鐘；不將供氫管113與陰極124的入口相連接以便誘導(dǎo)陰極124中氫的生成；以及將生成的氫化學(xué)吸附在鉬催化劑上時(shí)，可以明確的是，7天后的電壓下降僅為3mV，并且其劣化率僅為0.43%，這是基準(zhǔn)的-57%。
[0057]因此，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池管理方法，可以明確的是，即使是在數(shù)天之后，燃料電池堆120的性能的下降率也不會(huì)發(fā)生大幅改變，并且其劣化程度非常低。
[0058]盡管以說(shuō)明為目的公開了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，然而本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以理解在不脫離所附權(quán)利要求中所披露的本發(fā)明的范圍和精神的前提下能夠做出各種修改、添加、以及替換。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池管理方法，包括如下步驟: 由控制器，利用供應(yīng)到陰極的空氣和供應(yīng)到陽(yáng)極的氫，除去殘留在燃料電池堆中的液滴； 通過(guò)停止供應(yīng)氫和空氣，并使所述燃料電池堆中的氫和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)除去殘留的氫和氧，從而除去殘留在所述燃料電池堆中的氫和氧； 在除去殘留的氫和氧后，在所述燃料電池堆的陰極中生成氫；以及利用所生成的氫追加除去殘留的氧，并且在所述陽(yáng)極和所述陰極上形成的催化劑層的表面上吸附所生成的氫，使空氣和氫的化學(xué)反應(yīng)加速。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池管理方法，其中，在除去液滴的步驟中，通過(guò)向所述陰極供應(yīng)干燥空氣而除去液滴，該干燥氣體通過(guò)對(duì)堆負(fù)載施加電流所生成的熱量而被加溫。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池管理方法，其中，在所述燃料電池堆的陰極中生成氫的步驟中，通過(guò)所述控制器對(duì)連接到所述燃料電池堆的堆負(fù)載施加靜電流而生成氫。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池管理方法，其中，在所述燃料電池堆的陰極中生成氫的步驟中，通過(guò)直接向所述陰極吹掃氫而生成氫。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池管理方法，其中，在所述催化劑層的表面上吸附所生成的氫的步驟中，所生成的氫被化學(xué)吸附在所述催化劑層的表面上。
6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池管理方法，還包括在吸附氫的步驟后，密封所述陽(yáng)極和所述陰極的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的燃料電池管理方法，還包括在除去液滴的步驟之前，由所述控制器將氫和空氣增壓輸送至所述陽(yáng)極和所述陰極。
8.如權(quán)利要求1所述的燃料電池管理方法，其中，在除去液滴的步驟中，所述控制器控制供氫閥和鼓風(fēng)機(jī)，以便停止供應(yīng)氫和空氣。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種燃料電池管理方法，其包括：使用供應(yīng)到陰極的空氣和供應(yīng)到陽(yáng)極的氫來(lái)除去殘留在燃料電池堆中的液滴。通過(guò)停止氫和空氣的供應(yīng)，從而除去殘留在燃料電池堆中的氫和氧，并且使得燃料電池堆中的氫和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)除去殘余的氫和氧。在除去殘余的氫和氧后，在燃料電池堆的陰極中生成氫。利用所生成的氫追加除去殘余的氧，所生成的氫吸附于陽(yáng)極和陰極上形成的催化劑層的表面上，該催化劑層使空氣和氫的化學(xué)反應(yīng)加速。
【IPC分類】H01M8-04
【公開號(hào)】CN104733750
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410280214
【發(fā)明人】全大槿, 申煥秀, 秋炫碩, 李盛根, 李在爀
【申請(qǐng)人】現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社, 起亞自動(dòng)車株式會(huì)社
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2014年6月20日
【公告號(hào)】DE102014210511A1, US20150180064