[发明专利]用于活化燃料电池组的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池组的活化。更具体地，本发明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。

背景技术

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。

上述在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，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。

发明内容

本发明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，本发明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，本发明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。

下面讨论本发明的其它方面和实施方式。

附图说明

现在将参考本发明的某些示例性实施方式来详细地描述本发明的上述和其它特征，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，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是示出活化燃料电池组的常规方法的流程图；