[发明专利]用于控制燃料电池堆的装置和方法

说明书

本申请提供了一种用于控制燃料电池堆的装置和方法，以便改善已经遭受退化的燃料电池堆的性能(输出)。性能通过如下方式得以改善：基于开路衰减时间(ODT)来调节供应至燃料电池堆的空气的化学计量比(SR)和燃料电池堆的工作温度，所述开路衰减时间是指在切断至燃料电池堆的空气供应时，电池电压从参考电压降低至阈值电压所花费的时间。

相关申请的交叉引用

本申请基于2016年4月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0047124号并要求其优先权权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本申请涉及用于控制燃料电池堆的装置和方法，更具体而言，本申请涉及这样一种技术：其基于开路衰减时间(ODT)而改善由于退化而降低的燃料电池堆的性能，该开路衰减时间(ODT)是指在切断提供给燃料电池堆的空气时，电池电压从参考电压降低至阈值电压所耗费的时间。

背景技术

燃料电池是这样的装置：其通过燃料电池堆中的电化学反应而将来自燃料的化学能转换为电能(而不是通过燃烧而将来自燃料的化学能转换为热量)，从而能够产生电力。燃料电池不只可以为工业、家庭和车辆提供电力，还可以应用于向小型电动/电子产品(尤其是便携式设备)提供电力。

目前，质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为用于驱动车辆的动力源而受到广泛的研究，该质子交换膜燃料电池(PEMFC)又称作高分子电解质膜燃料电池，其具有燃料电池中最高的功率密度。由于低工作温度，PEMFC具有较快的起动时间和较快的动力转换响应时间。这种PEMFC包括：膜电极组件(MEA)，其具有催化剂电极层(该催化剂电极层处发生电化学反应)，所述催化剂电极层附接至固体高分子电解质膜的两侧，氢离子通过所述固体高分子电解质膜而移动；气体扩散层(gas diffusion layer，GDL)，其用于均匀地分配反应气体，并且输送所产生的电能；垫圈和联接件，其用于保持反应气体和冷却剂的气密性，并且用于保持合适的夹紧压力(clamping pressure)；以及双极板，其使反应气体和冷却剂可以穿透其而进行移动。

当组装这种单元电池以形成燃料电池堆时，将主要部件(MEA和GDL)的结合设置于电池的最内部。MEA包括催化剂电极层，即，带有涂覆于高分子电解质膜的两个表面的催化剂的阳极和阴极，从而使氢气和氧气能够相互反应。GDL、垫圈等在电池的外部堆叠在阳极和阴极。双极板具有形成于其中的各自的流场，所述双极板位于GDL外部，所述流场供应反应气体(例如，作为燃料的氢气和作为氧化剂的氧气或空气)，并且使冷却剂可以从其中穿过。

在将多个具有上述结构的单元电池进行堆叠后，集电器、绝缘板和用于支撑堆叠的电池的端板在堆的最外部结合。单元电池在端板之间重复地进行堆叠和组装，从而形成燃料电池堆。为了获得车辆中所需的电势，需要将对应于电势能所需量的数量的单元电池进行堆叠，而被堆叠的单元电池称作燃料电池堆。例如，由单个单元电池产生的电势为大约1.3V，而为了产生用于驱动车辆所需的动力，可以将多个电池进行串联堆叠。

随着行驶时间、行驶里程以及车辆起动的频率的增加，这样的燃料电池堆将会退化。然而，这不是由于干燥或满溢(flooding)状态而导致的临时退化，而是燃料电池堆自身的薄膜的退化，其会将燃料电池堆的输出降低至较低的燃料效率并限制车辆的发动性能(launching performance)。常规来讲，当燃料电池堆退化时，对燃料电池堆内的部分电池进行修复或更换以便恢复其性能。这样的常规方法可以为基本的解决方案，但是燃料电池堆的拆卸和组装会耗费大量时间并产生更换成本。

发明内容

本发明提供了一种用于控制燃料电池堆的装置和方法，其通过如下方式改善已遭受退化的燃料电池堆的性能(输出)：基于开路衰减时间(ODT)来调节供应至燃料电池堆的空气的化学计量比(SR)和燃料电池堆的工作温度，所述开路衰减时间是指在切断至燃料电池堆的空气供应时，电池电压从参考电压(例如，大约1V)降低至阈值电压(例如，大约0.75V)所花费的时间。