[发明专利]用于燃料电池系统的在冰点以下启动的方法

权利要求书

1.一种从低于0℃的起始温度启动燃料电池系统的方法，所述系统包含燃料电池堆叠，所述燃料电池堆叠包含固体聚合物电解质燃料电池的串联堆叠，所述燃料电池中的阴极包含ORR催化剂，所述燃料电池中的阳极包含HOR催化剂和OER催化剂，其中所述OER催化剂不同于所述HOR催化剂，并且所述燃料电池堆叠由最大OER/ORR电流密度表征，其中所述最大OER/ORR电流密度是当在没有燃料供应的情况下操作时从所述燃料电池堆叠输出的最大电流密度，并且是所述燃料电池中的燃料电池温度和相对湿度的函数，所述方法包含：

从所述启动开始直到所述燃料电池温度达到0℃，从所述燃料电池堆叠汲取电流，使得汲取的电流密度小于在所述燃料电池温度和最大水含量下的所述最大OER/ORR电流密度，

其中，所述最大OER/ORR电流密度是引起平均燃料电池电压为-2.2V的所述汲取的电流密度，避免了所述阳极中的碳腐蚀。

2.根据权利要求1所述的方法，其包含从所述燃料电池堆叠汲取电流，使得所述汲取的电流密度小于所述燃料电池温度和最大水含量下的所述最大OER/ORR电流密度且在所述燃料电池温度和最大水含量下的所述最大OER/ORR电流密度的10％以内。

3.根据权利要求1所述的方法，其包含：

在启动所述燃料电池系统之前，确定所述最大OER/ORR电流密度与低于0℃的温度的函数关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其包含使用膜电极组件确定所述最大OER/ORR电流密度，所述膜电极组件代表在所述燃料电池中的所述膜电极组件。

5.根据权利要求3所述的方法，其包含：在启动所述燃料电池系统之前，确定所述最大OER/ORR电流密度与在低于0℃下的相对湿度的函数关系。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述HOR催化剂是铂。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述OER催化剂是氧化铱。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料电池系统另外包含用于监测在所述串联堆叠中的各个燃料电池电压的电池电压监测器，并且所述方法包含：

监测所述串联堆叠中的各个燃料电池电压；并且

如果任何单个燃料电池电压下降至低于-2.2伏，则减少从所述燃料电池堆叠汲取的所述电流。

9.根据权利要求1所述的方法，其包含：从所述启动开始直到所述燃料电池的温度达到0℃，从所述燃料电池堆叠汲取电流，使得所述汲取的电流密度小于在所述起始温度和最大水含量下的所述最大OER/ORR电流密度。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料电池系统另外包含用于监测燃料电池温度的温度监测器，并且所述方法包含：

监测所述燃料电池温度；并且

随着所述燃料电池温度增加，增加从所述燃料电池堆叠汲取的电流密度，使得所述汲取的电流密度小于在所述燃料电池温度下的所述最大OER/ORR电流密度。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料电池系统另外包含监测所述燃料电池堆叠的高频电阻的高频电阻监测器，并且所述方法包含：

监测所述燃料电池堆叠的所述高频电阻；

基于测量的高频电阻估算所述燃料电池中的所述相对湿度；

从启动开始，从所述燃料电池堆叠中汲取电流，使得所述汲取的电流密度小于在所述起始温度和所述起始相对湿度下的所述最大OER/ORR电流密度；并且

随着所述燃料电池温度增加和随着所述燃料电池中的所述相对湿度增加，增加从所述燃料电池堆叠汲取的所述电流密度，使得所述汲取的电流密度小于在所述燃料电池温度和所述燃料电池中的所述相对湿度下的所述最大OER/ORR电流密度。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料电池系统是汽车的燃料电池系统。

13.一种燃料电池系统，其包含燃料电池堆叠，所述燃料电池堆叠包含固体聚合物电解质燃料电池的串联堆叠，其中在所述燃料电池中的阳极包含HOR催化剂和OER催化剂，并且所述OER催化剂不同于所述HOR催化剂，并且其中所述燃料电池系统被配置以根据权利要求1所述的方法操作。