[发明专利]燃料电池内阻的调整方法及系统

说明书

本发明公开了一种燃料电池内阻的调整方法及调整系统，后者包括电堆、空气供给装置和燃料电池控制器，空气供给装置包括依次连通的压缩单元、冷却单元和加湿单元，加湿单元与燃料电池控制器电连接，加湿单元的排气口与电堆的进气口连通；压缩单元包括压缩机和第一检测组件，第一检测组件用于检测所述压缩机的进气端的环境空气压力和环境空气温度；冷却单元包括冷却器和第二检测组件，第二检测组件用于检测所述冷却器的排气端的排气压力和排气流量。基于上述调整方法及调整装置能够准确的调整燃料电池的内阻，使燃料电池工作处于最佳区域，提高整个电堆的效率，有效避免电堆中空气相对湿度过低或过高对燃料电池的损害，保证电堆的寿命及工作效率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池内阻的调整方法。本发明还涉及一种通过上述调整方法来实施的燃料电池内阻的调整系统。

背景技术

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置，排出的产物主要是水和热，其能量转换效率高达60～80％，实际使用效率则是普通内燃机的2～3倍。另外，它还具有燃料多样化、排气干净，噪声低，对环境污染小，可靠性及维修性好等优点，被认为是具有重大发展前途的一种新型能源。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是燃料电池的一种，它具有能源转化率高，对环境友好，工作温度低，适宜于较频繁启动的场合，比其它类型的燃料电池具有更高的功率密度，以及比蓄电池电动车连续行驶更长的距离等优点。随着世界各国对清洁燃料汽车的研究日趋深入，PEMFC被认为是汽车最好的替代动力源之一。

质子交换膜多采用全氟磺酸型聚合物溶液，风干后形成高分子膜，作为催化剂的涂层和载体，形成膜电极。在燃料电池内部质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使质子经过膜从阳极到达阴极构成回路，向外界提供电流。质子透过交换膜时会有一定的阻力，宏观表现为燃料电池的内阻，内阻变化则影响燃料电池的输出电压。

电池电压与电流密度的关系曲线称为极化曲线，电流密度越大，电池电压越小。对于某单体电池，在中间范围如电压0.5V～0.9V，电流密度在0.4～1.3A/cm²的区域内时，极化曲线变化比较平缓，而两端的区域电压下降很快(参见说明书附图1)。内阻对极化曲线有很大影响，使电池输出电压随着电流增大而降低，而内阻的大小跟交换膜的湿度有很大关系。通常在燃料电池刚启动时，质子交换膜的湿度较低，磺酸基和水不足以充分载流，从而使得燃料电池内阻增大，输出的极化曲线下降很快。而当相对湿度达到100％后，如果继续长时间加湿，将会在一定范围内形成水化层，水化层会在扩散区形成阻碍，如果进气的压力和流量不足以将水化层吹走，燃料电池的输出电压同样会下降。

燃料电池的内阻受湿度影响很大，气体在电堆反应后会生产水，生成的水量无法直接测量，导致难以知道反应气体的湿度、质子交换膜的湿度，容易导致交换膜湿度过低或过高使电池内阻增大，从而导致燃料电池的输出电压和电流不稳定，甚至造成水淹等不可逆的损坏，导致电堆失效。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述存在的至少一个问题，该目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种燃料电池内阻的调整方法，该调整方法包括如下步骤：

S1：获得压缩机进气端的环境空气相对湿度；

S2：计算压缩机排气端的压缩空气相对湿度以及压缩空气中含水量；

S3：计算冷却器排气端的冷却空气相对湿度以及冷却空气含水量；

S4：判断冷却空气相对湿度是否大于100％，若是，则直接进行供气操作，若否，则转入S5；

S5：计算冷却空气相对湿度达到100％时所需的水量，并根据所需的水量和喷嘴的喷射速度计算喷嘴的开启时间；

S6：启动加湿器，根据开启时间进行对冷却空气进行加湿；