[发明专利]车载燃料电池关机时残余能量释放方法

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种车载燃料电池关机时残余能量释放方法。本发明，依次包括以下步骤：关闭燃料电池系统、切换负载和残余电量消耗。本发明增加了耗电负载，在燃料电池使用后，通过将燃料电池由驱动负载切换至耗电负载以消耗燃料电池的剩余电量，提高了燃料电池的能源利用率，并且，本发明利用燃料电池排风系统作为耗电负载，在解决了能源浪费的问题的同时，又能提高燃料电池系统环境气体的流动性，提升燃料电池使用的安全系数。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种车载燃料电池关机时残余能量释放方法。

背景技术

燃料电池电堆是发生电化学反应场所，燃料电池动力系统核心部分。如图1所示，燃料电池包括若干个单电池，每个单电池主要包括双极板1、膜电极2以及位于膜电极2之间的质子交换膜3这三个部件，燃料电池电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。

早在1839年，英国人W.Grove就提出了氢和氧反应发电的原理，这是最早的氢—氧燃料电池(FC)。但直到20世纪60年代初，由于航天和军事的需要，才开发了液氢和液氧的小型燃料电池，应用于空间飞行器和潜水艇。近二三十年来，由于一次能源的匮乏和环境保护的突出要求，人们开始转向开发利用新的清洁再生能源。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点，因而受到世界各国的普遍重视。

燃料电池实质上是电化学反应发生器。燃料电池的反应机理是将燃料中的化学能不经燃烧而直接转化为电能。氢氧燃料电池实际上就是一个电解水的逆过程，通过氢氧的化学反应生成水并释放电能。氢气和氧气分别是燃料电池在电化反应过程中的燃料和氧化剂。其反应过程如下：

(1)氢气通过管道或双极板到达阳极。

(2)在阳极催化剂的作用下，一个氢分子分解为两个氢离子，并释放出两个电子，阳极反应为：

H₂→2H⁺+2e^-

(3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或双极板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极。

(4)在阴极催化剂的作用下，氧和氢离子与电子发生反应生成水，阴极反应为：

1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O

总的化学反应为:

1/2O²+H²→H₂O

与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。

燃料电池的工作原理和普通的电化学原电池和充电电池类似，都是通过电化学反应将化学能转换成电能，但两者之间还是有本质差别的。普通的原电池或充电电池是一个封闭系统。封装后它与外界只存在能量交换而没有物质交换。当电池内部的化学物质耗尽或反应条件发生变化时，系统就无法继续输出能量。而燃料电池则不同，参与反应的化学物质，如氢和氧，是由料电池外部的单独供气系统供给的，只要保证物质供应的连续性，就可以保证能量输出的连续性。从这个意义上来讲，燃料电池本身是一个开放的发电装置，这正是燃料电池与普通电池的最大差别。

燃料电池输出的电压一般来说比电动汽车动力总线的电压要低，且特性比较软，即随着输出电流的增加，电压下降幅度比较大。为了实现燃料电池输出电压与动力总线电压匹配，就需要有一个DC/DC(直流/直流)变换器。