[发明专利]燃料电池堆的性能恢复方法

说明书

本公开涉及一种车辆的燃料电池系统中的燃料电池堆的性能恢复方法。该方法包括：利用预定的堆状态判断标准，基于从车辆收集的信息，判断燃料电池堆是否处于可以执行堆性能恢复操作的状态；基于燃料电池系统的操作信息，判断车辆是否处于可以执行堆性能恢复操作的状态；以及当判断燃料电池堆处于可以执行堆性能恢复操作的状态并且车辆处于可以执行堆性能恢复操作的状态时，执行堆性能恢复操作。

技术领域

本公开涉及一种燃料电池堆的性能恢复方法，更具体地，涉及一种能够恢复燃料电池堆的性能以提高燃料电池堆的耐久性的燃料电池系统的操作控制方法。

背景技术

燃料电池(fuel cell)是一种通过使燃料气体和氧化气体之间电化学反应来将燃料中的化学能转化为电能的发电装置。这种燃料电池被广泛用作工业、家庭和车辆中使用的电源。燃料电池还可用于向小型电气/电子产品或便携式装置供应电力。

目前，具有高电力密度的高分子电解质膜燃料电池(或质子交换膜燃料电池)(PEMFC)作为用于车辆的燃料电池得到了最多的研究。在高分子电解质膜燃料电池中，将氢用作燃料气体，并且将氧气或包括氧气的空气用作氧化气体。

燃料电池包括多个单电池(cell)，在单电池中燃料气体和氧化气体彼此反应以产生电能。通常，多个单电池以堆的形式堆叠并彼此串联连接以满足输出需求。

用于车辆的燃料电池需要高输出(power)。因此，为了满足电力需求，将单独产生电能的数百个单电池堆叠成堆的形式。通过将多个单电池堆叠并彼此连接而形成的电池组件被称为燃料电池堆。

高分子电解质膜燃料电池的每个单元电池(unit cell)包括：膜电极组件(MEA)，包括能够使氢离子移动的高分子电解质膜和一体地附接到高分子电解质膜的相对表面的催化剂电极层；气体扩散层(GDL)，用于向膜电极组件供应例如燃料气体和氧化气体的反应气体并传输产生的电能；垫片(gasket)，用于保持反应气体和冷却剂的气密性；紧固构件，用于保持适当的紧固压力；以及分离板(bipolar plate,BP)，用于移动反应气体和冷却剂。

膜电极组件包括能够使氢离子移动的高分子电解质膜和用于诱导作为燃料气体的氢与作为氧化气体的空气(或氧气)之间的反应的催化剂涂覆在高分子电解质膜的相对表面而构成的电极层，例如阳极(anode)和阴极(cathode)。

在燃料电池的每个单元电池中，用于使燃料气体和氧化气体均匀地分布的气体扩散层堆叠在膜电极组件的外侧，即，阳极和阴极的每个的外侧，并且用于提供反应气体和冷却剂流动的通道并将反应气体供应到气体扩散层的分离板设置在气体扩散层的外侧。

另外，用于流体密封(seal)的垫片设置在构成单元电池的部件之间。垫片可以与膜电极组件或分离板一体地形成。

上述元件构成单元电池。堆叠多个单电池，然后将用于支撑单电池的端板联接到堆叠的单电池的最外侧，并且在将单电池堆叠布置在端板之间的状态下，利用紧固构件将端板紧固到单电池，从而构成燃料电池堆。

安装在燃料电池车辆中的燃料电池系统除了包括燃料电池堆之外，还包括向燃料电池堆供应反应气体的装置。

即，燃料电池系统包括：燃料电池堆，被配置为通过反应气体的电化学反应产生电能；氢供应装置，被配置为向燃料电池堆供应用作燃料气体的氢；空气供应装置，被配置为将用作氧化气体的包括氧气的空气供应到燃料电池堆；热和水管理系统，被配置为控制燃料电池堆的工作温度并执行热和水管理功能；以及燃料电池系统控制器，被配置为控制燃料电池系统的整体操作。

在传统的燃料电池系统中，氢供应装置可以包括氢储存单元(氢箱)、调节器、氢压力控制阀和氢再循环器，空气供应装置可以包括鼓风机或空气压缩机和加湿器等，并且热和水管理系统可以包括集水器、电动水泵(冷却剂泵)、水箱和散热器等。