[发明专利]燃料电池停机工况热管理方法及装置

说明书

本发明公开了一种燃料电池停机工况热管理方法及装置，燃料电池的封装电堆的箱体内壁上设置有加热膜，方法包括以下步骤：检测电堆是否处于停机工况；如果处于停机工况，则利用气体吹扫整个电堆，以去除掉电堆内部残留的水，并判断电堆的实际温度是否大于第一预设温度；如果实际温度小于或等于第一预设温度，则控制加热膜通电加热电堆，并在实际温度大于第一预设温度时停止加热，以在停机时维持电堆温度处于预设温度以上。该方法可以在停机时通过加热膜进行保温，有效避免停机时电堆温度过低导致启动困难、损伤电堆的问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池停机工况热管理方法及装置。

背景技术

为了使燃料电池汽车正常运行和保持乘坐的舒适性，对整车进行有效热管理十分必要，而燃料电池动力系统的热管理则是其关键所在。燃料电池本体的热管理一方面燃料电池工作温度较低，绝大部分热量(～95％)需要冷却液带走；另一方面在寒冷低温环境中还需要为燃料电池提供热量以辅助其低温启动。

当燃料电池在不采取任何保护措施情况下在低于0℃的低温环境中启动时，其反应所产生的水首先会在催化层内部结冰，导致催化层反应活性位点被覆盖和氧气传输受阻，电压出现骤降；当催化层完全被冰覆盖而电堆温度还未升至0℃以上则会在扩散层和流道内结冰导致冷启动失败。另一方面，催化层的结冰过程会导致催化剂层和质子交换膜之间出现间隙，同时结冰/融化循环会引起催化层微孔结构的崩塌和致密化以及催化层中铂颗粒的粗化，致使电化学活性表面积减小并难以恢复，从而对燃料电池发电性能造成永久性损害，而且循环次数越多冷启温度越低对电池损害越大。

目前的解决策略分为两类：一类是在电堆停机时利用气体吹扫来降低燃料电池膜电极的含水量，从而减少固态冰的形成，在启动时先设定小电流工况，利用氢气和氧气的化学反应产热来加热电堆，但是在电堆温度未升至0℃以上时反应产生的水就会有结冰的可能，而且首先是在铂颗粒表面与Nafion树脂接触的部位产生冰，一旦温度升至室温铂与Nafion界面的冰融化就会造成界面的脱离，导致不可逆的电化学活性面积的损失，该方法的缺点是启动时间长，且存在对电堆造成不可能损伤的可能；另一类是通过外接电源电加热冷却水或氢气催化燃烧放热等方式对电堆及其内部极板和膜电极进行预热，该类方式不仅系统复杂而且还会产生较大能耗，缩短了燃料电池汽车的续航里程。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池停机工况热管理方法，该方法可以在停机时通过加热膜进行保温，有效避免停机时电堆温度过低导致启动困难、损伤电堆的问题。

本发明的另一个目的在于提出一种燃料电池停机工况热管理装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种燃料电池停机工况热管理方法，所述燃料电池的封装电堆的箱体内壁上设置有加热膜，包括以下步骤：检测所述电堆是否处于停机工况；如果处于所述停机工况，则利用气体吹扫整个电堆，以去除掉电堆内部残留的水，并判断所述电堆的实际温度是否大于第一预设温度；如果所述实际温度小于或等于所述第一预设温度，则控制所述加热膜通电加热所述电堆，并在所述实际温度大于所述第一预设温度时停止加热，以在停机时维持所述电堆温度处于预设温度以上。

本发明实施例的燃料电池停机工况热管理方法，可以在停机时通过加热膜进行保温，有效避免停机时电堆温度过低导致启动困难、损伤电堆的问题，使得低温环境停机工况下燃料电池电堆可以保温，实现电堆的全天候全时段使用，并且由于加热膜产热直接加热电堆内部，电热转化效率高以及加热过程可控，可大大降低能量的消耗，具有成本低、温度可控、能耗低、环保等优点，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的燃料电池停机工况热管理方法还可以具有以下附加的技术特征：