一种控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法

专利名称：一种控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法
技术领域：
本发明属于质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及控制质子交换膜燃料电池 除水程度的方法。
技术背景质子交换膜燃料电池零度以下保存，需要去除电池中的水，现有技术中有 多种去处水的方法，专利文献中记载了多种去除电池中的水的方法，比如，US20026358637专利提出了抽真空除水，US6777115和WO04025752专利涉及 加热除水，US20046797421B2、 WO20010148846A1和EP20041113516B1涉及烧氢除水，实际应用中还有用惰性气体吹扫，反应气吹扫等方法除水。上述除水 方法中，除水程度是利用湿度计测定排除气体中的相对湿度来确定。除水程度的这种确定方法的不足在于湿度计测定的是气体中水含量的相对值，该值与 电池中实际的水含量之间存在误差，尤其是湿度计在高湿条件下更无法准确的 测定电池内部水含量。因而，也无法以所测定的参数来准确控制电池的除水程 度。目前，如何准确测定和控制电池中的水含量，还没见到相关的记载。 发明内容本发明的目的是提供一种控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法。本发 明的技术方案是本发明的技术方案是 一种控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，包 括获取质子交换膜燃料电池水含量信号和除水程度控制，其特征在于所述的 获取质子交换膜燃料电池水含量信号包括对质子交换膜燃料电池进行除水时， 在质子交换膜燃料电池正负极两端外加一个交流信号，并在线测量质子交换膜 燃料电池正负极两端电阻，所测得的电阻值即为电池水含量信号，所述的除水 程度控制包括在线测得的质子交换膜燃料电池正负极两端的电阻通过信号线 传输到控制器，控制器根据预置的控制程序对传输来的信号进行处理，根据处 理结果控制除水系统的工作状态。
本发明所述的控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，其特征在于在质 子交换膜燃料电池正负极两端外加交流信号的信号源和在线测量质子交换膜燃 料电池正负极两端电阻的测量仪是交流阻抗仪。本发明所述的控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，其特征在于所述 的控制器根据预置的控制程序对信号进行处理是控制器判断传输来的质子交 换膜燃料电池正负极两端测得的电阻，电阻大于预定值时，控制器控制除水系 统停止除水，电阻小于预定值时，控制器控制除水系统继续除水。本发明所述的控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，其特征在于控制 器进行电阻判断的质子交换膜燃料电池正负极两端测得的电阻是质子交换膜燃 料电池初始电阻的4一 IO倍时的电阻。本发明所述的控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，其特征在于所述 的除水系统是吹扫除水系统或者真空排水系统。本发明的原理和操作过程是燃料电池的电阻与燃料电池的水含量相关， 电池电阻越大，电池内的膜越干，电池流场及膜电极三合一组件中的水的含量 越低；反之，电池电阻越小，电池内的膜不干，电池流场及膜电极三合一组件 中的水的含量较高。当燃料电池停开后，通过交流阻抗仪检测电池电阻的变化。 用一个角频率为CO，振幅足够小的正弦波电流信号对稳定的电极系统进行扰动时 相应的电极电位就做出角频率为0)的正弦波响应，从被测电极和参比电极输出 一个角频率O)的电压信号，此时电极系统的频响函数就是电化学阻抗，在不同角频率下测得的一组频响函数值就是电极阻抗谱图。在对电池进行除水时，通 过在电池两端外加交流信号，利用交流阻抗仪测量电池电阻，当电阻达到一定 值后，通过控制系统控制除水，使电池流场及膜电极三合一组件中的水含量达 到一定。本发明的优点是操作简单。本发明将电池与交流阻抗仪和控制系统相连，以测定的电阻作 为控制系统的参数，实现电池的除水。控制准确。电阻是通过交流阻抗准确测定的，因而可以准确的控制除水的 程度。本发明还可用来快速诊断燃料电池堆气体分配，并且尤其适用于电池的零 度以下保存。


本发明有一幅附图，是本发明方法的系统示意图。附图中，1、燃料电池2、交流阻抗仪3、控制器4、空气气路5、 氢气气路6、控制阀具体实施方式
附图1给出了本发明的具体实施例。在将交流阻抗仪2与燃料电池1的正 负极连接，利用交流阻抗仪2给燃料电池外加交流信号，交流阻抗仪2同时可 测量对应的电池电阻。交流阻抗仪2通过信号线与控制器3相连，将交流阻抗 仪2测得的电池电阻信号传输到控制器3，控制器3对信号进行处理。当电阻小 于预定值时，控制器控制除水系统继续除水，当电阻达到预定值后，控制器控 制除水系统停止除水，使电池流场及膜电极三合一组件中的水含量达到一定值， 以有效控制电池的干湿程度。实施例1为电极面积为4cm2单池的除水控制，采用反应气吹扫除水。具体实施方法 如下1) 燃料电池停开后，继续通入反应气，通过交流阻抗仪检测电池电阻的变 化；开始电阻变化不大，说明膜的水合状态较好，继续吹扫电阻发生了突变， 电阻达到初始电阻的2倍，持续一段时间，电阻再次发生突变，电阻达到初始 电阻的5倍。在电阻由初始的2倍突变到5倍时，说明膜被吹干，电池流场和 膜与电极三合一组件含水量已很低。2) 当电阻达到初始电阻的5倍时，控制系统切断气体通入，停止吹扫，吹 扫时间为6分钟；将经过除水的电池冷藏保存后作性能测试，测试结果表明电池性能未发生 衰减。说明当电阻达到一定值后，电池中的水含量已经很低，达到控制的目 的。实施例2为电极面积为275cm2的8节短堆电池以计量比为2.4m3/h的反应气进行吹 扫除水。具体实施方法如下-l)燃料电池停车后，继续通入反应气，通过交流阻抗仪检测电池电阻的变化；2) 当电阻达到初始电阻的4.5倍时，控制系统切断气体通入，停止吹扫，吹扫时间为14分钟；3) 将反应气吹扫后的电池放在-10OC的冷冻箱中保持8h;4) 解冻后，对电池进行I-V性能测试，测试结果表明经过冷藏后电池的性能没有发生衰减。说明当电阻达到一定值后，电池中的水含量已经很低，达到控制的目的。为电极面积为275cm2的8节短堆电池以计量比为6.0m3/h的反应气进行吹 扫除水。具体实施办法如下1) 燃料电池停车后，继续通入反应气，通过交流阻抗仪检测电池电阻的变化；2) 当电阻达到初始电阻的6倍时，控制系统切断气体通入，停止吹扫，吹 扫时间为9分钟；3) 将反应气吹扫后的电池放在-10OC的冷冻箱中保持8h;4) 解冻后，对电池进行I-V性能测试；测试结果表明经过冷藏后电池的性 能没有发生衰减。说明当电阻达到一定值后，电池中的水含量已经很低，达到控制的目的。
权利要求
1、一种控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，包括获取质子交换膜燃料电池水含量信号和除水程度控制，其特征在于所述的获取质子交换膜燃料电池水含量信号包括对质子交换膜燃料电池进行除水时，在质子交换膜燃料电池正负极两端外加一个交流信号，并在线测量质子交换膜燃料电池正负极两端电阻，所测得的电阻值即为电池水含量信号，所述的除水程度控制包括在线测得的质子交换膜燃料电池正负极两端的电阻通过信号线传输到控制器，控制器根据预置的控制程序对传输来的信号进行处理，根据处理结果控制除水系统的工作状态。
2、 根据权利要求1所述的控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，其特 征在于在质子交换膜燃料电池正负极两端外加交流信号的信号源和在线测量质 子交换膜燃料电池正负极两端电阻的测量仪是交流阻抗仪。
3、 根据权利要求2所述的控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，其特 征在于所述的控制器根据预置的控制程序对信号进行处理是控制器判断传输 来的质子交换膜燃料电池正负极两端测得的电阻，电阻大于预定值时，控制器 控制除水系统停止除水，电阻小于预定值时，控制器控制除水系统继续除水。
4、 根据权利要求3所述的控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，其特 征在于控制器进行电阻判断的质子交换膜燃料电池正负极两端测得的电阻是质 子交换膜燃料电池初始电阻的4一 10倍时的电阻。
5、 根据权利要求4所述的控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，其特征在于除水系统是吹扫除水系统或者真空排水系统。
全文摘要
本发明涉及一种控制质子交换膜燃料电池除水程度的方法，当对质子交换膜燃料电池进行除水时，在质子交换膜燃料电池正负极两端外加一个交流信号，并在线测量质子交换膜燃料电池正负极两端电阻，所测得的电阻值即为电池水含量信号，测得的质子交换膜燃料电池正负极两端的电阻通过信号线传输到控制器，控制器根据预置的控制程序对传输来的信号进行处理，根据处理结果控制除水系统的工作状态。本发明的优点是操作简单，将电池与交流阻抗仪和控制系统相连，以测定的电阻作为控制系统的参数，实现电池的除水，控制准确。电阻是通过交流阻抗准确测定的，因而可以准确的控制除水的程度。还可用来快速诊断燃料电池堆气体分配，尤其适用于电池的零度以下保存。
文档编号H01M8/04GK101399350SQ20081022862
公开日2009年4月1日 申请日期2008年11月5日 优先权日2008年11月5日
发明者侯中军, 侯俊波, 俞红梅, 徐丽双, 明平文, 衣宝廉 申请人:新源动力股份有限公司