用于燃料电池车辆的减少阳极中毒的系统和方法与流程

本发明涉及用于燃料电池车辆的减少阳极中毒的系统和方法，该系统和方法是具有经济性的，因为即使没有特定的传感器，也可以通过基于氢气燃料电池车辆的驱动数据判断阳极催化剂co(一氧化碳)中毒的情况，相对准确地判断或防止中毒，可以通过适当地控制车辆的驱动来预防co中毒，并且当确定阳极的性能因中毒而降低时，即使不添加特定的管线，也可以通过向阳极供应空气来使阳极从中毒中恢复。

背景技术：

1、近来，由于环境问题，对环保车辆(诸如电动车辆、燃料电池车辆等)的需求和开发日益增加。

2、在此类环保车辆的燃料电池车辆中，由阳极和阴极构成的燃料电池为车辆提供驱动能量，并且伴随有化学反应，因此应仔细管理燃料电池以防止其劣化。

3、由于所供应的燃料(氢气)中的杂质或在驱动期间电极催化剂中的碳载体的不完全燃烧，燃料电池中甚至会存在非常少量的co(一氧化碳)。在这种情况下，co吸附在低电位的阳极的铂上，这会导致催化剂的活性面积减小并严重阻碍电化学反应的问题。

4、为了防止或解决燃料电池的阳极催化剂在驱动过程中因吸附co而中毒的情况，在相关技术中提出了以下方法：(1)使用合金催化剂，诸如pt-ru；(2)提高驱动温度；以及(3)向阳极供应空气(用于在中毒时的恢复)。

5、然而，这些方法中的方法1需要比现有商用车辆采用的催化剂更昂贵的催化剂，因此，此方法存在不适于大规模生产的氢燃料电池车辆的问题。方法2需要的温度(150℃或更高)比车辆通常的驱动温度范围(60～80℃)高，因此，此方法存在难以应用的问题。

6、另外，根据方法3，在车辆中的空气供应系统中难以配置单独的阳极空气供应管线，并且由于除co的附着/分离之外形成了h2/o2界面，会在阴极产生碳腐蚀，因此，此方法也存在不适用的问题。

7、以上作为本发明的相关技术提供的描述仅仅是为了帮助理解本发明的背景，而不应被解释为包括在本领域技术人员已知的相关技术中。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述问题，并且本发明的目的提供一种用于燃料电池车辆的减少阳极中毒的系统和方法，该系统和方法是经济的，因为即使没有特定的传感器，也可以通过基于氢燃料电池车辆的驱动数据判断阳极催化剂co中毒的情况，相对准确地判断或预防中毒，可以通过适当地控制车辆的驱动来预防co中毒，并且当确定阳极的性能因中毒而降低时，即使不添加特定的管线，也可以通过向阳极供应空气来使阳极从中毒中恢复。

2、用于实现上述目的的根据本发明的用于燃料电池车辆的减少阳极中毒的系统包括：空气管线，其连接到燃料电池的阴极；氢气管线，其连接到燃料电池的阳极并且包括将阳极的出口和空气管线彼此连接的连接管线；监测装置，其被配置成监测燃料电池的状态和性能；和控制器，其被配置成基于监测装置的监测结果，当满足阳极中毒可能性条件时，执行第一控制，在第一控制中控制燃料电池的输出或空气供应，并且被配置成当满足阳极中毒发生条件时，执行第二控制，在第二控制中通过连接管线将空气管线中的空气供应到阳极。

3、减少阳极中毒的系统还可以包括：压缩机，其设置在空气管线中并且被配置成将空气加压并供应到阴极；和空气阀，其设置在空气管线中并且被配置成调节空气管线中的空气流量，其中，连接管线具有连接到阳极的出口的第一端和连接到空气管线中的空气阀与压缩机之间的点的第二端。

4、控制器可以在执行第二控制时，通过操作压缩机并且关闭空气阀，通过连接管线向阳极的出口供应空气。

5、减少阳极中毒的系统还可以包括：压缩机，其设置在空气管线中并且被配置成将空气加压并供应到阴极；和三通阀，其设置在空气管线中并且具有连接到阴极的第一通路、连接到压缩机的第二通路和连接到连接管线的第三通路，其中，当执行第二控制时，控制器通过操作压缩机并且控制三通阀，通过连接管线向阳极的出口供应空气。

6、监测装置可以是阳极氢浓度检测器或阳极湿度检测器或燃料电池要求电流检测器。

7、控制器可以基于阳极的相对湿度或阳极的氢浓度或燃料电池要求电流来判断阳极中毒可能性条件。

8、当阳极中毒可能性条件超过基准时间或基准时间比例时，控制器可以执行第一控制。

9、控制器可以在第一控制中增加通过空气管线供应到阴极的空气的压力或流速。

10、控制器可以在第一控制中通过改变燃料电池要求电流以使其振荡来控制燃料电池发电。

11、控制器在第一控制中可以增加通过空气管线供应到阴极的空气的压力或流速，并且可以根据为车辆提供驱动功率的电池的充电量，选择性地改变燃料电池的要求电流以使其振荡。

12、阳极中毒发生条件可以基于燃料电池的输出电压的下降倾斜度来判断。

13、当在基准电流密度区间内，燃料电池的输出电压的下降倾斜度大于基准倾斜度时，控制器可以判断阳极中毒发生条件。

14、当满足阳极中毒发生条件并且停止燃料电池运行时，控制器可以执行第二控制。

15、减少阳极中毒的系统，还可以包括压缩机，其中，连接管线可以包括排放阀和净化阀中的至少一个，并且当执行第二控制时，控制器可以驱动压缩机，使得空气被供应到阳极的出口，同时通过排放阀或净化阀回流。

16、本发明的用于燃料电池车辆的减少阳极中毒的方法包括以下步骤：由监测装置监测燃料电池的状态和性能；由控制器判断阳极中毒可能性条件，并且当满足阳极中毒可能性条件时，由控制器执行第一控制，在第一控制中，控制燃料电池的输出或空气供应；以及由控制器判断阳极中毒发生条件，并且当满足阳极中毒发生条件时，由控制器执行第二控制，在第二控制中，通过连接管线将空气管线中的空气供应到阳极。

17、根据本发明的用于燃料电池车辆的减少阳极中毒的系统和方法具有经济性，因为基于氢燃料电池车辆的驱动数据，判断阳极催化剂可能出现co中毒的情况，即使没有特定的传感器，也可以相对准确地判断或预防中毒，可以通过适当地控制车辆的驱动来预防co中毒，并且当确定阳极的性能由于中毒而降低时，即使不添加特定的管线，也可以通过向阳极供应空气来使阳极从中毒中恢复。

技术特征：

1.一种用于燃料电池车辆的减少阳极中毒的系统，所述减少阳极中毒的系统包括：

2.根据权利要求1所述的减少阳极中毒的系统，还包括：

3.根据权利要求2所述的减少阳极中毒的系统，其中，当执行所述第二控制时，所述控制器通过操作所述压缩机并且关闭所述空气阀，通过所述连接管线向所述阳极的所述出口供应空气。

4.根据权利要求1所述的减少阳极中毒的系统，还包括：

5.根据权利要求1所述的减少阳极中毒的系统，其中，所述监测装置是阳极氢浓度检测器或阳极湿度检测器或燃料电池要求电流检测器。

6.根据权利要求1所述的减少阳极中毒的系统，其中，所述控制器基于所述阳极的相对湿度或所述阳极的氢浓度或燃料电池要求电流来判断所述阳极中毒可能性条件。

7.根据权利要求1所述的减少阳极中毒的系统，其中，当所述阳极中毒可能性条件超过基准时间或基准时间比例时，所述控制器执行所述第一控制。

8.根据权利要求1所述的减少阳极中毒的系统，其中，在所述第一控制中，所述控制器增加通过所述空气管线供应到所述阴极的空气的压力或流速。

9.根据权利要求1所述的减少阳极中毒的系统，其中，在所述第一控制中，所述控制器通过改变燃料电池要求电流以使其振荡来控制所述燃料电池发电。

10.根据权利要求9所述的减少阳极中毒的系统，其中，在所述第一控制中，所述控制器增加通过所述空气管线供应到所述阴极的空气的压力或流速，并且根据为所述车辆提供驱动功率的电池的充电量，选择性地改变所述燃料电池的要求电流以使其振荡。

11.根据权利要求1所述的减少阳极中毒的系统，其中，基于所述燃料电池的输出电压的下降倾斜度来判断所述阳极中毒发生条件。

12.根据权利要求1所述的减少阳极中毒的系统，其中，当在基准电流密度区间内，所述燃料电池的输出电压的下降倾斜度大于基准倾斜度时，所述控制器判断所述阳极中毒发生条件。

13.根据权利要求1所述的减少阳极中毒的系统，其中，当满足所述阳极中毒发生条件并且停止所述燃料电池运行时，所述控制器执行所述第二控制。

14.根据权利要求13所述的减少阳极中毒的系统，还包括压缩机，其中，所述连接管线包括排放阀和净化阀中的至少一个，并且当执行所述第二控制时，所述控制器驱动所述压缩机，使得空气被供应到所述阳极的所述出口，同时通过所述排放阀或所述净化阀回流。

15.一种用于燃料电池车辆的减少阳极中毒的方法，所述减少阳极中毒的方法包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种用于燃料电池车辆的减少阳极中毒的系统和方法，该系统包括：监测装置，其被配置成监测燃料电池的状态和性能；和控制器，其被配置成当作为监测装置的监测结果满足阳极中毒可能性条件时执行控制燃料电池的输出或空气供应的第一控制，并且被配置成当满足阳极中毒发生条件时执行通过连接管线将空气管线中的空气供应到阳极的第二控制。

技术研发人员：赵炳殷,李贤宰,白准烈
受保护的技术使用者：现代自动车株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25