[发明专利]燃料电池再生控制方法及燃料电池系统

说明书

本发明提供了一种燃料电池再生控制方法及燃料电池系统。该燃料电池再生控制方法包括当燃料电池的输出功率下降至小于额定功率时，启动短路脉冲控制；当燃料电池堆的输出功率恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制，再生控制程序调试完成；当输出功率仍然未恢复至额定功率时，可以再依次启动阳极配氧控制和电堆调控。本发明还提供了一种燃料电池系统，其包括供氢单元、燃料电池、电源控制器、过滤器、水气分离器。本发明提供的燃料电池再生控制方法能够使微量杂质导致的中毒的电极催化剂再生，使燃料电池堆恢复原有输出能力和发电能力。本发明提供的燃料电池系统对杂质气体耐受性高，能够解决低温质子交换膜燃料对氢气所含杂质组分的耐受性问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统及其控制方法，具体设计一种燃料电池再生控制方法及燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是近年来新兴的一种高效电化学电源装置，其发电效率高，运行平稳、无噪声，清洁环保，在交通、建筑、军事、通讯等领域均具有广阔的应用前景。燃料电池种类繁多、技术路线多样。其中，质子交换膜燃料电池以其功率密度高、工作温度低、启动性能好、技术较成熟等优点，在中小型固定式电源、电动交通等行业成为主流，尤其是近年来新能源产业的迅猛发展使之占据了燃料电池市场约90％的主要份额。然而，随着近年来燃料电池汽车商业化进程的不断推进，与之相配套的超纯氢来源、成本及加注设施问题日益凸显，供氢问题亟待解决。

制氢技术的关键在于保证氢气品质、提高生产效率、降低产品成本、减小运行维护难度、扩大氢气供给范围等方面。目前，在化学制氢、电解水制氢、生物制氢这三种常见制氢方法中，以蒸汽重整为代表的化学制氢占主导地位，其原料涵盖天然气、醇、石油气、二甲醚、汽柴油等。其中，天然气重整制氢技术最为成熟、工业应用最多，其较高的反应温度更适合用作固定电源或热电联供设备；甲醇重整制氢反应温度较低，工艺过程简单、能耗低，且甲醇原料廉价易得、能量密度高、含氢量高，便于储存和运输，适宜作为模块式或移动式制氢装置用于备用电源、电动交通等领域。

氢能的大规模应用推广需要一套完整的制氢与燃料电池系统解决方案，而燃料电池用氢的原位制备是一条理想的技术路线。原位制氢燃料电池系统的研发涉及高效制氢催化剂开发、小型化反应器研制、燃料电池堆测试与控制、以及原位制氢燃料电池系统集成等四个主要方面。其中，小型化制氢反应器是实现与燃料电池高效集成的关键。由于重整制氢产品气中氢气浓度不高且含有包括一氧化碳在内的微量杂质气体，实现燃料电池，尤其是常见的低温质子交换膜燃料电池堆与制氢装置的稳定高效联用就成为研制原位制氢燃料电池系统的一大重点和难点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池再生控制方法及燃料电池系统。该燃料电池再生控制方法通过分步启动短路脉冲控制、阳极配氧控制和电堆调控，能够使中毒的燃料电池电极催化剂有效再生，恢复燃料电池的输出功率和原有发电能力。

为了达到上述目的，本发明提供了一种燃料电池再生控制方法，该方法包括：

短路脉冲控制：当燃料电池的输出功率下降至小于额定功率时，对燃料电池的阴极和阳极连续施加周期性短路电脉冲；

当燃料电池的输出功率恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制，再生控制程序调试完成；

当燃料电池的输出功率未恢复至额定功率时，所述短路脉冲控制进一步包括保持短路脉冲时间不变，缩短短路脉冲周期的操作。

在本发明的具体实施方案中，在燃料电池稳定发电的过程中，随着氢气纯度和运行参数的变换，燃料电池的输出功率会出现波动，在这种情况下，输出功率小于额定功率是指：输出功率在指定时间内的平均值逐渐衰减、偏离额定功率，该指定时间与应用场景有关，一般以分钟为单位。燃料电池的输出功率未恢复至额定功率可以包括以下情况，但不限于此：燃料电池的输出功率的平均值继续下降、燃料电池的输出功率的平均值没有提升(如输出功率上下波动或持续不变)、燃料电池功率恢复异常缓慢(即在指定时间内没有恢复到额定功率，所述指定时间与应用场景有关，一般是几分钟至几十分钟)。