[发明专利]一种燃料电池电堆启动方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池电堆启动方法，该方法包括以下步骤：(1)将一定化学计量比的氢气和空气通入燃料电池电堆，发生电化学反应；(2)以一定的电流加载速度进行加载至暖机电流；(3)当电堆电流达到暖机电流时，降低空气计量比或者继续提高电流强度，使电堆启动速度更快。与现有技术相比，本发明适用于零上温度的启动，和常规的启动方法相比，暖机时间较短。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池电堆启动方法。

背景技术

燃料电池从常温开始启动时，为了避免高电流下产水过多，导致电堆发生水淹等启动失败的问题，一般需要控制启动时电流拉载的速度，或者在相对低的电流下维持一段时间对电堆进行预热，然后再进一步拉载到目标的高电流。从而导致燃料电池电堆启动速度较慢。

现有技术中的方法主要是针对低于0℃的燃料电池启动采用的方法，且没有公开针对电堆适用的启动具体操作条件。此外，零下温度启动面临的问题和风险，和零上温度(如室温)启动的问题和风险不同，主要表现在零下温度启动时，需要考虑生成水结冰的问题，而零上温度启动时，不存在水结冰的问题，但需要避免启动过程中水淹发生反极，因此零下温度启动的启动速度、拉载温度等启动条件和零上启动不同。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于零上温度的启动、暖机时间较短的燃料电池电堆启动方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池电堆启动方法，该方法包括以下步骤：

(1)将一定化学计量比的氢气和空气通入燃料电池电堆，发生电化学反应；

(2)以一定的电流加载速度进行加载至暖机电流；

(3)当电堆电流达到暖机电流时，降低空气计量比或者继续提高电流强度，使电堆启动速度更快。

发明人发现，通过控制反应物饥饿，比恒电流下降低计量比和恒计量比下提升电流产生更多的热量。反应物饥饿加热的主要原理是当反应物饥饿时，电极上将产生很高的过电位，导致内阻引起的内部发热增加。

具体而言，燃料电池堆的能量平衡有多种估计方法。一般情况下，认为燃料电池堆反应的化学能转换为电能与热功率：

I/2F·H_NHV·n_cell＝Q_gen+I·U_cell·n_cell (1)

如果产生的水以液态形式流出电池堆，则燃料电池堆内产生的热量为：

Q_gen＝(1.482-U_cell)·I·n_cell (2)

式(1)-(2)中：F为法拉第常数；H_NHV为氢的高热值；Q_gen为电池堆产生的热功率；n_cell为电池堆中单体电池的片数；I为电池堆电流；U_cell为电池堆电压。

如上所述，燃料电池产生的热量和电池堆电压和电流有关，电池堆电压越低，电流越高，燃料电池产热越多。因此，为加快电堆的启动，可以采用缺空气的方法使得电堆的电压降低，从而使得燃料电池产热增多。

根据上述原理，在不增加空气供给流量的情况下，提高电流至暖机电流以上，阴极(即空气侧)发生反应物饥饿，一方面可以降低电堆电压，另外还可以增大电流，瞬间产生的热量更多，也能使电堆启动速度更快。