通過濕度控制來減輕可恢復電壓損失的方法
【專利摘要】本發明涉及通過濕度控制來減輕可恢復電壓損失的方法。具體地，公開了通過濕度控制來恢復燃料電池堆電壓損失的系統和方法。該方法包括：確定向所述燃料電池堆中的燃料電池電極的表面添加污染物的速率；以及，確定從所述燃料電池堆中的所述燃料電池電極的所述表面移除污染物的速率。該方法將所述添加污染物的速率與所述移除污染物的速率進行比較，以確定所述電極的污染物表面覆蓋程度是在增加還是在減少，如果在增加，那么確定所述電極的污染物的量是否高于預定值，并且如果是的話，可執行通過潮濕堆操作的堆重新調節。
【專利說明】通過濕度控制來減輕可恢復電壓損失的方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及通過堆的濕度控制來恢復燃料電池堆電壓損失的系統和方法，且更具體地涉及如下的通過堆的濕度控制來恢復燃料電池堆電壓損失的系統和方法，該系統和方法包括:采用模型來計算向堆的燃料電池中的電極表面添加污染物的速率以及從電極表面移除污染物的速率，以確定電極上的污染物覆蓋程度。
【背景技術】
[0002]氫氣是十分有吸引力的燃料，這是因為氫氣是清潔的并且可用于在燃料電池中有效地產生電力。氫燃料電池是一種電化學裝置，其包括陽極和陰極并且在陽極和陰極之間具有電解質。陽極接收氫氣并且陰極接收氧或空氣。氫氣在陽極催化劑處進行離解而產生自由的質子和電子。質子通過電解質到達陰極。質子在陰極催化劑處與氧和電子進行反應而產生水。來自陽極的電子不能通過電解質，且因此在被傳輸至陰極之前被引導通過負載而作功。
[0003]質子交換膜燃料電池(PEMFC)是用于車輛的受歡迎的燃料電池。PEMFC通常包括固體聚合物電解質質子傳導膜，如全氟磺酸膜。陽極和陰極通常，但不總是包括通常被支撐在碳顆粒上且與離聚物混合在一起的細分的催化顆粒，所述催化顆粒通常為諸如鉬(Pt)的高活性催化劑。催化混合物被沉積在膜的相對側上。陽極催化混合物、陰極催化混合物和膜的組合限定膜電極組件(MEA)。MEA制造起來相對昂貴且需要特定條件以用于有效操作。
[0004]若干燃料電池通常被組合在燃料電池堆中以產生所需功率。例如，用于車輛的典型燃料電池堆可包括兩百或更多個堆疊的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入氣體，所述陰極輸入氣體通常為在壓縮機的作用下被迫通過該堆的空氣流。并非所有的氧都被該堆消耗，而是其中一些空氣作為陰極排氣被輸出，所述陰極排氣可包括作為燃料電池堆副產物的水。燃料電池堆還接收陽極氫輸入氣體，所述陽極氫輸入氣體流入該堆的陽極側內。
[0005]燃料電池堆包括被放置在該堆中的若干MEA之間的一系列雙極板，其中所述雙極板和MEA定位在兩個端板之間。雙極板包括用于燃料電池堆中的相鄰燃料電池的陽極側和陰極側。陽極氣體流場被設置在雙極板的陽極側上，所述陽極氣體流場允許陽極反應物氣體流至相應MEA。陰極氣體流場被設置在雙極板的陰極側上，所述陰極氣體流場允許陰極反應物氣體流至相應MEA。一個端板包括陽極氣體流動通道，另一端板包括陰極氣體流動通道。所述雙極板和端板由導電材料(如不銹鋼或導電復合物等)制成。端板將由燃料電池產生的電力傳導出該堆。雙極板還包括冷卻流體流經的流動通道。
[0006]燃料電池內的膜具有足夠的含水量，使得膜上的離子阻抗足夠低以有效地傳導質子。膜的濕化可以來自燃料電池堆水副產物或來自外部濕化。反應物通過燃料電池堆的流動通道的流動在電池膜上、最顯著地在反應物流的入口處具有干燥作用。但是，水滴在流動通道內的積聚會防止反應物從其流過，并且由于低反應物氣流而可能導致電池失效，因此影響燃料電池堆穩定性。水在反應物氣體流動通道中以及在氣體擴散層(GDL)內的積聚在低燃料電池堆輸出負載下尤其是麻煩的。[0007]潮濕堆操作(S卩，以高量值的水含量操作)對于系統濕化、性能和污染物移除來說是期望的。然而，存在各種原因來以較低量的濕度來操作燃料電池堆，也公知為干燥操作。例如，如所提及的，潮濕堆操作可能導致由水積聚引起的燃料電池穩定性問題，并且還可導致陽極耗盡(starvation)，即低的氫反應物，該陽極耗盡導致碳腐蝕。此外，潮濕堆操作在冷凍條件下由于液態水在燃料電池堆中的各個位置處冷凍而可能是有問題的。
[0008]在燃料電池系統中，存在可能導致堆電壓性能的永久損失的許多機制，例如催化劑活性的損失、催化劑支撐物腐蝕以及在電池膜中形成針孔。然而，也存在可能導致基本上可逆的堆電壓損失的其他機制，例如電池膜干掉、形成催化劑氧化物、以及在堆的陽極和陰極側上積累了污染物。
[0009]為了使PEM燃料電池系統是可市售的，通常需要限制在燃料電池電極上的貴金屬加載(即，鉬和鉬合金催化劑)，以降低總的系統成本。結果是，可能限制或減少了催化劑的總的可用電化學活性表面面積，這使得電極更容易受污染。污染源可來自包括濕化水的陽極和陰極反應物氣體輸送流，或者由于MEA、堆密封劑和/或雙極板的劣化而在燃料電池內產生。一種具體類型的污染物包括帶負電荷的陰離子，例如氯離子或硫酸根離子。當陰極電勢典型地超過650 mV時，在正常燃料電池操作期間陰離子趨于吸附到電極的鉬催化劑表面上，因此阻塞用于氧還原反應的活性部位，這導致電池電壓損失。此外，如果質子導電性還很依賴于無污染物的鉬表面(例如，納米結構的薄膜(NSTF)類型的電極)，那么降低的質子導電性還將導致附加損失。
[0010]在于2009年10月16日提交的轉讓給本申請的受讓人并且以引用的方式結合到本文的名為 “Automated Procedure For Executing In-Situ Fuel Cell StackReconditioning”的美國專利申請N0.12/580, 912公開了一種用于重新調節燃料電池堆的系統和方法，其包括增加堆的陰極側的濕度水平以水合該電池膜并且在系統關閉時提供氫至燃料電池堆的陽極側，其中該系統監測重新調節事件觸發器、重新調節閾值以及重新調節系統檢查，以使得在車輛操作期間可設置重新調節過程。
[0011]通常來說，如上所述類型的堆重新調節包括以高的相對濕度來運行燃料電池堆，以從該堆移除污染物從而從堆劣化中恢復。然而，重新調節是異常操作，并且將該堆暴露于潮濕操作，如果液態水在陽極流場中終止并且低的陽極流率不能夠將該液態水吹掃出來的話，這可能導致可靠性問題。因此，重新調節應當僅在絕對必要時才執行。前述的堆重新調節觸發器包括:通過監測車輛旅程或鑰匙循環的次數來執行重新調節。如果旅程的次數超過被認為代表了堆電壓劣化之后的時間的閾值，那么觸發重新調節過程。但是，可以實現在觸發重新調節過程方面的改進，使得僅當有必要降低異常操作狀況時才執行該重新調節。
【發明內容】
[0012]根據本發明的教導，公開了一種通過濕度控制來恢復燃料電池堆電壓損失的系統和方法。該方法包括:確定向所述燃料電池堆中的燃料電池電極的表面添加污染物的速率；以及，確定從所述燃料電池電極的所述表面移除污染物的速率。該方法將所述添加污染物的速率與所述移除污染物的速率進行比較，以確定所述電極的污染物表面覆蓋程度是在增加還是在減少，如果在增加，那么確定所述電極的污染物的量是否高于預定值，并且如果是的話，那么可執行通過潮濕堆操作的堆重新調節。[0013]本發明還包括下述方案:
1.一種用于恢復燃料電池堆電壓損失的方法，所述方法包括:
確定向所述燃料電池堆中的燃料電池電極的表面添加污染物的速率；
確定從所述燃料電池堆中的所述燃料電池電極的所述表面移除污染物的速率；
將所述添加污染物的速率與所述移除污染物的速率進行比較，以確定所述電極的污染物表面覆蓋程度是在增加還是在減少；以及
確定所述電極的污染物的量是否高于預定值。
[0014]2.根據方案I所述的方法，其中，確定向所述電極的所述表面添加污染物的速率包括采用經驗模型。
[0015]3.根據方案2所述的方法，其中，所述經驗模型是所述電極處的含水量以及所述燃料電池堆的溫度的函數。
[0016]4.根據方案3所述的方法，其中，所述經驗模型還是下述各項的函數，所述各項包括:局部膜λ、燃料電池入口相對濕度、燃料電池出口相對濕度、膜的老化、先前經歷的膜受損、以及所述電極的表面的估計的當前表面覆蓋程度。
[0017]5.根據方案I所述的方法，其中，確定從所述電極的所述表面移除污染物的速率包括采用經驗模型。
[0018]6.根據方案5所述的方法，其中，所述經驗模型是所述電極處存在的液態水和電極電壓的函數。
[0019]7.根據方案6所述的方法，其中，所述經驗模型還是下述各項的函數，所述各項包括:局部膜溫度、局部膜λ、局部擴散介質Θ、進入所述燃料電池的液態水、離開所述燃料電池的液態水、所述電池的電壓歷史、燃料電池入口相對濕度、燃料電池出口相對濕度、以及所述電極的表面的估計的當前表面覆蓋程度。
[0020]8.根據方案I所述的方法，還包括:如果確定所述電極上的污染物的表面覆蓋程度高于所述預定值，那么以較高的相對濕度操作所述燃料電池堆。
[0021]9.一種用于恢復燃料電池堆電壓損失的方法，所述方法包括:
利用第一經驗模型來確定向所述燃料電池堆中的燃料電池電極的表面添加污染物的速率；
利用第二經驗模型來確定從所述燃料電池堆中的所述燃料電池電極的所述表面移除污染物的速率；以及
利用第三經驗模型將所述添加污染物的速率與所述移除污染物的速率進行比較，以確定所述電極的污染物的量是否高于預定值。
[0022]10.根據方案9所述的方法，還包括:如果確定所述電極上的污染物的表面覆蓋程度高于所述預定值，那么以較高的相對濕度操作所述燃料電池堆。
[0023]11.根據方案9所述的方法，其中，所述第一經驗模型是下述各項的函數，所述各項包括:在所述電極處的含水量、所述燃料電池堆的溫度、局部膜λ、燃料電池入口相對濕度、燃料電池出口相對濕度、膜的老化、先前經歷的膜受損、以及所述電極的表面的估計的當前表面覆蓋程度。
[0024]12.根據方案9所述的方法，其中，所述第二經驗模型是下述各項的函數，所述各項包括:在所述電極處存在的液態水、電極電壓、局部膜溫度、局部膜λ、局部擴散介質Θ、進入所述燃料電池的液態水、離開所述燃料電池的液態水、所述電池的電壓歷史、燃料電池入口相對濕度、燃料電池出口相對濕度、以及所述電極的表面的估計的當前表面覆蓋程度。
[0025]13.一種用于恢復燃料電池堆電壓損失的系統，所述系統包括:
用于確定向所述燃料電池堆中的燃料電池電極的表面添加污染物的速率的裝置；用于確定從所述燃料電池堆中的所述燃料電池電極的所述表面移除污染物的速率的裝置；以及
用于將所述添加污染物的速率與所述移除污染物的速率進行比較以確定所述電極的污染物的量是否高于預定值的裝置。
[0026]14.根據方案13所述的系統，還包括這樣的裝置，所述裝置用于在確定所述電極上的污染物的表面覆蓋程度高于所述預定值的情況下以較高的相對濕度操作所述燃料電池堆。
[0027]15.根據方案14所述的系統，其中，用于確定向所述電極的表面添加污染物的速率的裝置采用了經驗模型。
[0028]16.根據方案15所述的系統，其中，所述經驗模型是所述電極處的含水量和所述燃料電池堆的溫度的函數。
[0029]17.根據方案16所述的系統，其中，所述經驗模型還是下述各項的函數，所述各項包括:局部膜λ、燃料電池入口相對濕度、燃料電池出口相對濕度、膜的老化、先前經歷的膜受損、以及所述電極的表面的估計的當前表面覆蓋程度。
[0030]18.根據方案13所述的系統，其中，用于確定從所述電極的所述表面移除污染物的速率的裝置采用了經驗模型。
[0031]19.根據方案18所述的系統，其中，所述經驗模型是所述電極處存在的液態水和電極電壓的函數。
[0032]20.根據方案19所述的系統，其中，所述經驗模型還是下述各項的函數，所述各項包括:局部膜溫度、局部膜λ、局部擴散介質Θ、進入所述燃料電池的液態水、離開所述燃料電池的液態水、所述電池的電壓歷史、燃料電池入口相對濕度、燃料電池出口相對濕度、以及所述電極的表面的估計的當前表面覆蓋程度。
[0033]本發明的附加特征從下述說明和所附權利要求書并且結合附圖將顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1是燃料電池系統的簡化示意圖；以及
圖2是示出了用于重新調節燃料電池堆以通過濕度控制來恢復堆電壓損失的過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0035]對涉及通過濕度控制來恢復可逆堆電壓損失的系統和方法的本發明實施例的下述討論在本質上僅是示例性的，并且絕不限制本發明或其應用或使用。
[0036]圖1是燃料電池系統10的簡化框圖，該燃料電池系統包括具有多個堆疊的燃料電池14的燃料電池堆12。燃料電池系統10通常可設置在車輛46上，以用于將在下文討論的本發明的目的。如上所述，該類型的典型燃料電池堆中的燃料電池將包括ΜΕΑ，所述MEA具有帶反應物催化劑的電池電極并且由具有均采用公知設計的反應物流動通道和冷卻流體流動通道的雙極板分開。線16代表具有延伸穿過其的流動通道的雙極板，其中電池MEA18可處于雙極板16之間，電池MEA 18包括電池擴散介質和包括有催化劑的電極。
[0037]壓縮機20將空氣流經由陰極輸入管線22并且通過水汽傳遞(WVT)單元24提供至燃料電池堆12的陰極側，其中WVT單元24濕化陰極輸入空氣。WVT單元24在該實施例中被用作非限制性示例，其中其他類型的濕化裝置也可適用于濕化陰極入口空氣，所述濕化裝置例如是焓輪和蒸發器等。在一些燃料電池系統的設計中，旁路管線(未示出)可設置在WVT單元24周圍，以選擇性地控制提供給陰極輸入反應物氣體的濕度水平。陰極排氣從堆12經由陰極排氣管線26輸出。排氣管線26將陰極排氣引導至WVT單元24，以提供一定含水量來濕化陰極輸入空氣，其中在該非限制性系統構造中，從WVT單元24的輸出被設置成經由系統排氣管線28。
[0038]燃料電池系統10還包括氫燃料或氣體的源30 (典型地，高壓罐)，其向噴射器32提供氫氣，該噴射器將受控量的氫氣經由陽極輸入管線34噴射到燃料電池堆12的陽極側。雖然未具體地示出，但本領域技術人員會理解，可提供各種壓力調節器、控制閥、截止閥等，以按照適合于噴射器32的壓力供給來自源30的高壓氫氣。噴射器32可以是適合于本文所討論的目的的任何噴射器。一個示例是在于2008年I月22日公告的轉讓給本申請的受讓人并且以引用的方式結合到本文的名為“Combination of Injector/Ejector for FuelCell Systems”的美國專利N0.7，320，840中描述的噴射器/排出器。
[0039]陽極排放氣體經由陽極輸出管線36從燃料電池堆12的陽極側輸出，其被提供到泄放閥38。如本領域技術人員容易理解的，從燃料電池堆12的陰極側的氮穿越將稀釋堆12的陽極側中的氫氣，由此影響燃料電池堆的性能。因此，有必要從陽極子系統定期地泄放陽極排放氣體，以減少其中氮氣量。當系統10操作在正常非泄放模式中時，泄放閥38處于這樣的位置，在該位置，陽極排放氣體被提供至再循環管線40，該再循環管線將陽極氣體再循環至噴射器32，以將所述噴射器作為排出器操作并且將再循環的氫氣提供回至堆12的陽極輸入。當指令泄放以減少堆12的陽極側中的氮氣時，泄放閥38定位成將陽極排放氣體引導至旁路管線42，該旁路管線將陽極排放氣體與管線28上的陰極排氣混合，在這里氫氣被稀釋以適合于環境。雖然系統10是陽極再循環系統，但是本發明將可應用于包括陽極流切換系統之類的其他類型的燃料電池系統，如本領域技術人員容易理解的那樣。
[0040]泵48將冷卻流體泵送通過燃料電池堆12以及堆12外的冷卻流體管線50并且通過散熱器52。燃料電池堆12內的管線54意在表示設置在堆12中(典型地，在各種設計的雙極板16內)的許多流動通道，如本領域技術人員容易理解的。堆負載56被示出為電聯接到燃料電池堆12，并且意在表示與本文討論相一致的燃料電池堆12上的任何電負載。
[0041]框44意在表示提供了涉及燃料電池系統10的操作的數據的各個以及每個傳感器、電路和裝置等，包括但不局限于RH傳感器、溫度傳感器(包括環境溫度和冷卻流體溫度等)、用于確定堆含水量的高頻電阻(HFR)電路、壓力傳感器、用于確定堆12中的每個燃料電池的電壓的電壓監測電路、堆電流密度傳感器，等等。控制器58接收來自這些傳感器、電路和裝置中的每個的輸入，并且提供用于系統10的系統控制和計算，包括本文討論的模型。
[0042]期望的是，控制燃料電池堆12的操作以使得液態水存在于燃料電池電極表面處，以便用于減少污染并且因此恢復電壓損失。換言之，期望操作燃料電池堆12以使得濕度水平超過100%，其中液態水會存在于電池電極處。所確信的是，利用濕膜來操作電池減少了膜上的應力，這減少了從膜釋放的污染物。這典型地通過降低堆冷卻流體的操作溫度來實現。然而，出于其他原因，可能并不始終或想要在該濕度水平下操作堆12。例如，在夏季操作期間，較高的環境溫度可能導致更難以實現堆12的潮濕操作。此外，在冬季操作期間，車輛艙室加熱需求可能限制最小堆冷卻流體溫度。同樣，由于堆12的操作效率可能顯著降低，因此可能不想要在該濕度水平下操作堆12。
[0043]隨著堆12的老化，在潮濕堆狀況下操作以改進電壓性能的期望通常更高。因此，期望保持在電池電極附近存在液態水的綜合策略。可執行各種操作策略以提高液態水處在電極表面處的可能性。對于潮濕操作不可行的時間來說，污染物可積聚在電池電極上，并且由于電壓損失從而降低了堆的性能。然而，已經顯示了返回至潮濕操作將恢復該損失的大部分。因此，管理潮濕操作與可接受的預計堆電壓損失之間的時間可被優化，以最大化系統效率。
[0044]本發明提出了一種通過濕度控制來恢復堆電壓損失的過程。研究顯示，在MEA 18中的電極表面的污染可被限定為該表面上的污染覆蓋程度，其中污染物的覆蓋量直接相關于污染物下面的催化劑是否能夠有助于電池反應以產生功率(或電力)。由此，可這樣確定電極表面上的污染覆蓋程度期望量，如果污染覆蓋程度超過該值，那么用于反應的催化劑的損失將大至足以影響堆12的功率輸出。隨著電極表面上的污染覆蓋程度的量增加，存在與堆12的電壓損失的直接相關性。
[0045]該恢復過程采用了用于計算電池電極上的污染物的量或覆蓋程度的污染物表面覆蓋程度模型。該覆蓋程度模型使用兩個其他模型來確定電極上的污染覆蓋程度，即:確定污染物被添加到電極表面的速率的污染物添加到電極表面的速率的模型；以及，確定污染物在任何給定時間點從電極表面被移除的速率的污染物從電極表面移除的速率的模型。由于表面覆蓋的污染物增加，那么污染物的添加速率高于污染物的移除速率。一旦實現表面均衡，那么這兩個速率就將相等。
[0046]如果表面污染覆蓋程度高于目標覆蓋程度水平，那么會期望將污染物移除速率增加成高于污染物添加速率，直到達到目標覆蓋程度。這通過在較高濕度設置下操作該系統來完成。濕度設置可以是實際表面覆蓋程度和目標表面覆蓋程度之間的差的函數。一旦實現了目標表面覆蓋程度，系統10將返回到標稱操作狀況。
[0047]污染表面覆蓋程度模型是經驗模型，其是向電極表面添加污染物的速率的模型以及從電極表面移除污染物的速率的模型的函數。該污染物表面覆蓋程度模型將這些模型的相對速率進行比較，以確定表面覆蓋程度是在增加還是在減少。該覆蓋程度模型計算表面覆蓋程度的絕對水平，并且將其與目標表面覆蓋程度進行比較，并且然后計算將表面覆蓋程度減少至期望的目標水平所需的條件(即，濕度和時間)。
[0048]如上所述，電極表面污染典型地是MEA 18中膜損壞的結果。該膜的損壞根據操作狀況而定。污染物添加到電極表面的速率的模型也是經驗模型，并且是下述各項的函數，所述各項包括:局部膜溫度、局部膜λ (lambda，S卩，保持在膜中的水量)、局部膜Θ (theta,即，填充有液態水的擴散介質空隙率)、燃料電池入口相對濕度、燃料電池出口相對濕度、膜的老化、先前經歷的膜受損、以及來自先前模型估計結果的電極的估計當前表面覆蓋程度。本領域技術人員能夠提供用于給這些值加權以確定表面污染物的添加的特定公式。
[0049]雖然污染物被添加到MEA 18中的電極表面，但是這些污染物中的一些同樣基于燃料電池堆12的操作狀況也從電極表面被移除。污染物從表面被移除的速率的模型也是經驗模型，其基于操作狀況來確定污染物從電極表面的移除。污染物從表面被移除的速率的模型是下述各項的函數，所述各項包括:局部膜溫度、局部膜λ、局部膜Θ、進入燃料電池的液態水的量、離開燃料電池的液態水的量、燃料電池的電壓歷史、燃料電池入口相對濕度、燃料電池出口相對濕度、以及來自先前模型估計結果的電極的估計當前表面覆蓋程度。燃料電池的電壓歷史是污染物從表面被移除的速率的模型的一部分，這是因為電極保持污染物的能力與電池電壓一起降低。此外，如上所述，流經電池的液態水是允許污染物從電極被移除的液態水。本領域的技術人員能夠提供用于對這些值進行加權以確定表面污染物的移除的特定公式。
[0050]因此，污染物表面覆蓋程度模型使用污染物添加到表面的速率的模型以及污染物從該表面被移除的速率的模型來確定在任何時間點污染物覆蓋程度的估計量(考慮了先前的覆蓋程度)，以及確定表面污染物是在增加還是在減少。如果污染物覆蓋程度的估計量高于已知的顯著地影響堆性能的某個預定量，那么該系統在其他系統參數允許潮濕操作的情況下可指令潮濕操作以減少污染物的量。
[0051]圖2是示出了用于恢復燃料電池堆電壓損失的過程的流程圖60。對于該過程來說，用框44表示的傳感器、電路和裝置提供了必要的輸入數據，并且控制器58執行期望的計算。在框62，系統10內的算法或控制過程利用基于上述討論的污染物添加到電極表面的速率的模型來確定污染物添加速率。在框64，該算法利用上述的污染物從電極表面移除的速率來確定污染物從電極表面被移除的速率。在框66，該算法于是使用表面覆蓋程度模型，以便基于對電極的表面覆蓋程度的先前估計利用現在確定的污染物添加速率和污染物移除速率來確定電極上的污染物表面覆蓋程度。在判定菱形68，該算法確定表面覆蓋程度是否高于預定值，并且如果是的話，會采取動作以降低污染水平，并且如果可能的話，例如在框70以更高的濕度水平來運行堆12。
[0052]如本領域技術人員將容易理解的，本文討論的用于描述本發明的多個以及各個步驟和過程可以指的是由計算機、處理器或利用電氣現象來操縱和/或轉換數據的其他電子計算裝置執行的操作。這些計算機和電子裝置可采用包括非瞬態計算機可讀介質的各種易失性和/或非易失性存儲器，在該介質上存儲有包括能夠由計算機或處理器執行的各種代碼或可執行指令的可執行程序，其中該存儲器和/或計算機可讀介質可包括全部形式和類型的存儲器以及其他計算機可讀介質。
[0053]前述討論僅僅公開并描述了本發明的示例性實施例。本領域技術人員從這種討論以及從附圖和權利要求書將容易地認識到，可對其作出各種變化、修改和改型，而不偏離由所附權利要求書限定的本發明的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種用于恢復燃料電池堆電壓損失的方法，所述方法包括: 確定向所述燃料電池堆中的燃料電池電極的表面添加污染物的速率； 確定從所述燃料電池堆中的所述燃料電池電極的所述表面移除污染物的速率； 將所述添加污染物的速率與所述移除污染物的速率進行比較，以確定所述電極的污染物表面覆蓋程度是在增加還是在減少；以及 確定所述電極的污染物的量是否高于預定值。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，確定向所述電極的所述表面添加污染物的速率包括采用經驗模型。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述經驗模型是所述電極處的含水量以及所述燃料電池堆的溫度的函數。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述經驗模型還是下述各項的函數，所述各項包括:局部膜λ、燃料電池入口相對濕度、燃料電池出口相對濕度、膜的老化、先前經歷的膜受損、以及所述電極的表面的估計的當前表面覆蓋程度。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，確定從所述電極的所述表面移除污染物的速率包括采用經驗模型。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述經驗模型是所述電極處存在的液態水和電極電壓的函數。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述經驗模型還是下述各項的函數，所述各項包括:局部膜溫度、局部膜λ、局部擴散介質Θ、進入所述燃料電池的液態水、離開所述燃料電池的液態水、所述電池的電壓歷史、燃料電池入口相對濕度、燃料電池出口相對濕度、以及所述電極的表面的估計的當前表面覆蓋程度。
8.根據權利要求1所述的方法，還包括:如果確定所述電極上的污染物的表面覆蓋程度高于所述預定值，那么以較高的相對濕度操作所述燃料電池堆。
9.一種用于恢復燃料電池堆電壓損失的方法，所述方法包括: 利用第一經驗模型來確定向所述燃料電池堆中的燃料電池電極的表面添加污染物的速率； 利用第二經驗模型來確定從所述燃料電池堆中的所述燃料電池電極的所述表面移除污染物的速率；以及 利用第三經驗模型將所述添加污染物的速率與所述移除污染物的速率進行比較，以確定所述電極的污染物的量是否高于預定值。
10.一種用于恢復燃料電池堆電壓損失的系統，所述系統包括: 用于確定向所述燃料電池堆中的燃料電池電極的表面添加污染物的速率的裝置； 用于確定從所述燃料電池堆中的所述燃料電池電極的所述表面移除污染物的速率的裝置；以及 用于將所述添加污染物的速率與所述移除污染物的速率進行比較以確定所述電極的污染物的量是否高于預定值的裝置。
【文檔編號】H01M8/04GK103887546SQ201310700645
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2012年12月19日
【發明者】D.T.富爾姆斯比, G.M.羅布 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司