[發(fā)明專利]未密封的陰極燃料電池系統(tǒng)的停機操作

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910132761.1
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN101562258A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: G·M·羅布;H·A·加斯泰格;B·拉克什馬南;P·T·于;S·G·格貝爾;F·T·沃納
• 申請（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運作公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 龐立志;韋欣華

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明涉及用于操作燃料電池系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法，更特別地涉及用于控制燃料電池系統(tǒng)停機操作的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

[0002]燃料電池是將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的電化學(xué)裝置。在典型操作的電池中，將燃料連續(xù)供給陽極(負(fù)電極)，將氧化劑連續(xù)供給陰極(正電極)。在電極(即陽極和陰極)處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生通過將電極分隔開的電解質(zhì)的離子流，同時驅(qū)動互補電流通過負(fù)載做功(例如驅(qū)動電動機或為光源提供能量)。盡管燃料電池在原理上可以使用許多燃料和氧化劑，但目前開發(fā)中的大多數(shù)燃料電池都使用氣態(tài)氫作為陽極反應(yīng)物(也稱為燃料)，使用以空氣形式的氣態(tài)氧作為陰極反應(yīng)物(也稱為氧化劑)。

[0003]為了得到應(yīng)用所需的必需的電壓和電流，可以將單獨的燃料電池電連接以形成“組”，其中該組用作為負(fù)載提供能量的單一元件。短語“其余裝置”是指那些提供供入流供給和調(diào)節(jié)、熱管理、電源調(diào)節(jié)和其他輔助和界面功能的組件。燃料電池組和其余裝置一起構(gòu)成了燃料電池系統(tǒng)。

[0004]參照圖1A，燃料電池100(以從上到下的視角示出)經(jīng)配置以包括陽極入口105、陽極出口110、陰極入口115、陰極出口120、冷卻劑入口125和冷卻劑出口130。參照圖1B，如上所述燃料電池(例如燃料電池100)可以堆積以產(chǎn)生燃料電池組135，其中將各電池的陽極、陰極和冷卻劑通道都匹配。

[0005]燃料電池系統(tǒng)獨有的一個操作問題涉及系統(tǒng)啟動和停機操作。與內(nèi)燃發(fā)電裝置不同，燃料電池電極如果暴露于不適當(dāng)?shù)臍怏w和/或氣體混合物，可能會受到損壞。例如，如果不正確操作，陽極暴露于空氣中可能會嚴(yán)重?fù)p壞電池。類似地，產(chǎn)生氣體混合物(例如氫氣-空氣溶液)的停機操作可能在隨后的啟動操作中對燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。

發(fā)明內(nèi)容

[0006]總的來講，本發(fā)明提供了燃料電池系統(tǒng)的停機方法。根據(jù)一種實施方式的方法包括停止(halting)燃料流動，然后使惰性氣體(例如氮氣)開始流動到燃料電池組的陽極，同時保持氧化劑到陰極的流動。然后在燃料電池組兩端循環(huán)接合(engage)和解除(disengage)負(fù)載以耗盡該系統(tǒng)的燃料電池可得到的燃料。可以使用電壓和/或電流閾值來確定何時接合和解除負(fù)載以及何時終止(terminate)該停機操作。一旦該燃料電池基本上耗盡燃料，可以使氧化劑流體流過接合有負(fù)載的陽極和陰極，直至達(dá)到第二電壓和/或電流閾值。然后可以停止該氧化劑流體流并解除負(fù)載。在另一實施方式中，接合并調(diào)節(jié)可變負(fù)載，以耗盡該系統(tǒng)的燃料電池可得到的燃料。如上所述，可以使用電壓和/或電流閾值來確定何時調(diào)節(jié)負(fù)載以及何時終止該停機過程。在另一實施方式中，在該停機過程的一些部分期間，可以使負(fù)載周期性接合和解除，在該停機過程的其余部分期間，可以接合但調(diào)節(jié)負(fù)載。

[0007]根據(jù)本發(fā)明的方法可以通過執(zhí)行編制(organize)到一個或多個程序模塊中的指令的可編程控制裝置實施。可編程控制裝置包括專用硬件控制裝置以及一般用途的處理系統(tǒng)。用于實施根據(jù)本發(fā)明的任何方法的指令可以切實地體現(xiàn)于(tangibly?embodied?in)任何適合的存儲裝置。

附圖說明

[0008]圖1顯示了根據(jù)傳統(tǒng)現(xiàn)有燃料電池技術(shù)的單一燃料電池(1A)和燃料電池組(1B)的結(jié)構(gòu)(layout)。

[0009]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的燃料電池系統(tǒng)。

[0010]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的停機過程。

[0011]圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的燃料電池系統(tǒng)。

[0012]圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的停機過程。

具體實施方式

[0013]以下描述用于使任何本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用要求保護(hù)且在下面討論的特定實例的內(nèi)容中提供的本發(fā)明，所述特定實例的變化對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是容易顯而易見的。更特別地，本發(fā)明的示例性實施方式是就使用氣態(tài)氫(H₂)作為燃料、空氣(O₂和氮氣N₂的混合物)形式的氧氣(O₂)作為氧化劑和質(zhì)子交換或聚合物電解質(zhì)膜(“PEM”)電極組件的燃料電池進(jìn)行描述的。然而，后附的權(quán)利要求并不意于由所公開的實施方式所限定，而是給予了它們的與此處公開的原理和特征相一致的最寬的范圍。