[發明專利]密封的陽極燃料電池系統的停機操作

有效

• 申請號: 200910132762.6
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN101562259A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: G·M·羅布
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/04;H02J7/00;G05B19/042
• 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

技術領域

本發明涉及用于操作燃料電池系統的系統和方法，更特別地涉及用于控制燃料電池系統停機操作的系統和方法。?

背景技術

燃料電池是將燃料中的化學能直接轉變成電能的電化學裝置。在典型操作的電池中，將燃料連續供給陽極(負電極)，將氧化劑連續供給陰極(正電極)。在電極(即陽極和陰極)處發生電化學反應，產生通過將電極分隔開的電解質的離子流，同時驅動互補電流通過負載做功(例如驅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，但目前開發中的大多數燃料電池都使用氣態氫作為陽極反應物(也稱為燃料)，使用以空氣形式的氣態氧作為陰極反應物(也稱為氧化劑)。?

為了得到應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節、熱管理、電源調節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成了燃料電池系統。?

參照圖1A，燃料電池100(以從上到下的視角示出)經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。?

燃料電池系統獨有的一個操作問題涉及系統啟動和停機操作。與內燃發電裝置不同，燃料電池電極如果暴露于不適當的氣體和/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重損壞電池。類似地，產生氣體混合物(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產生不利影響。?

發明內容

總的來講，本發明提供了燃料電池系統的停機方法。根據一種實施方式的方法包括停止(halting)燃料(H₂)和氧化劑(空氣)流動到該系統的燃料電池組，然后密封該電池組的陽極區。然后在該電池組兩端接合(engage)負載，以耗盡該電池組的燃料電池的陽極處的許多(much?of)燃料和陰極處的基本上所有氧氣。一旦該燃料電池基本上耗盡燃料，則打開該電池組的陽極和陰極區之間的流體相通。因為該電池組的陽極區是密封的，因此其中燃料的消耗產生真空。該真空將吸取(pull)富N₂的氣體從陰極區進入陽極區。該行為(action)還將吸取額外的空氣(氧化劑)進入該陰極區。為使引入陽極區的富O₂氣體(空氣)最小化，已經發現允許氣體從陰極在遠離允許空氣流入陰極區位置的區域流入陽極是有益的。當陽極區中消耗掉基本上所有的H₂時，終止燃料電池系統的陽極和陰極區之間的流體相通。?

在一種實施方式中，在放電操作期間(即當負載接合時)可以監控一些或所有該電池組的燃料電池兩端的電壓，其中該特定的電壓包括大于或等于0且上限為250毫伏的電壓，以確定何時解除(disengage)負載?？梢允褂萌魏沃甘痉烹姞顟B的燃料電池操作參數。例如可以使用電池電壓(絕對值和/或改變速率)和電流(絕對值和/或改變速率)。?

根據本發明的方法可以通過執行編制(organize)到一個或多個程序模塊中的指令的可編程控制裝置或控制單元實施?？删幊炭刂蒲b置包括專用硬件控制裝置以及一般用途的處理系統。用于實施根據本發明的任何方法的指令可以切實地體現于(tangibly?embodied?in)任何適合的存儲裝置。?

附圖說明

圖1顯示了根據傳統現有燃料電池技術的單一燃料電池(1A)和燃料電池組(1B)的結構(layout)。?

圖2顯示了根據本發明的一種實施方式的燃料電池系統。?

圖3以示意圖方式顯示了根據本發明的一種實施方式的燃料電池的配置。?

圖4以流程圖方式顯示了根據本發明的一種實施方式的停機操作。?

具體實施方式