[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)啟動期間使能氣體成分觀測的控制檢測方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201010508206.7 | 申請日： | 2010-10-08 |
| 公開（公告）號： | CN102034996A | 公開（公告）日： | 2011-04-27 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | S·E·萊爾納;A·喬扈里;S·G·格貝爾 | 申請（專利權(quán)）人： | 通用汽車環(huán)球科技運作公司 |
| 主分類號： | H01M8/04 | 分類號： | H01M8/04 |
| 代理公司： | 中國專利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人： | 薛峰 |
| 地址： | 美國密*** | 國省代碼： | 美國;US |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 燃料電池 系統(tǒng)啟動 間使 氣體 成分 觀測 控制 檢測 方法 | ||
相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2009年10月8日提交的美國臨時申請61/249,872的權(quán)益。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及燃料電池系統(tǒng)，更具體地，涉及啟動燃料電池系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)
啟動用于汽車應(yīng)用的燃料電池系統(tǒng)涉及在可靠性、耐用性、以及到可接受的駛離為止的時間(啟動時間長度)之間的平衡。可靠性涉及確保在膜兩側(cè)上的整個活性區(qū)域上存在充足的反應(yīng)物，從而使得能夠支持全電流。這必須在沒有超出氫排放要求的情況下被實現(xiàn)。諸如硬件布局、硬件可靠性、或者寒冷的周圍環(huán)境狀況之類的因素也會對成功啟動燃料電池系統(tǒng)的策略產(chǎn)生影響。
耐用性涉及空氣/H2前沿在陽極上的正確徙動。在通過電池的空氣/H2前沿速度與電池退化之間的相關(guān)性已經(jīng)被確定。為了減小電池退化的影響，該前沿速度必需增大。然而，在汽車應(yīng)用中，增大前沿速度受到氫排放要求的限制。
在各種情形中，期望為了消費者滿意度而減少啟動時間長度。此外，這還受到氫排放要求的限制，并且由于反應(yīng)物的非均勻流動特性還受到將反應(yīng)物充分且均勻地供應(yīng)到堆的活性區(qū)域的能力的限制。
在正常的啟動中，對于可靠性、耐用性、以及啟動時間長度的顧慮是大致相同的。在典型的啟動策略中，系統(tǒng)內(nèi)的初始?xì)怏w成分被要求作為到控制的輸入，從而使得系統(tǒng)能夠決定最優(yōu)的方法來進(jìn)行啟動。
圖1-2示出了燃料電池系統(tǒng)的一個實施例和正常的啟動方法。在2007年9月21日提交的標(biāo)題為“Method?for?Fast?and?Reliable?Fuel?CellSystem?Start-ups”的美國申請11/859,300中對該系統(tǒng)和方法更加充分地進(jìn)行了描述，通過引用將其并入本文。許多其它實施例也是可能的。
圖1示出了燃料電池系統(tǒng)10，其包括第一分離的燃料電池堆12和第二分離的燃料電池堆14。壓縮機(jī)16通過陰極輸入管線18經(jīng)由常閉的陰極輸入閥20給堆12和14提供陰極輸入空氣。陰極排氣從分離的堆12通過管線24輸出，并且陰極排氣從分離的堆14通過管線26輸出，其中陰極排氣被混合到單一的陰極輸入管線28中。常閉的陰極背壓閥30控制陰極排氣穿過管線28的流動。在輸入管線18和輸出管線28之間的陰極旁通管線32允許陰極輸入空氣旁路通過堆12和14。常閉的旁通閥34對陰極空氣是否旁路通過堆12和14進(jìn)行控制。如果閥20和30都關(guān)閉而閥34打開，則來自壓縮機(jī)16的空氣將旁路通過堆12和14。通常，陰極加濕單元(未示出)將設(shè)置在陰極輸入管線18內(nèi)的合適位置處。
在該布置中，堆12和14使用了陽極流動變換，其中陽極反應(yīng)物氣體以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方式以預(yù)定周期穿過堆12和14來回流動。噴射器38通過陽極管線42將來自氫氣源40的氫氣噴射到分離的堆12，噴射器44以交替的順序通過陽極管線48將來自氫氣源40的氫氣噴射到分離的堆14。連接器管線54連接堆12和14的陽極側(cè)。
水分離器60耦接至連接器管線54，并且收集位于堆12和14之間的陽極氣體流中的水。可以使用常閉的排泄閥62，其周期性打開以通過管線64將水排至陰極排氣管線28。此外，陽極排氣清掃閥66可以設(shè)置在連接管線54中。
如上所述，期望周期性地對堆12和14的陽極側(cè)進(jìn)行排放，以去除否則可能稀釋氫氣并影響電池性能的氮氣。為此目的而設(shè)置了常閉的排放閥50和52。當(dāng)命令陽極排放時，排放閥50或52打開從而使被排放的陽極排氣被送到陰極排氣管線28，這取決于當(dāng)前氫氣流動的方向。具體地，如果當(dāng)排放被觸發(fā)時氫氣正從源40被噴射到分離的堆12中，那么排放閥52打開。類似地，如果當(dāng)排放被觸發(fā)時氫氣正從源40被噴射到分離的堆14中那么，排放閥50打開。在正常的排放持續(xù)期間，該流動變換通常將發(fā)生若干次，從而使得排放閥50和52與該流動變換合拍地也必需打開和關(guān)閉若干次。
燃料電池堆12和14生成電流。在正常的堆操作期間，由堆12和14生成的電流被用來驅(qū)動系統(tǒng)負(fù)載，例如，車輛上的電牽引系統(tǒng)(ETS)56。在關(guān)停序列期間，由堆12和14生成的電流可以被用來對電池58充電，或者由其它系統(tǒng)部件消耗，以及被電阻68消耗。
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