[發明專利]用于燃料電池系統的起動控制裝置和方法

無效

• 申請號: 201110242621.7
• 申請日: 2011-08-19
• 公開（公告）號: CN102487144A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發明（設計）人: 任世埈;高載準;金永敏;孫翼齊;李鐘賢
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及一種用于燃料電池系統的起動控制裝置和方法。本發明具體涉及這樣一種用于燃料電池系統的起動控制裝置和方法，其可通過在起動燃料電池系統時控制供應到陽極的氫的供給速率，來減少保留在陽極上的氫和空氣之間形成界面所需的時間，并根據界面的形成來防止產生過電壓。

背景技術

在包括燃料電池組的燃料電池系統處于停止狀態時，空氣通常流入電池組的陰極，然后流入并擴散通過氣體擴散層和電解質膜而駐留在陽極。也就是說，當包括燃料電池組的燃料電池系統，即安裝有燃料電池系統的燃料電池車停止時，供應到燃料電池的空氣和氫氣會受到干擾。然而，當停止狀態持續較長時間時，保持在陽極中的氫可通過電解質膜流入陰極，陽極的壓力可能變得低于陰極的壓力。結果是，在陽極中形成負壓，入口和出口堵塞，因此由于陽極和陰極之間存在壓力差，而使陰極中的氧氣擴散到陽極。

當典型的燃料電池系統從停止狀態起動之后，驅動空氣供應單元將空氣供應到電池組的陰極，同時，將氫氣從氫罐供應到電池組的陽極。

另外在典型燃料電池系統起動之后，在氫氣被供應到陽極時，所供應的氫氣在陽極碰到空氣從而形成氫氣和空氣(氧氣)之間的界面，隨著氫氣和氧氣之間的界面形成，在陰極側上形成過電壓。

當在陰極中產生過電壓時，可導致陰極電極的腐蝕。這將在數十或數百次循環后劣化電池組性能。也就是說，當燃料電池系統起動時，氫氣通常被供應到陽極與剩余的氧氣形成界面，同時引起化學反應，該化學反應會在陰極產生高電勢并引起碳侵蝕(carbon?erosion)。因此，陰極中碳催化劑減少，因而減小導致燃料電池性能劣化的活性。該劣化會導致在燃料電池中產生的電壓的降低，因而會降低電池的耐用性。

防止在起動燃料電池系統之后產生過電壓的現有技術，使用通過利用諸如電阻等假負載連接來降低電壓的工藝。然而，當不是以一致方式供應燃料時，電池組的電池中可產生反向電壓，并可引起電池組性能的致命劣化。

因此，改善燃料電池組的耐用性從而防止或最小化由氫氣和空氣(氧氣)之間的界面引起的過電壓是非常重要的，該過電壓是在燃料電池系統從停止狀態起動之后空氣(氧氣)流入陽極形成的。

在背景技術部分公開的上述信息僅僅是為了增強對本發明背景技術的理解，因此其可能包含對本國本領域普通技術人員來說已知的不構成現有技術的信息。

發明內容

本發明提供一種用于燃料電池系統的起動控制裝置和方法，其可在燃料電池系統從停止狀態起動時，通過根據存在于陽極的氧濃度來調節供應到陽極的氫供給速率，來減少與陽極上剩余空氣形成界面所需的時間，根據界面的形成防止產生過電壓，并減少不必要的氫消耗。

在一個方面，本發明提供一種用于燃料電池系統的起動控制裝置，其包括：濃度計，測量存在于燃料電池組的陽極中的氧濃度；氫供給速率控制器，布置在陽極入口處；和控制器，從濃度計接收氧濃度信號值并同時控制氫供給速率控制器從而調節到陽極的氫供給速率。

在另一個方面，本發明提供一種用于燃料電池系統的起動控制方法；其包括：測量燃料電池系統起動后存在于燃料電池組的陽極中的氧濃度；和根據氧濃度來控制供給到陽極的氫供給速率。

在優選實施例中，如果氧濃度等于或大于參考值，則可將氫供給速率調節成增大(如高的)速率。

在另一個優選實施例中，如果氧濃度小于參考值，則可將氫供給速率調節成正常(或較低的)速率。

下面將討論本發明的其他方面和優選實施例。

附圖說明

下面參考某些示例性實施例詳細描述本發明的上面和其他特征，其中所示附圖僅例示而非限制本發明，且其中：

圖1是示出根據本發明一個實施例的燃料電池系統的起動控制方法的圖；

圖2a-2c是V-I曲線圖，示出使用根據本發明一個實施例的用于燃料電池系統的起動控制方法來控制供應到陽極的氫供給速率來測量的電池電壓變化；以及

圖3a-3d是V-I曲線圖，示出根據燃料電池系統起動時陽極中剩余空氣量的電池電壓變化。

附圖中給出的附圖標記包括下面進一步討論的元件：

10：燃料電池組????????12：陽極

14：陰極??????????????16：濃度計

18：氫供給速率控制器??20：控制器

22、24、26、和28：閥