[發(fā)明專利]用于加強(qiáng)燃料電池車輛起動(dòng)的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310519640.9
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103794809A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D.I.哈里斯;S.賈納帕蒂;M.卡特賴特;P.A.拉帕波特
• 申請（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;B60L11/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馮春時(shí);胡斌

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及用于加強(qiáng)燃料電池的性能的方法和系統(tǒng)。更具體而言，但不是排他的，本公開涉及用于改善燃料電池在冷溫度下的起動(dòng)穩(wěn)定性的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池是不需要燃料燃燒而通過電化學(xué)過程產(chǎn)生電的裝置。氫氣通常與氧氣電化學(xué)地化合以產(chǎn)生電。該過程僅有的副產(chǎn)物是水蒸氣和熱量。因此，通過省去內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或者在混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的情況下僅在特定的時(shí)間操作發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料電池供能的電動(dòng)車輛降低排放和對常規(guī)化石燃料的需求。

然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陽極和陰極在起動(dòng)之前暴露于空氣時(shí)，在起動(dòng)期間，溫度對于確定燃料電池電壓的響應(yīng)可能有所影響。更具體而言，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，冷溫度，并且特別是冰點(diǎn)之下的溫度，可能造成燃料電池車輛起動(dòng)中的不期望的延遲。

測試數(shù)據(jù)已經(jīng)表明，在氫缺乏時(shí)間段期間的電流和燃料電池凍結(jié)起動(dòng)期間的溫度的組合影響時(shí)間延遲，直到燃料電池中的最小電池電壓能夠達(dá)到可接受的水平。不被理論所限制，本發(fā)明的發(fā)明人觀察到燃料電池內(nèi)的陽極催化劑上的鉑氧化物（Pt-Ox）的生長可以阻止在電池中發(fā)生氫-氧反應(yīng)（HOR）。該生長甚至可以在陽極室中存在充分的氫之后阻止HOR，并且因此可以導(dǎo)致在冷起動(dòng)期間不期望的延遲。

本發(fā)明的發(fā)明人因此已經(jīng)確定期望提供用于加強(qiáng)燃料電池系統(tǒng)起動(dòng)的方法和系統(tǒng)，尤其在冷溫度下，其克服一個(gè)或多個(gè)前述限制和/或現(xiàn)有技術(shù)的其它限制。

發(fā)明內(nèi)容

本文公開的方法和系統(tǒng)用于改善燃料電池系統(tǒng)（諸如車輛燃料電池系統(tǒng)）的性能，尤其是在冷溫度下。在用于控制燃料電池系統(tǒng)起動(dòng)的方法的一些實(shí)施方式中，可以開始起動(dòng)過程而不立即向燃料電池施加負(fù)載。然后燃料電池可以被允許達(dá)到開路電壓。燃料電池可以包括燃料電池堆，該燃料電池堆包括多個(gè)單個(gè)的燃料電池，諸如燃料電池車輛中通常存在的。

在燃料電池已經(jīng)達(dá)到開路電壓之后，例如，可以由電流控制模塊施加延遲時(shí)間段，使得負(fù)載不施加到燃料電池，直到延遲時(shí)間段已經(jīng)期滿。在延遲時(shí)間段已經(jīng)期滿后，可以利用例如電流控制模塊向燃料電池施加負(fù)載。

在一些實(shí)施方式中，該過程可以包括測量所述燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的溫度。該溫度可以用于確定延遲的長度或者確定何時(shí)向燃料電池系統(tǒng)施加負(fù)載。在一些實(shí)施方式中，施加延遲時(shí)間段的步驟可包括使用所測量的溫度來估計(jì)所述燃料電池已經(jīng)達(dá)到開路電壓之后的最小延遲時(shí)間段以避免由于冷溫度造成的燃料電池起動(dòng)延遲。施加延遲時(shí)間段的步驟還可包括將包括燃料電池已經(jīng)被測量為開路電壓的時(shí)間段的操作電路電壓時(shí)間與最小延遲時(shí)間段進(jìn)行比較。

在一些實(shí)施方式中，向燃料電池施加負(fù)載的步驟可包括，響應(yīng)于確定所述操作電路電壓時(shí)間大于最小延遲時(shí)間段，向燃料電池施加負(fù)載。如果操作電路電壓時(shí)間小于最小延遲時(shí)間段，則系統(tǒng)可以構(gòu)造成防止電流流動(dòng)。一些實(shí)施方式還可以包括估計(jì)燃料電池內(nèi)的氧濃度，諸如燃料電池的陽極室內(nèi)的氧濃度。在這種實(shí)施方式中，施加延遲時(shí)間段的步驟可包括使用燃料電池的陽極室內(nèi)的測量的溫度和估計(jì)的氧濃度來估計(jì)燃料電池已經(jīng)達(dá)到開路電壓后的最小延遲時(shí)間段以避免由于冷溫度引起的燃料電池起動(dòng)延遲。在這種實(shí)施方式中，施加延遲時(shí)間段的步驟還可包括將包括燃料電池已經(jīng)被測量為開路電壓的時(shí)間段的操作電路電壓時(shí)間與最小延遲時(shí)間段進(jìn)行比較。響應(yīng)于確定操作電路電壓時(shí)間大于最小延遲時(shí)間段，負(fù)載可以被施加到燃料電池。

車輛燃料電池系統(tǒng)的一些實(shí)施例可以包括燃料電池和電流控制模塊，該電流控制模塊用于控制向燃料電池施加負(fù)載。還可以包括電壓監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測燃料電池內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電壓。電流控制模塊可以構(gòu)造成，在電壓監(jiān)測模塊已經(jīng)檢測到燃料電池已經(jīng)達(dá)到開路電壓之后，在對燃料電池施加負(fù)載之前施加延遲時(shí)間段。

電流控制模塊可以構(gòu)造成，在電壓監(jiān)測模塊已經(jīng)檢測到每個(gè)單個(gè)燃料電池已經(jīng)達(dá)到開路電壓之后，在對燃料電池施加負(fù)載之前施加延遲時(shí)間段。在一些實(shí)施例中，該延遲時(shí)間段可以是固定的。在其它實(shí)施例中，延遲時(shí)間段可以基于例如陽極室中的溫度和/或氧濃度而改變。在延遲時(shí)間段固定的實(shí)施例中，延遲時(shí)間段可以在大約0.2秒和大約5.0秒之間。在一些這樣的實(shí)施例中，延遲時(shí)間段可以在大約0.9秒和大約2.0秒之間。

一些實(shí)施例可以包括構(gòu)造成感測燃料電池內(nèi)的溫度的溫度傳感器。在這些實(shí)施例中的電流控制模塊可以構(gòu)造成從溫度傳感器接收溫度讀數(shù)。并且電流控制模塊可以構(gòu)造成使用來自溫度傳感器的溫度讀數(shù)來確定何時(shí)對燃料電池施加負(fù)載。