[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410087612.9
• 申請(qǐng)日: 2008-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103956507A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 保羅·阿德考克;彼得·戴維·胡德;斯科特·貝爾德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 智慧能量有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04
• 分類號(hào): H01M8/04
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王靜

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年09月25日、申請(qǐng)?zhí)枮?00880117728.5、發(fā)明名稱為“燃料電池系統(tǒng)”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)的操作以及與其相關(guān)的設(shè)備的操作，且具體地但不排他地涉及用于使燃料電池系統(tǒng)停止的策略。

背景技術(shù)

水對(duì)于燃料電池系統(tǒng)的操作是不可缺少的，所述燃料電池系統(tǒng)例如成此處所述的系統(tǒng)的形式，此處所描述的系統(tǒng)包括圍繞質(zhì)子交換膜(PEM)建立的燃料電池堆。從陽(yáng)極流動(dòng)路徑傳導(dǎo)通過(guò)PEM的質(zhì)子(氫離子)與存在于陰極流動(dòng)路徑中的氧的反應(yīng)產(chǎn)生水。需要從燃料電池堆去除過(guò)量的水，以避免溢流并引起隨之發(fā)生的性能退化。然而，需要至少在陰極流動(dòng)路徑中存在一定量的水以維持PEM的水合作用，以便實(shí)現(xiàn)燃料電池的優(yōu)化的性能。通過(guò)仔細(xì)權(quán)衡注入和去除來(lái)控制所述水，也可以提供用于從燃料電池堆中去除過(guò)量的熱量的有用的機(jī)制。

為了優(yōu)化性能，可以在這種燃料電池系統(tǒng)內(nèi)有意地利用通過(guò)注射進(jìn)入所述堆的陰極流動(dòng)路徑中的水。與其他類型的采用分離的冷卻通道的燃料電池系統(tǒng)相比，這種注水燃料電池系統(tǒng)潛在的優(yōu)點(diǎn)是減小的尺寸和復(fù)雜度。如例如在GB2409763中所描述的，水可以通過(guò)水配送歧管直接注入到陰極流動(dòng)路徑中。

對(duì)于注水系統(tǒng)，重要的是進(jìn)給返回至陰極流動(dòng)路徑中的所有水是高純度的，以便避免對(duì)PEM的污染和由此帶來(lái)的堆性能的退化。然而，這種對(duì)高純度的要求意味著，不能使用降低水的凝固點(diǎn)或冰點(diǎn)的添加劑。尤其對(duì)于汽車領(lǐng)域，通常的要求包括從冰點(diǎn)以下(典型地低至-20℃)啟動(dòng)以復(fù)制燃料電池在實(shí)際上可能使用的環(huán)境。因?yàn)楦呒兌人哂?℃的冰點(diǎn)(在lbar壓強(qiáng)下)，假定有充足的時(shí)間任何遺留在燃料電池系統(tǒng)中的水將在燃料電池停止之后凍結(jié)。

燃料電池系統(tǒng)中的冰，尤其是陰極流動(dòng)路徑內(nèi)的冰可能會(huì)阻止所述堆適當(dāng)?shù)夭僮鳎蛘咄耆柚苟巡僮鳌Ｈ绻帢O流動(dòng)路徑中的任何部分被冰阻塞，空氣不能通過(guò)陰極，且燃料電池不能自加熱到冰點(diǎn)以上。此后將需要加熱整個(gè)堆的其他方法，這將會(huì)在燃料電池可以開(kāi)始供應(yīng)電能和自身加熱之前，需要消耗外部電力。

例如在US6479177中描述的清除操作可以在使燃料電池堆停止時(shí)使用。這一文件公開(kāi)一種燃料電池堆，其具有與陰極流動(dòng)路徑分開(kāi)的水冷卻通路。在允許堆的溫度下降到冰點(diǎn)以下之前，加壓的干燥的氮?dú)膺M(jìn)給被用于從所述堆清除水。然而這種方法需要加壓的氮?dú)獾墓┙o，在汽車環(huán)境下這可能是不可行的或甚至是不被期望的。

本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題中的一個(gè)或更多個(gè)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

在第一方面中，本發(fā)明提供一種停止燃料電池系統(tǒng)操作的方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆，所述方法包括以下連續(xù)的步驟：

i)停止燃料到燃料電池堆的供給；

ii)關(guān)閉位于與燃料電池系統(tǒng)的陰極系統(tǒng)流體連通的排放管線上的截止閥，所述陰極系統(tǒng)包括穿過(guò)燃料電池堆的陰極流體流動(dòng)路徑；

iii)用與所述燃料電池堆中的陰極空氣入口流體連通的空氣壓縮機(jī)給所述陰極系統(tǒng)加壓；和

iv)從所述陰極流動(dòng)路徑排出水。

在第二方面中，本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)，其包括：

燃料電池堆；

具有陰極流體流動(dòng)路徑的陰極系統(tǒng)，所述陰極流體流動(dòng)路徑包括以串聯(lián)方式連接并配置成允許空氣通過(guò)所述燃料電池堆的陰極空氣入口管線、位于所述燃料電池堆中的陰極體積和陰極引出管線；

與所述陰極空氣入口管線流體連通的空氣壓縮機(jī)；

隔熱的收集容器，其被配置成通過(guò)水回流管線接收來(lái)自所述陰極流動(dòng)路徑的水，

其中所述燃料電池系統(tǒng)被配置以在停止所述系統(tǒng)的操作期間將來(lái)自所述陰極流動(dòng)路徑的水通過(guò)所述水回流管線排入到所述收集容器中。

在第三方面中，本發(fā)明提供一種反向流動(dòng)泄壓閥，所述反向流動(dòng)泄壓閥包括：

第一進(jìn)給口；

第二進(jìn)給口；

單向閥，所述單向閥位于在所述第一進(jìn)給口和所述第二進(jìn)給口之間延伸的主流體通路中，所述單向閥被配置以允許流體從所述第一進(jìn)給口流到所述第二進(jìn)給口，且阻止流體沿相反方向的流過(guò)；

與所述主流體通路流體連通的旁路流體通路；

密封閥，所述密封閥壓靠在所述旁路通路和清除端口之間的所述旁路通路的端部上，