[發明專利]燃料電池系統及其運行方法

在審

• 申請號: 202010490077.7
• 申請日: 2020-06-02
• 公開（公告）號: CN112290047A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 李珍憲;權五琸;張旭日;樸勛雨;金泰均
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/04746;H01M8/2483;H01M8/0432
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張晶;趙愛玲

本公開涉及一種燃料電池系統。該燃料電池系統包括：第一管線，被配置為經過燃料電池堆，并且冷卻劑在第一管線中循環；泵，設置在第一管線上；第二管線，一端在位于泵的出口與燃料電池堆之間的第一點處連接到第一管線，并且另一端在位于泵的入口與燃料電池堆之間的第二點處連接到第一管線；加熱器，設置在第二管線上，并且加熱沿第二管線流動的冷卻劑；以及第三管線，被配置為經過空氣調節單元，在第一點與燃料電池堆的出口之間連接到第一管線，并且冷卻劑在第三管線中循環。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2019年7月23日提交的申請號為10-2019-0089096的韓國專利申請的優先權和權益，該韓國專利申請的全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本公開涉及一種燃料電池系統及其運行方法。

背景技術

該部分的陳述僅提供與本公開有關的背景信息，并且可以不構成現有技術。

燃料電池系統是指通過連續供應的燃料的化學反應持續產生電能的系統。作為能夠解決全球環境問題的可選方案，持續不斷地對燃料電池系統進行研究與開發。

根據用于燃料電池系統的電解質的類型，燃料電池系統可以分為磷酸燃料電池(phosphoric acid fuel cell，PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(molten carbonate fuelcell，MCFC)、固體氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell，SOFC)、聚合物電解質膜燃料電池(polymer electrolyte membrane fuel cell，PEMFC)、堿性燃料電池(alkaline fuelcell，AFC)、直接甲醇燃料電池(direct methanol fuel cell，DMFC)等。根據工作溫度、輸出范圍等以及所利用的燃料的類型，燃料電池系統可以應用于與移動電源、運輸、分布式發電等有關的各種應用領域。

在燃料電池中，聚合物電解質膜燃料電池被應用于正在被開發以替代內燃機的氫車輛(氫燃料電池車輛)的領域。

氫車輛被配置為通過氫氣和氧氣之間的化學反應來產生自身的電，并通過操作馬達來行駛。因此，氫車輛包括：氫氣罐(H₂罐)，被配置為儲存氫氣(H₂)；燃料電池系統，被配置為通過氫氣和氧氣(O₂)之間的氧化還原反應來產生電；各種類型的裝置，被配置為排出所生成的水；電池，被配置為儲存由燃料電池系統產生的電；控制器，被配置為轉換和控制產生的電；以及馬達，被配置為產生驅動力。

燃料電池系統一般包括：燃料電池堆，被配置為產生電能；燃料供應裝置，被配置為向燃料電池堆供應燃料(氫氣)；空氣供應裝置，被配置為向燃料電池堆供應作為電化學反應所需的氧化劑的空氣中的氧氣；熱管理系統(thermal management system，TMS)，被配置為將燃料電池堆中的反應熱去除到系統外部并控制燃料電池堆的工作溫度。

眾所周知，熱管理系統(TMS)可以包括：TMS管線，用于冷卻燃料電池堆的冷卻劑在TMS管線中循環；加熱器，安裝在TMS管線上并加熱冷卻劑；散熱器，安裝在TMS管線上并將冷卻劑的熱量散發到外部；空氣調節單元(例如，供熱加熱器)，安裝在TMS管線上并利用冷卻劑來冷卻或加熱車輛的內部；以及離子過濾器，被配置為過濾通過空氣調節單元的冷卻劑中包含的離子。

然而，在現有技術中，在燃料電池系統的冷啟動時，在向燃料電池堆的冷卻劑的流動被阻斷并且向空氣調節單元和離子過濾器的冷卻劑的流動被阻斷的狀態下，冷卻劑沿經過加熱器的加熱回路循環。因此，存在以下問題：緊接在在冷啟動之后，滯留在空氣調節單元和離子過濾器內部的低溫冷卻劑流入燃料電池堆，使得燃料電池堆的性能和運行效率由于流入燃料電池堆的低溫冷卻劑而降低。

另外，在現有技術中，在冷啟動時不能通過離子過濾器進行過濾處理(去除冷卻劑中包含的離子)，導致難以將緊接在冷啟動之后流入燃料電池堆的冷卻劑的電導率保持在預定水平以下的問題。