[发明专利]响应于低需求而使空气分流的燃料电池动力装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池动力装置(fuel cell power plant)，其例如 可用于为电动车提供动力，其中需求的快速减少导致阴极空气分流至 周围环境中，从而避免阴极溶解和随之发生的严重的性能下降。

背景技术

带有蓄电池或功率容量增大能力的聚合物电解质的质子交换膜 (PEM)燃料电池动力装置通常具有非常宽的需求范围，波动至非常低 的需求导致了开路电压状态。在开路电压状态下，相对较高的阴极电 压造成阴极催化剂溶解，其则导致性能下降。因为这种燃料电池还具 有动力需求上的突然提升，流向阴极的反应剂气流必须是可获得的以 满足这种需求，因此气泵在低需求期间必须连续操作，以适应对较高 的动力需求的快速恢复。目前已经知晓使用虚假负荷来吸收这些状态 下的某些过量的燃料电池输出功率，从而减小开路电压和阴极腐蚀。

发明公开

本发明的目的包括：控制为电动车或混合动力车辆提供功率的燃 料电池叠组中的腐蚀和性能下降；将能量保存在低需求易反复发生的 燃料电池动力装置中；在减少负荷期间，以与之前状态紧密关联的方 式来控制燃料电解反应；保存否则会浪费掉的燃料和/或燃料电池动力 装置中的能量；在具有较宽需求波动的燃料电池动力装置中减少开路 电压状态；在具有较宽需求波动的燃料电池动力装置中减少阴极催化 剂溶解；减小遇到较宽的需求波动的燃料电池动力装置中的性能下 降；及改进燃料电池动力装置。

本发明以认识到以下事实为基础，即流向燃料电池动力装置阴极 的反应空气(reactant air)会快速且显著的下降，其在燃料电池动力装置 具有至低功率需量的快速波动时，显著地减少了将燃料电池叠组保持 在安全电压下所需要的功率消耗，从而避免了紧随着需求减少而引起 的阴极老化。本发明还以认识到这一事实为基础，即如果阴极反应剂 泵(通常为吹风机)连续运行在几乎操作全速下，那么动力装置可快速 响应输出动力需求上的突然提升。

根据本发明，由吹风机提供的反应空气被快速分流至周围环境， 以响应于低的动力需求，其可能导致高的阴极电压状态，例如每电池 大于0.85伏；在低输出动力需求期间，吹风机运行在比需求更高的水 准下，并因而为响应输出动力需求上的快速提升作好准备。

根据本发明，无论在输出动力需求存在快速下降的任何时候，都 可将可选的辅助负荷与正常负荷并联连接，从而耗散功率，所述功率 是在消耗残留于叠组中的氧气，即处于流场中和吸附在催化剂上的残 留氧气的过程中所产生的；辅助负荷在低需求期间可通过来自吹风机 的空气进行冷却。

虽然某些来源于消耗残留的氧气所获得的功率可通过存储于蓄 电池或电容器组中而恢复，假定蓄电池或电容器组处于充分放电状态 以吸收功率，但是利用本发明可避免能量存储系统(蓄电池或电容器) 充满电量而不能在输出动力需求快速减少期间吸收任何更多能量的 情形。另外，在过渡到低需求期间减少了燃料消耗，因为更快速的氧 气下降，其由于本发明而迅速地减少了燃料电池动力装置所产生的功 率量。

根据以下对附图所示的其典型实施例的详细说明将更加明晰本 发明的其它目的、特征和优势。

附图简要说明

图1是根据本发明的燃料电池动力装置的示意性的方框图，这种 燃料电池动力装置在低需求期间使空气分流离开阴极。

图2是根据本发明的燃料电池动力装置的示意性的方框图，其在 低需求期间将燃料电池叠组的能量耗散在辅助负荷中。

图3是根据本发明的图2实施例的备选方案的示意性的方框图。

用于实现本发明的模式

现在参看图1，车辆150包括燃料电池叠组151，其包括多个邻 接的燃料电池，其各具有位于阳极17和阴极19之间的质子交换膜16， 在图1中只显示了一个燃料电池12。燃料电池叠组151的正极和负极 端子上的电输出通过一对线路155，156经由开关158而连接至电动车 或混合动力车辆的推进系统159上。