[发明专利]在备用/再生模式中操作燃料电池系统的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种用于改善燃料电池系统的燃料效率 的系统和方法，更具体地，涉及一种通过在系统空闲期间将燃料电池 系统置于备用模式中从而来改善燃料电池系统的燃料效率的系统和 方法，包括使压缩机空气旁路绕过燃料电池组，以及在该电池组上提 供独立的负载以减小该电池组的输出电压。

背景技术

氢是一种非常有吸引力的燃料，这是因为氢是清洁的，并 且能够被用在燃料电池中有效地产生电。氢燃料电池是一种包括了阳 极、阴极以及位于它们之间的电解质的电化学装置。阳极接纳氢气， 阴极接纳氧或空气。氢气在阳极中被分离以生成自由的质子和电子。 该质子穿过电解质到达阴极。该质子与阴极中的氧和电子反应以生成 水。来自阳极的电子不能通过该电解质，因而这些电子在被送至阴极 之前，先被引导通过负载来做功。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种普遍的车用燃料电 池。PEMFC一般包括一种固态聚合物电解质质子导电膜，例如，全 氟磺酸膜。阳极与阴极通常包括细分的催化剂颗粒，常见的是铂(Pt)， 这些细分的催化剂颗粒支撑在碳颗粒上，并且与离聚物混合。催化剂 混合物被沉积在膜的相对侧上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合 物以及膜的组合限定了膜电极组件(MEA)。MEA制造起来相对昂贵， 并且为了有效的操作还需要一定的条件。

一些燃料电池通常被组合在一个燃料电池组中以便生成 期望的功率。例如，典型的车用燃料电池组可以具有两百个或者更多 堆叠在一起的燃料电池。燃料电池组接纳阴极输入的反应气体，其通 常是由压缩机强迫通过该电池组的空气流。不过，并非所有的氧都被 该电池组消耗掉，一些空气被作为阴极排气气体输出，该阴极排气气 体可包括作为电池组副产物的水。燃料电池组还接纳流入该电池组阳 极侧的阳极氢反应气体。该电池组还包括冷却流体流动通过的流动通 道。

燃料电池组包括一系列在该电池组中被放置于若干MEA 之间的双极板，其中这些双极板与MEAs被放置于两块端板之间。这 些双极板包括在该电池组内用于相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。阳 极气体流动通道被设置在双极板的阳极侧，以允许阳极反应气体流向 相应的MEA。阴极气体流动通道被设置在双极板的阴极侧上，以允 许阴极反应气体流向相应的MEA。一块端板包括阳极气体流动通道， 而另一块端板则包括阴极气体流动通道。双极板以及端板都由导电材 料制成，例如，不锈钢或者导电复合材料。由燃料电池生成的电被端 板从电池组中导出。双极板还包括冷却流体流动通过的流动通道。

在一个示例中，当燃料电池处于空闲模式中时，例如，燃 料电池系统的车辆在停车信号灯时刻停车时，其中燃料电池组并未生 成功率以操作系统装置，而阴极空气和氢气依然被提供至该燃料电池 组，且该电池组还在生成输出功率。当燃料电池组处于空闲模式中时 依然向燃料电池组提供氢气一般都是很浪费的，这是因为在这种情况 下操作电池组不会产生非常有用的功。因而，一般都期望减小在这些 空闲情况期间电池组的输出功率和电流汲取，以改善系统燃料效率。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种用于在系统空闲情况期间 将燃料电池系统置于备用或再生模式中以改善系统燃料效率的系统 和方法。该方法可包括：将阴极气流引导绕过电池组，将来自阴极压 缩机的空气流输出减小到最小的可容许设定点；断开电池组主接触 器，以使该电池组与高压汇流排断开连接，并且使该电池组与该系统 的其余部分电隔离开；将独立负载(例如，该电池组中的端电池加热 器)接合至该电池组以抑制电池组电压；在该燃料电池组的阳极侧保 持正压力，并且周期性地使阳极向排气流中放气。当产生了系统功率 请求从而消除空闲情形时，通过将压缩机空气流引导回到阴极并且当 达到开路电压或者空闲操作电压时打开电池组接触器，从而该系统返 回到正常操作。

结合附图，由以下说明和所附权利要求，本发明另外的特 征将变得显而易见。

附图说明

图1是燃料电池系统的示意性框图；以及

图2是曲线图，其中横轴线是时间，纵轴线上的量值示出 了当燃料电池系统处于备用或再生模式中时电池组的输出功率。

具体实施方式