[发明专利]燃料电池装置及对其进行操作的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到燃料电池装置的操作。

背景技术

燃料电池可用于对现有技术中公知的其它各种应用尤其是电子器件进行供电和/或充电。针对用作这样的电源的燃料电池的典型功率水平为0.1至50瓦。此类型燃料电池中通常使用的燃料为氢气。

PEM（聚合物电解质膜或质子交换膜）燃料电池是一种通常类型的燃料电池。然而，这样的燃料电池对高的电池电压是敏感的，因为电池寿命由此受到消极影响。高的电池电压导致碳腐蚀、催化剂溶解和离聚物降解。因此希望的是尽可能避免高的电池电压。此外，阳极隔室中的O₂（氧气）和H₂（氢气）的混合物已图示成用以进一步减少MEA（膜电极组件）的寿命。参看参考文献1）F.A.deBruijn、V.A.T.Dam以及G.J.M.Janssen在Fuel Cells 08, 2008, 1, 3-22上的文献Review: Durability and Degradation Issues of PEM Fuel Cell Components，以及参考文献2）Wolfgang Schmittinger、 Ardalan Vahidi在Journal of Power Sources, 2008 ,180 ,1-14上的文献A review of the main parameters influencing long-term performance and durability of PEM fuel cells。

因此希望的是,缩短氢气和氧气二者都存在于氢气隔室中的时间。此外，据信的是，若电池电压通过例如对电池进行短路而得以降低，则在阳极隔室中氢气和氧气气体的混合物是对MEA而言有害程度较轻的。因而，电池保留处于开路电势的时间、以及电池暴露于O₂和H₂的混合物的时间应当被最小化。

发明内容

考虑到以上在背景技术中呈示的问题，本发明的目的在于，通过燃料电池组件的新颖设计以及通过新颖的启动程序来改进燃料电池的寿命。

在第一方面由如权利要求1所限定的燃料电池装置，本发明实现了上述目的。

因而，提供了一种燃料电池装置，其包括具有至少一个聚合物电解质膜燃料电池的燃料电池组件，以及用于提供燃料流的燃料输送器件。

新颖的和创造性的特征在于，该装置具有用于预燃的器件。此预燃器件适于燃烧在启动期间（即，在装置开始输送功率之前）进入燃料电池组件的燃料，并且适于继续燃烧直至燃料流增加到预定水平和/或氧气浓度减低到预定水平。

这样，排除了氢气和氧气混合物的有害的水平。

在第二方面，本发明提供了权利要求8中限定的操作燃料电池装置的方法。

此方法包括通过使得燃料输送器件来输送燃料流而开启所述启动。随后，使得用于预燃的器件来燃尽进入燃料电池组件的燃料。燃料流和/或氧气浓度受到监测。当燃料流增加到预定水平和/或氧气浓度降低到预定水平时，从在其期间没有输送功率的启动切换到功率产生。

在从属权利要求中提出了优选实施例。

附图说明

下列附图示出了根据本发明由燃料电池供电的电源。

图1是由燃料电池供电的电源中部件的示意图，

图2是由燃料电池供电的电源中电源管理电子器件的示意图，

图3a是由燃料电池供电的电源的截面图，其里面的部件具有圆柱形燃料杯/反应器，

图3b是4电池平板燃料电池组件的示意图，其具有的每个电池连接至可变电阻器，

图4示出了针对根据本发明的由燃料电池供电的电源的氢气流量随时间变动的曲线，和

图5是用于预燃的器件的示意性分解图。

具体实施方式

当参考本申请中的表述“燃烧”时，其意思是，由电化学燃烧或非电化学燃烧反应实现的氢气的消耗。

在图1中示意性示出的根据本发明由燃料电池供电的电源的一个实施例包括下列部件。燃料源，优选为氢气产生器容器1；用于锁定和关闭所述氢气产生器容器的机构2；过滤器或膜3，其为燃料气体可渗透的、并且可以是疏水性的；用于预燃的器件4；燃料电池组件5；传感器单元6；以及压力释放阀7。在图中也示出了蓄电池8以及电子控制电路9，所述电子控制电路用于控制从燃料电池组件5抽取的功率、以及来自装置10的功率输出。