[发明专利]系统水平衡

说明书

技术领域

本公开大体涉及水平衡，并且更具体地涉及维持燃料电池系统内的水平衡。

现有技术

燃料电池系统是公知的。一种示例性燃料电池系统包括设置成电池堆的多个单独燃料电池。每个单独燃料电池具有被置于质子交换膜的任一侧上的阳极和阴极。例如氢的燃料被供应到质子交换膜的阳极侧。例如空气的氧化剂被供应到质子交换膜的阴极侧。各个燃料电池在操作期间产生水。

一些燃料电池系统使得液体水移动通过燃料电池组件，以便除去热能并水合燃料电池。液体水的供应源可能是有限的，尤其是在便携燃料电池系统的情况下。如果燃料电池接收到不足量的液体水或者排出过多水蒸汽，则燃料电池会过热或者由于干涸而失效。平衡燃料电池系统内的水避免了过热和干涸，并且有助于燃料电池系统高效地操作。除燃料电池系统以外的系统也可能需要水平衡。

发明内容

示例性系统水平衡方法包括：从系统排出水蒸汽，并且响应于该系统可用的水量来改变该排出。

示例性燃料电池水平衡方法包括：探测燃料电池组件可用的水量并且响应于该探测来限制从燃料电池排出的水蒸汽。

示例性燃料电池组件包括燃料电池和控制器。燃料电池从供应源接收水。控制器响应于供应源内的水量选择性地改变从燃料电池传送的水蒸汽的量。

附图说明

本领域的技术人员从下述具体描述中将显而易见到公开示例的各种特征和优点。伴随详细说明的附图能够被简要描述如下：

图1示出了示例性燃料电池系统的高度示意性的视图。

图2示出了另一示例性燃料电池系统的更具体视图。

图3示出了用于维持图2系统的燃料电池内的水平衡的通用方法。

图4示出了用于维持图2系统的燃料电池内的水平衡的更具体方法。

具体实施方式

参考图1，示例性燃料电池系统10包括燃料电池12和水的供应源14。燃料电池12从供应源14接收水。水沿路径16被传送到燃料电池12。水运动通过燃料电池12以便水合和除去热能。在运动通过燃料电池12之后，水中的至少一些在排出口18处作为水蒸汽从燃料电池12排出。运动通过排出口18的水蒸汽运动到环境从而离开燃料电池系统10。剩余的水作为液体水沿路径20运动回到供应源14。在一些示例中，尚未通过排出口18离开燃料电池系统10的水蒸汽可以凝结并添加到供应源14。

在这种示例中，控制器22改变通过排出口18从燃料电池系统44排出的水蒸汽的量。示例性控制器22基于供应源14内的水的可用性来改变离开燃料电池12的水蒸汽。控制器22可以调节进入燃料电池12的空气的压力或者空气流率，以便改变通过排出口18离开燃料电池12的水蒸汽的量。

调节进入燃料电池12的空气的压力（例如增加所述压力）是控制器22可以怎样改变通过排出口18离开燃料电池12的水蒸汽的量的示例。因为空气含有氧，所以在这种示例中空气被看作是反应物。

在另一示例中，控制器22通过调节进入燃料电池12的另一反应物的压力（例如通过增加进入燃料电池12的重整物的压力）来改变水的排出。重整物含有氢。

现在参考图2且继续参考图1，另一示例性燃料电池系统40包括具有阳极48和阴极52的燃料电池44。质子交换膜56将阳极48与阴极52分离。燃料电池44是燃料电池堆内的多个燃料电池中的一个。

燃料源60供应例如氢的燃料到燃料电池44的阳极48。在燃料排出口64处从燃料电池44排出燃料中的一些。一些水蒸汽可以通过燃料排出口64随燃料排出。

被排出燃料的一部分可以再循环回到阳极48内。再循环燃料由于提高燃料效率因而是有益的。再循环燃料中的一些也可以有助于维持水平衡，这是因为与燃料没有再循环相比，燃料排气损失更少的水蒸汽。

氧化剂源68供应例如空气的氧化剂到燃料电池44的阴极52。在空气排出口72处从燃料电池44排出空气中的一些。

氢-空气PEM燃料电池系统（例如，图2所示的系统40）产生水作为副产品。一些水作为水蒸汽从燃料电池44排出，所述水蒸汽由通过空气排出口72从燃料电池排出的空气带走。燃料电池44内的化学反应产生了由被排出空气携带的水蒸汽。

燃料电池44内的化学反应除水蒸汽外还产生液体水。在这种示例中，液体水沿路径80运动到蓄积器水箱76。沿路径80运动的液体水可以经过液体-液体热交换器，所述液体-液体热交换器将热量传送到车辆散热器流体。