[发明专利]燃料电池组件和控制方法

说明书

背景技术

典型的燃料电池装置包括被一起放置在电池堆组件（CSA）中的多个燃料电池。阴极反应物气体（例如空气）和阳极反应物气体（例如氢）被用于电化学反应以产生电能。湿化膜可以将阳极反应物分离于阴极反应物，并且引导在阳极和阴极之间的离子流。控制器监测CSA的操作参数并且控制阳极和阴极反应物气体的流动以及电流或电压以便产生所需CSA功率输出水平。

从CSA输出的所需功率会多次改变。这能够是响应向负荷或者功率要求的变化。其也可以是由于燃料电池操作的变化，例如从起动到正常操作的转变。

与循环操作有关的退化机制会限制CSA的耐久性。例如，电压循环会导致性能随时间退化。局部的薄膜湿度循环会导致膜磨损。这两种循环类型会响应于负荷或功率要求的变化而发生。虽然这样的循环在较低温度时会仅导致适度的退化或磨损率，但是高温操作会加重与这种循环有关的负面影响。因此，希望的是限制处于更高温度所花费的时间以及在高温运行期间的循环量。限制电压循环的负面影响的一种方法是使用电压钳制。电压循环会被看作在CSA被钳制所处的某个电压之下是良性的。例如，在名义操作温度，可以可接受的是将电压钳制到特定值，但是在较高操作温度该电压钳会是不可接受的。因此，电压钳制不是完美的技术方案。

发明内容

示例性方法包括：在包括多个操作参数的第一功率输出水平操作燃料电池。每个操作参数具有满足第一功率要求的值。确定第一功率要求和第二功率要求之间的变化。操作参数中的至少第一操作参数被维持在对应于第一功率输出水平的值，而操作参数中的至少第二操作参数被改变为对应于第二功率输出水平以满足第二功率要求的值。延迟将所述第一操作参数改变到对应于所述第二功率输出水平的值，直到满足预定标准。

示例性燃料电池组件包括电池堆组件和控制器，该控制器被构造成以包括多个操作参数的第一功率输出水平操作电池堆组件。每个操作参数具有满足第一功率要求的值。控制器确定第一功率要求和第二功率要求之间的变化。控制器将操作参数中的至少第一操作参数维持在对应于第一功率输出水平的值，并且将操作参数中的至少第二操作参数改变为对应于第二功率输出水平以满足第二功率要求的值。控制器延迟将第一操作参数改变到对应于第二功率输出水平的值，直到满足预定标准。

从下述描述和附图中能够理解所公开示例的这些和其他特征，在下文可以简要地描述所述描述和附图。

附图说明

图1示意性示出了示例性燃料电池组件。

图2示意性示出了另一示例性燃料电池组件。

图3是示出操作燃料电池的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性示出了包括电池堆组件（CSA）12的示例性燃料电池组件10，该CSA 12具有多个燃料电池。在这种示例性实施例中，燃料源14提供反应物，例如氢，其由例如燃料泵的供应装置18引导到CSA 12的燃料入口16。氢（或者其他反应物）以公知方式穿过CSA 12以便有助于功率生成。包括氢的排气燃料通过燃料出口20离开CSA 12。

通过例如鼓风机或压缩机的供应装置26的驱动，空气源22将空气提供到空气入口24。空气（或者其他气体）以公知方式穿过CSA 12以便有助于功率生成。排气空气通过空气出口28离开CSA 12并且被引导到蒸发冷却系统30。蒸发冷却系统30以公知方式操作并且从排气空气凝结水，其通过水入口32被引导到CSA 12。

控制器34通过与供应装置18和26、蒸发冷却系统30、电池堆组件12和温度传感器36通信来控制燃料电池组件10。虽然温度传感器36在所示示例中被示出为邻近CSA 12，但是温度传感器36也可以定位成远离CSA 12。

CSA 12生成的功率被控制器34选择性地引导到负荷38或功率吸收器40，例如电池、电容或者电阻。

图2示意性示出另一示例性燃料电池组件10。在这种示例性实施例中，水通过水出口29离开CSA 12并被引导到以公知方式操作的可感测冷却系统130。水通过水入口32返回到CSA 12，以便以公知方式冷却CSA 12。

图3是示出操作燃料电池的示例性方法的流程图200。示例性方法包括：以包括多个操作参数的第一功率输出水平来操作燃料电池（步骤202）。每个操作参数具有对应于满足当前第一功率要求的第一功率输出水平的值。在这种示例中，操作参数包括CSA电压、反应物流率、反应物压力和反应物湿度中的至少一个。

控制器34确定何时发生第二功率要求以致在第一功率要求和第二功率要求之间发生变化（步骤204）。