[发明专利]用于燃料电池系统的冷却剂注入控制器

说明书

本申请公开一种用于燃料电池系统的冷却剂注入控制器，冷却剂注入控制器被配置成响应于燃料电池组件性能的测量值，主动控制到燃料电池组件的冷却剂流，用于冷却和/或水合燃料电池组件，其中冷却剂注入控制器被配置成：如果燃料电池组件性能的测量值低于预定阈值，则提供第一操作模式，并且如果燃料电池组件性能的测量值高于预定阈值，则提供第二操作模式，第一模式和第二模式具有不同的冷却剂注入剖面，并且其中，在第一操作模式中，冷却剂注入剖面通过在至少两个不同注入流速之间交替，提供冷却剂流的控制。

技术领域

本发明涉及包括燃料电池组件和冷却剂存储箱的燃料电池系统的操作的方法。本发明还涉及包括所述燃料电池组件和冷却剂存储箱的燃料电池系统。

背景技术

常规电化学燃料电池将燃料和氧化剂转换成电能和反应产物。常见类型的电化学燃料电池包括膜电极组件(MEA)，膜电极组件(MEA)包括在阳极和阴极之间的聚合物离子(质子)转移膜和气体扩散结构。燃料(诸如氢)和氧化剂(诸如来自空气的氧气)经过MEA的相应侧，以产生电能和水作为反应产物。可以形成堆/堆叠，该堆包括被布置成具有单独的阳极和阴极流体流动路径的若干此类燃料电池。这样的堆通常用块的形式，块包括通过端板在堆的任一端保持在一起的很多单个燃料电池板。

重要的是，为了有效的操作，聚合物离子转移膜保持水合(hydrated)。还重要的是，控制堆的温度。因此，冷却剂可以被供应到堆，用于冷却和/或水合(hydration)。于是，例如，燃料电池系统可以包括用于存储用于燃料电池堆的水合和/或冷却的水的储水箱/冷却剂存储箱。如果在零下条件下存储或操作燃料电池系统，则燃料电池堆和储水箱中的水可以结冰。结冰的水可以致使堵塞，该堵塞阻碍将冷却剂或结合水供应到燃料电池堆。当燃料电池系统关闭，并且因而储水箱中的水不再由通过堆的其通路加热，并且可完全结冰时，这是一个特别的问题。在这样的事件中，充分的液态水可能不可用于水合和/或冷却。这可防止燃料电池组件重新启动或以全功率操作，直到已经解冻结冰的水。已知在燃料电池系统中提供加热器，加热器在存储的能量(诸如来自蓄电池的)下操作，并且维持燃料电池系统处于零度以上的温度以防止发生结冰。然而，蓄电池功率是有限的，并且如果蓄电池故障或放电，则燃料电池系统可经历结冰。

发明内容

我们公开了一种操作包括燃料电池组件的燃料电池系统的方法，燃料电池组件被配置成从燃料流和氧化剂流产生电功率，方法包括第一阶段和随后的第二阶段，第一阶段包括：

用氧化剂流与燃料流的第一化学计量比操作燃料电池组件，以产生电功率；

将所述产生的电功率提供到加热器元件，用于加热用于供应到所述燃料电池组件的冷却剂；

第二阶段包括：

将在第一阶段中加热的冷却剂递送到燃料电池组件；

用氧化剂流与燃料流的第二化学计量比操作燃料电池组件，以产生电功率，第二化学计量比低于第一比。

这是在结冰条件下用于启动蒸发冷却的燃料电池组件(诸如燃料电池堆)的有利的方法。系统通常包括包含液体冷却剂的冷却剂存储模块，液体冷却剂可以在寒冷条件下结冰。可以选取第一化学计量比以充分冷却燃料电池组件，从而可以产生用于组件自身的充足的功率来为加热器供电，以解冻结冰的冷却剂。然后，可以递送液体冷却剂，并且减少化学计量比以提高效率，并且继续冷却剂的解冻。第一阶段是有利的，因为第一阶段可以在将冷却剂释放到燃料电池组件中之前，为燃料电池系统的操作以及预定量冷却剂的解冻提供条件。当解冻更多的冷却剂且另外加热解冻的冷却剂时将解冻的冷却剂维持在冷却剂存储模块中可以是有利的，因为解冻的冷却剂不太可能在通向组件的管道中重新结冰，并且可以提供预定量的冷却剂以可用于第二阶段的可靠的开始。