[发明专利]用于控制流体模块的装置和方法

说明书

本申请涉及用于控制流体模块的装置和方法。公开一种用于燃料电池系统的冷却模块，所述模块包括：被配置成在其中接收冷却剂的箱；冷却剂；与所述箱中的所述冷却剂和所述燃料电池系统流体连通的泵，所述泵被配置成将所述冷却剂传输到所述燃料电池系统；所述箱中的所述冷却剂内的加热元件，所述加热元件被配置成加热所述冷却剂；以及与控制器信号通信并与所述箱流体连通的至少一个传感器。所述传感器被配置成检测对应于存在或不存在足够的液体冷却剂的变化以启动所述泵，并且所述控制器处理传感器数据并被配置成致动所述泵。

技术领域

本公开大体涉及具有流体冷却剂储箱的燃料电池系统。具体地，本公开涉及控制可冻结冷却剂的方法和装置。

背景技术

常规的电化学燃料电池将燃料和氧化剂转换成电能和反应产物。普通类型的电化学燃料电池包括膜电极组件(MEA)，其包括阳极与阴极之间的聚合物离子(质子)转移膜以及气体扩散结构。燃料(例如氢气)和氧化剂(例如来自空气的氧气)通过MEA的相应侧传递以产生电能和作为反应产物的水。可以形成一个堆(stack)，其包括被布置有单独的阳极流体流动路径和阴极流体流动路径的多个此类燃料电池。这种堆通常呈包括许多个体燃料电池板的块的形式，所述燃料电池板通过处于堆的任一端处的端板保持在一起。

发明内容

本发明公开了用于控制燃料电池系统的方法和装置。根据一个方面，一种用于燃料电池系统的冷却模块包括：被配置成在其中接收冷却剂的箱；冷却剂；与所述箱中的所述冷却剂和所述燃料电池系统流体连通的泵，所述泵被配置成将所述冷却剂传输到所述燃料电池系统；所述箱中的所述冷却剂内的加热元件，所述加热元件被配置成加热所述冷却剂；以及与控制器进行信号通信并与所述箱流体连通的至少一个传感器。所述传感器被配置成检测对应于存在或不存在足够的液体冷却剂的变化以启动所述泵，并且所述控制器处理传感器数据并被配置成致动所述泵。

在一些实施方式中，所述冷却剂可以至少冻结或部分冻结。所述冷却剂可以是水。所述传感器可以位于远离液体或冻结的冷却剂的位置，并且被定位成测量所述冷却剂的蒸气相的特性(quality)。所述传感器可以测量蒸气压力和蒸汽温度中的至少一个的变化。所述控制器可以被配置成加热所述冷却剂，直到达到所述传感器指示的蒸气压力和蒸气温度中的至少一个的预定设置点。在一些方面中，所述传感器可以是放置在所述冷却剂中的一个或更多个潜水式应变计、机电式开关(例如双金属开关)、热电偶、或密度小于冷却剂密度的浮标。在一些方面中，所述泵可以是蠕动泵。在一些实施方式中，所述控制器可以被配置成加热与所述冷却剂热连通的(一个或更多个)加热元件，并且加热所述冷却剂直到达到所述热电偶指示的蒸气温度的预定设置点。所述应变计可以设置在所述冷却剂中。在一些方面中，所述加热元件可以包括电阻加热器。在另一个方面中，所述加热元件可以包括来自所述燃料电池系统的排气，当所述冷却剂处于其冻结状态时，所述排气具有足够的温度以融化至少一部分冷却剂。

根据本公开的另一个方面，一种用于燃料电池系统的冷却模块包括：被配置成在其中接收冷却剂的箱；水冷却剂；与所述箱中的所述水冷却剂和所述燃料电池系统流体连通的泵，所述泵被配置成将所述冷却剂传输到所述燃料电池系统；所述箱中的所述水冷却剂内的加热元件，所述加热元件被配置成与所述冷却剂热连通并由此加热所述水冷却剂；以及与控制器进行信号通信并与所述箱的一部分物理接触的至少一个传感器，该至少一个传感器被配置成检测所述水冷却剂施加在所述箱或其任何部分上的应力的变化。所述水冷却剂的相(phase)对应于存在或不存在足够的液体冷却剂来启动所述泵，并且所述控制器处理传感器数据并被配置成致动所述泵。在一些方面中，所述水冷却剂可以冻结或部分冻结。所述传感器可以位于所述箱的外部上并且不浸入所述水冷却剂中。