[发明专利]操作具有临时禁用的排放阀的燃料电池堆的方法

说明书

描述一种操作燃料电池堆的方法。该燃料电池堆包括阴极、阳极、贮槽以及临时禁用的排放阀，该贮槽构造成用于从阳极收集水，且临时禁用的排放阀另外构造成从第一位置转换至第二位置且由此调节从贮槽排放的水。该方法包括经由控制器升高阳极中的第一压力。该方法还包括在升高的同时，经由控制器降低阴极中的第二压力，以及在降低的同时，经由控制器在阴极中维持相对湿度小于阈值相对湿度。

引言

本发明涉及一种操作燃料电池堆的方法，并且涉及包括该燃料电池堆的系统和装置。

燃料电池是电化学装置，该电化学装置通常包括阳极、阴极以及设置在阳极和阴极之间的电解质。在燃料电池的操作期间，氢气可进入阳极，且氧或空气可进入阴极。氢气可在阳极中离解，以产生自由的氢质子和电子。氢质子可然后通过电解质通至阴极，并且与阴极中的氧和电子起反应以产生水。此外，来自阳极的电子可并不通过电解质，但可替代地引导通过负载以执行工作。这样，若干燃料电池可组合以形成燃料电池堆，从而产生期望的燃料电池堆功率输出。例如，用于交通工具的燃料电池堆可包括许多堆叠的燃料电池。

一种类型的燃料电池堆、聚合物电解质膜燃料电池堆(PEMFC)可操作，以在操作期间产生水和空气作为副产物，且水可收集在贮槽中。因此，燃料电池堆还可包括排放阀，以从贮槽中清除或排放水，并且防止水在燃料电池堆中过度积聚。

发明内容

燃料电池堆包括阴极、阳极、贮槽以及临时禁用的排放阀，该贮槽构造成用于从阳极收集水，且该临时禁用的排放阀另外构造成从第一位置转换至第二位置且由此调节从贮槽排放的水。该方法包括经由控制器升高阳极中的第一压力。该方法还包括在升高的同时，经由控制器降低阴极中的第二压力，以及在降低的同时，经由控制器在阴极中维持相对湿度小于阈值相对湿度。

维持可包括使得由贮槽收集的水量最小。

在一个方面中，燃料电池堆可进一步包括聚合物电解质膜，该聚合物电解质膜设置在阴极和阳极之间。此外，阳极和阴极可各自包括气体扩散层。维持可进一步包括在将水添加至贮槽之前利用水来填充聚合物电解质膜和气体扩散层。

升高可包括将第一压力设定为大于第二压力，以由此减小水从阴极向阳极的流动。该方法可进一步包括在升高之前，经由控制器检测临时禁用的排放阀设置在第一位置中并且无法转换至第二位置。

在降低的同时，该方法可包括产生和保持这样的燃料电池堆功率输出，该燃料电池堆功率输出足以在临时禁用的排放阀设置于第一位置中的同时对装置供电至少预定持续时间。

该方法可进一步包括加温临时禁用的排放阀，以由此使得临时禁用的排放阀从第一位置转换至第二位置。

在另一方面中，该方法可进一步包括在升高之前经由至少一个温度传感器来测量冷却剂入口温度。该方法还可包括经由处理器来比较冷却剂入口温度与第一阈值温度，以限定：第一状况，其中，冷却剂入口温度小于第一阈值温度；或者第二状况，其中，冷却剂入口温度大于或等于第一阈值温度。在比较之后，该方法可包括经由控制器检测临时禁用的排放阀设置在第一位置中。

该方法可进一步包括针对第一状况而经由处理器来比较冷却剂入口温度与第二阈值温度，以限定：第三状况，其中，冷却剂入口温度小于第二阈值温度，或者第四状况，其中，冷却剂入口温度大于或等于第二阈值温度。

此外，该方法可进一步包括针对第三状况减小燃料电池堆升温速率和燃料电池堆电流密度的至少一个。减小可包括降低水从阴极向阳极的流动。此外，减小燃料电池堆电流密度可包括经由控制器在维持相对湿度小于阈值相对湿度的同时升高燃料电池堆温度。

在又一方面中，燃料电池堆可进一步包括阳极水分离器，该阳极水分离器设置在阳极内。该方法可进一步包括在检测之后，比较阳极水分离器中的水位与阈值水位以限定：第五状况，其中，水位大于阈值水位，或者第六状况，其中，水位小于或等于阈值水位。针对第五状况，该方法可包括降低燃料电池堆功率输出。针对第六状况，该方法可包括维持燃料电池堆功率输出。