[发明专利]电力供应系统和燃料电池模块启动方法

说明书

本发明涉及电力供应系统和燃料电池模块启动方法。其中，电力供应系统可包括：a)燃料电池模块；b)电力源；c)二极管；以及d)电路，所述电路被配置成选择性地按照绕开所述二极管的方式或按照通过所述二极管的方式将所述燃料电池模块连接至所述电力源。

本申请是申请日为2014年10月1日、发明名称为“快速启动型燃料电池”的申请号为201480063045.1的专利申请的分案申请。

技术领域

本说明书涉及具有燃料电池的电力系统。

背景技术

PEM燃料电池模块包括燃料电池堆。该燃料电池堆包含许多在电极之间传导质子的聚合物电解质膜(或者被称为质子交换膜(PEM))。PEM燃料电池是由包含氧的第一反应物(例如，空气)和包含氢的第二反应物(例如，基本上纯净的氢气或甲烷)供电的。已知的还有其它类型的燃料电池模块。

燃料电池模块可以与蓄电池组合使用以提供混合电力供应系统。例如，混合电力系统能够被用来在电力网发生故障的情况下提供备用电源。在另一个例子中，混合电力系统能够被用来对车辆供电。在这些情况和其它情况下，较佳的是能够在一个短的时间段内启动燃料电池。在备用电源的情况下，除了其它方面之外还需要蓄电池是为了提供足够的储电量以带动预期的负载直到燃料电池被启动。

目前可用的燃料电池模块通常在大约20秒至60秒内启动。启动时间是从启动命令的时刻直到该模块将电力传送至负载或该模块达到它额定功率输出的指定百分比(例如，80％或100％)而被测量出来的。

燃料电池依据极化曲线(polarisation curve)产生电压。该极化曲线将燃料电池电压描述为燃料电池电流的函数或燃料电池电流密度的函数。通常，随着由燃料电池提供的电流从零开始增大，燃料电池电压最初在通过激活区时迅速下降，然后在通过欧姆区时几乎线性地下降，接着在通过大量输运区时更加迅速地下降。蓄电池通常具有不同的极化曲线，所以在某些时候(例如，当燃料电池启动或断开时)，蓄电池和燃料电池可能具有互不相容的极化曲线。在一些情况下，蓄电池和燃料电池通过DC-DC(直流-直流)电压转换器而被连接起来以帮助应对它们两者的极化曲线中的差异。

发明内容

下面的介绍旨在向读者介绍要求保护的本发明的详细说明，而不会限制或界定任何要求保护的发明。

在电力供给中，更快启动的燃料电池可以允许使用更小的蓄电池。任选地，如果启动程序被充分地缩短，那么可能不需要除了被用来启动燃料电池的蓄电池以外的蓄电池。在车辆的情况下，燃料电池和蓄电池通常一起工作从而提供最大加速度或最大峰值功率。在这种情况下，快速启动型燃料电池使得车辆能够没有延迟地被操作，并且当车辆按照交通信号灯而停止时，该快速启动型燃料电池可以使所述燃料电池能够被停堆而不是空闲。例如为了上面给出的原因，较佳的是，能够在例如5秒以下或2秒以下的时间内更快地启动燃料电池。还较佳的是，提供能够任选地在没有电压转换器的情况下而被使用的燃料电池启动方法和装置。

本说明书说明了一种具有燃料电池模块和蓄电池的电力供应系统。所述燃料电池模块和所述蓄电池在至少部分地重叠的电压范围内工作。所述燃料电池模块能够通过二极管而选择性地被连接至所述蓄电池。至少在启动过程中，用于所述燃料电池的一个或多个反应物泵任选地由所述蓄电池驱动。优选地，所述电力供应系统还具有电流传感器和控制器。所述控制器被配置成在感测到从所述燃料电池流过所述二极管的电流之后使绕开所述二极管的旁路电路中的接触器闭合。优选地，所述电力供应系统还具有与所述二极管串联的接触器。所述电力供应系统还可以在放电电路中具有电阻器和接触器。

本说明书还说明了一种燃料电池模块(例如，如上所述的电力系统中的燃料电池模块)启动方法。在所述方法中，闭合第一接触器以通过二极管使所述燃料电池与所述蓄电池并联连接，并且接通用于所述燃料电池的一个或多个反应物泵。监控电流传感器，以便得到用于指示有电流流过所述二极管的信号。在指示了所述电流之后，按照绕开所述二极管的方式将旁路电路连接。