[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池系统及其控制方法。一种燃料电池系统包括燃料电池堆，其包括燃料电极和空气电极；燃料气体供应模块，其被配置为将作为燃料气体的氢气和氧气供应至燃料电池堆；燃料气体供应管线，其包括通道，将燃料气体通过该通道供应至燃料电池堆；加湿模块，其布置在燃料气体供应管线中并且被配置为将水分供应至燃料气体；以及控制器，其被配置为控制燃料气体供应管线使得当在燃料电池堆运行的初始阶段确定燃料电池堆的温度低时，燃料气体绕过加湿模块并且被直接供应至燃料电池堆，并且当温度达到正常温度时，燃料气体通过加湿模块并且被供应至燃料电池堆。

技术领域

本公开涉及一种燃料电池系统及其控制方法，并且更具体地，涉及一种燃料电池系统及其控制方法，在燃料电池堆运行的初始阶段，该燃料电池系统将干气体注入燃料电池堆使燃料电池堆在低输出模式中(in a low output mode，以低输出模式)运行以便防止在燃料电池堆的温度低的情况下冻结，并且在燃料电池堆的温度升高至正常温度之后，将加湿的气体(humidified gas)注入燃料电池堆以使燃料电池堆在正常输出模式中运行。

背景技术

当用作燃料时，除了非常少量的氮氧化物之外，氢气(hydrogen，氢)不生成对环境有害的产物，并且容易以各种形式储存，诸如，高压气体、液化气体、或金属氢化物。由于这些原因，在各种领域中已经开发了使用氢气作为能源的技术。

燃料电池是供应氢气作为燃料并且通过与大气中的氧气(oxygen，氧)进行电化学反应产生电力的装置。这种燃料电池具有以下优点：不存在单独的燃烧过程，从而电力生产效率高；不排出温室气体(诸如，二氧化碳)，从而燃料电池是环境友好的；以及当产生电力的同时产生热，从而获得热能。小型燃料电池用作车辆的电源或移动电源，而大型燃料电池用作建筑物的分布式电池或发电的电池。

当在零下温度下在高输出模式中运行燃料电池堆时，燃料电池堆中的水冻结，从而损坏燃料电池堆，并且因此劣化燃料电池堆的性能，同时降低燃料电池堆的寿命。即使对于用于发电的燃料电池以及在将燃料电池堆用作车辆的电源的情况下，在水被冻结的低温状态下仍然存在发生冻结的问题。

通常，使用提供单独的散热装置以直接增加燃料电池堆的温度或冷却剂的温度以使得冷却剂与燃料电池堆交换热量从而防止燃料电池堆冻结的方法。然而，在该方法中，需要安装散热装置，并且需要电力来运行散热装置。因此，在传统的方法中，存在如下问题：系统安装成本增加，以及在发生冻结的低温状态下，燃料电池系统的效率下降。

在上面的背景部分中公开的信息是为了帮助理解本公开的背景，并且不应被视为承认该信息形成现有技术的任何部分。

发明内容

本公开是鉴于上述问题而进行的，本公开的目的在于提供一种燃料电池系统及其控制方法，在确定燃料电池堆的温度低的情况下，在燃料电池堆运行的初始阶段将干气体注入燃料电池堆使燃料电池堆在低输出模式中运行使得燃料电池堆的温度升高，并且当燃料电池堆的温度达到正常温度时，将加湿的气体注入燃料电池堆使燃料电池堆在正常输出模式中运行，由此防止对燃料电池堆的损坏。

根据本公开的一个方面，实现上述和其他目的，燃料电池系统可以包括：燃料电池堆，其包括燃料电极和空气电极；燃料气体供应模块，其被配置为将作为燃料气体的氢气和氧气供应至燃料电池堆；燃料气体供应管线，其包括通道，将燃料气体通过该通道供应至燃料电池堆；加湿模块，其设置在燃料气体供应管线中，该加湿模块被配置为将水分(moisture，水气，湿气)供应至燃料气体以将燃料气体加湿(humidify，潮湿，湿润)；以及控制器，其被配置为控制燃料气体供应管线，使得在燃料电池堆运行的初始阶段确定燃料电池堆的温度低时，燃料气体绕过加湿模块并且被直接供应至燃料电池堆，并且当燃料电池堆的温度达到正常温度时，燃料气体通过加湿模块并且然后被供应至燃料电池堆。