專利名稱：氫浸沒(méi)式燃料電池堆及相關(guān)操作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域總體涉及燃料電池堆，以及用于使燃料電池堆操作的方法，包括啟動(dòng)及關(guān)閉該燃料電池堆的方法。

背景技術(shù)：
燃料電池通常包括陰極側(cè)、陽(yáng)極側(cè)、夾在陰極側(cè)與陽(yáng)極側(cè)之間的電解質(zhì)部分、以及橫跨陰極側(cè)與陽(yáng)極側(cè)的電路。加壓氫被供應(yīng)至陽(yáng)極側(cè)而加壓氧(空氣中)被供應(yīng)至陰極側(cè)。陽(yáng)極側(cè)的催化劑將氫分解為電子與質(zhì)子。因?yàn)殡娊赓|(zhì)部分是H+離子導(dǎo)體，故質(zhì)子從陽(yáng)極側(cè)通過(guò)電解質(zhì)部分遷移至陰極側(cè)。但是因?yàn)殡娊赓|(zhì)部分也是電絕緣體，故其迫使電子流經(jīng)電路以在到達(dá)燃料電池的陰極側(cè)的途中作有用功。多余的氫流動(dòng)離開(kāi)陽(yáng)極側(cè)并可通過(guò)堆再循環(huán)或返回至氫源。陰極側(cè)的催化劑電催化加壓氧(空氣中)與從陽(yáng)極流經(jīng)電解質(zhì)部分的質(zhì)子結(jié)合，并與流經(jīng)電路的電子結(jié)合從而產(chǎn)生水。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可包括一種產(chǎn)品，其包括燃料電池堆以及殼體設(shè)備，該殼體設(shè)備密封地封閉燃料電池堆以在燃料電池堆與殼體設(shè)備之間限定氫室。
本發(fā)明的另一實(shí)施例可包括一種方法，其包括使燃料電池系統(tǒng)操作，燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆以及燃料電池殼體，燃料電池殼體至少部分封閉燃料電池堆并在殼體與包括陽(yáng)極側(cè)及陰極側(cè)的堆之間至少部分限定氫室。所述操作包括使氫流入陽(yáng)極側(cè)并使空氣流入陰極側(cè)，產(chǎn)生電，并利用該電操作連接至堆的主電氣裝置。該方法還包括關(guān)閉堆，包括將堆從主電氣裝置斷開(kāi)；使進(jìn)入及離開(kāi)陰極側(cè)的空氣流停止；保持殼體與堆之間的氫室內(nèi)氫的正壓力高于大氣壓；并且允許由氫消耗堆中的氧。
通過(guò)以下提供的詳細(xì)描述將理解本發(fā)明的其他示意性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，揭示了本發(fā)明的示意性實(shí)施例的詳細(xì)描述及具體示例僅用于說(shuō)明目的，并不意在對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制。



根據(jù)詳細(xì)描述及附圖將更清楚地理解本發(fā)明的示意性實(shí)施例，其中 圖1是當(dāng)在啟動(dòng)或關(guān)閉過(guò)程中燃料電池內(nèi)存在H2/空氣鋒面時(shí)燃料電池的示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖； 圖7a是圖7的燃料電池系統(tǒng)的一部分的橫斷剖面視圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖； 圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖； 圖10是圖1的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖；而 圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖。

具體實(shí)施例方式 以下描述僅是說(shuō)明性質(zhì)，其并不意在對(duì)本發(fā)明、其實(shí)施例或應(yīng)用構(gòu)成任何限制。
參考圖1，在汽車燃料電池100中示出了H2/空氣鋒面F，燃料電池100可包括陽(yáng)極側(cè)102、陰極側(cè)104、以及兩者之間的電解質(zhì)膜106。通常，H2/空氣鋒面F會(huì)在燃料電池100啟動(dòng)及關(guān)閉過(guò)程中形成，并會(huì)引發(fā)陰極碳腐蝕反應(yīng)，由此導(dǎo)致燃料電池劣化。當(dāng)燃料電池100關(guān)閉并在燃料電池100上不存在負(fù)載時(shí)，終止氫流入陽(yáng)極側(cè)102。但會(huì)保持一些氫并且空氣會(huì)漏入陽(yáng)極側(cè)102，由此導(dǎo)致燃料電池電極的空氣/空氣區(qū)域中較高的陰極電勢(shì)，這會(huì)導(dǎo)致催化劑或催化劑載體氧化和腐蝕以及隨之而來(lái)的燃料電池性能劣化。
具體而言，當(dāng)燃料電池100關(guān)閉時(shí)，保持在陽(yáng)極側(cè)102中的氫與保持在陰極側(cè)104中的氧將因這些反應(yīng)氣體橫穿電解質(zhì)膜106而相互逐漸發(fā)生反應(yīng)。此外，在陽(yáng)極及陰極隔室中正常運(yùn)行條件過(guò)程中形成的水蒸氣在燃料電池100關(guān)閉之后冷卻時(shí)將冷凝成液態(tài)水。該冷卻及冷凝還會(huì)在燃料電池100中產(chǎn)生真空狀態(tài)。由此，包圍燃料電池100的空氣中的氧會(huì)在真空狀態(tài)下擴(kuò)散返回燃料電池100，由此會(huì)形成H2/空氣鋒面F。在啟動(dòng)時(shí)，假定陽(yáng)極及陰極側(cè)102，104充滿空氣，然后加壓氫可供應(yīng)進(jìn)入陽(yáng)極側(cè)102，由此重整H2/空氣鋒面F。
在關(guān)閉/啟動(dòng)兩種情況下，陽(yáng)極側(cè)102中的H2/空氣鋒面F如圖所示橫跨燃料電池100劃分出陽(yáng)極及陰極隔室。在H2/空氣鋒面F一側(cè)的陽(yáng)極隔室中的氫通過(guò)氫氧化反應(yīng)(HOR)提供質(zhì)子及電子。來(lái)自HOR的電子迫使在H2/空氣鋒面F的另一側(cè)的陽(yáng)極隔室中發(fā)生O2還原反應(yīng)(ORR)，同時(shí)來(lái)自HOR的質(zhì)子通過(guò)電解質(zhì)膜106遷移至用于另一ORR的陰極隔室。因?yàn)殛?yáng)極隔室中的ORR的電子與質(zhì)子結(jié)合，并且因?yàn)閷?duì)于超過(guò)約2.5mm的距離而言質(zhì)子通過(guò)電解質(zhì)膜106的傳輸阻力變得無(wú)窮大，故在陰極隔室中發(fā)生析氧反應(yīng)(OER)(等式1)及碳氧化反應(yīng)(COR)(等式2)以提供質(zhì)子來(lái)平衡陽(yáng)極隔室中的ORR。
H2O＝1/2O2+2H++2e-(Erev＝+1.23V)等式(1) C+2H2O＝CO2+4H++4e-(Erev＝+0.21V)等式(2) 陰極電勢(shì)可達(dá)到1.2-1.5V，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，該相對(duì)較高的電壓將導(dǎo)致在陰極側(cè)職稱催化劑的碳襯底的損失。陰極襯底及催化劑面積的損失會(huì)降低操作電壓，并最終縮短燃料電池100的壽命。
現(xiàn)參考圖2，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可包括燃料電池系統(tǒng)10，其包括具有燃料電池堆12的燃料電池設(shè)備。燃料電池堆12可包括陽(yáng)極側(cè)14、陰極側(cè)16、以及位于陽(yáng)極側(cè)14與陰極側(cè)16之間的諸如固態(tài)聚合電解質(zhì)膜的膜18。空氣源或進(jìn)口導(dǎo)管19可連接至空氣壓縮機(jī)20，并且空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管22可從空氣壓縮機(jī)20通過(guò)設(shè)置在空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管22中的第一或陰極入口閥24連接至燃料電池堆12的陰極側(cè)16。蓄電池B可連接至空氣壓縮機(jī)20以向其供電?？梢栽O(shè)置氫源26，例如存儲(chǔ)罐中的壓縮氫或存儲(chǔ)罐中的液態(tài)氫?？梢栽O(shè)置氫供應(yīng)管路28在一端連接至氫源26并在第二端通過(guò)設(shè)置在氫供應(yīng)管路28中的第二或陽(yáng)極入口閥30連接至燃料電池堆12的陽(yáng)極側(cè)14以控制通過(guò)其的氣流。
殼體32可至少部分封閉燃料電池堆12，并可設(shè)置作為殼體設(shè)備的一部分以例如在燃料電池堆關(guān)閉處理之后減少會(huì)擴(kuò)散或以其他方式進(jìn)入燃料電池堆12的空氣或O2的量。殼體32可由任何合適的材料構(gòu)成。例如，可使用抗腐蝕金屬(例如，鋁或不銹鋼)來(lái)防止氣體通過(guò)其滲透或擴(kuò)散。在另一示例中，可使用金屬塑料復(fù)合物，其中位于內(nèi)側(cè)的塑料可在與燃料電池堆12的導(dǎo)電部分接觸的情況下防止短路，而位于外側(cè)的抗腐蝕金屬可使H2的向外擴(kuò)散及大氣氧的向內(nèi)擴(kuò)散降至最低。用于具有300個(gè)電池、300x450mm側(cè)壁、并在80kPa條件下操作的示意性燃料電池的示意性殼體壁的厚度在Al-6061鋁的情況下可以約為5mm?？梢栽O(shè)計(jì)殼體32的外表面的全部或一部分為承載隔熱體33(示出一部分)由此在關(guān)閉之后延長(zhǎng)堆冷卻時(shí)間。由此可防止燃料電池堆12在低于冰點(diǎn)的情況下簡(jiǎn)短關(guān)閉過(guò)程中迅速喪失熱量。因此，在低于冰點(diǎn)的溫度下啟動(dòng)過(guò)程中，對(duì)后續(xù)的啟動(dòng)操作是有利的，并可大大減少凍融循環(huán)的數(shù)量。此外，可以構(gòu)造殼體32作為雙層殼真空殼體。
在任何情況下，氫供應(yīng)管路28均與殼體32的入口端口34連通，其中氫流入殼體32的內(nèi)表面與燃料電池堆12的外部之間的內(nèi)體積或氫室36。對(duì)于常規(guī)全尺寸堆而言，燃料電池堆12與殼體32之間示意性估計(jì)的氣體量約為5至20升，由此可與燃料電池堆12內(nèi)的反應(yīng)物體積相比較，例如約為其20％以內(nèi)。但是，燃料電池堆12與殼體32之間的體積可以是任何合適的量級(jí)。在另一示例中，體積可與車輛中燃料電池系統(tǒng)10的封裝所允許的大小相同。氫氣流入氫室36內(nèi)并最終通過(guò)陽(yáng)極入口38流入燃料電池堆12內(nèi)?？諝鈮嚎s機(jī)出口導(dǎo)管22通過(guò)殼體32連通，并通過(guò)陰極入口40與燃料電池堆12連通。
殼體32的氫室36可至少部分充滿任何合適的泡沫體37(示出一部分)，其具有足以防止火焰?zhèn)鞑サ目壮叽?。泡沫體37可以由任何材料(例如，非導(dǎo)電材料)制成，以允許與燃料電池堆12接觸而不發(fā)生電短路。泡沫體37可以是允許流經(jīng)的開(kāi)孔，具有約1mm的孔尺寸。殼體32的氫室36還可在其中包括催化劑35(示出一部分)以促進(jìn)在延長(zhǎng)關(guān)閉過(guò)程中會(huì)進(jìn)入殼體32的空氣中O2的消耗。例如，殼體32的內(nèi)表面或其一部分可涂覆催化劑35。
可布置一個(gè)或更多傳感器42與氫室36連通，由此監(jiān)控O2的水平或空氣泄漏。例如，傳感器42可包括O2傳感器，以及/或催化劑涂覆的溫差電偶或其他合適類型的溫度傳感器。殼體32內(nèi)的O2傳感器可設(shè)定為10％的O2或更小以提醒任何的O2泄漏，并在堆密封件發(fā)生災(zāi)難性故障的情況下觸發(fā)燃料電池堆12關(guān)閉。溫度傳感器可檢測(cè)殼體內(nèi)的空氣，其中H2可被泵入殼體32以通過(guò)由催化劑涂覆的溫度傳感器表明的溫度上升來(lái)檢測(cè)空氣的存在或不理想的空氣量。此外，H2燃燒催化劑(諸如Pt)可涂覆在殼體32中以消耗任何從燃料電池堆12泄漏的氧。
可設(shè)置陰極排放導(dǎo)管44，其可延伸通過(guò)殼體32。陰極排放導(dǎo)管44可在一端直接連接至燃料電池堆12，并可包括第三或陰極出口閥46以控制通過(guò)其的氣流。類似的，可以設(shè)置陽(yáng)極排放導(dǎo)管48，其可延伸通過(guò)殼體32。陽(yáng)極排放導(dǎo)管48可在一端直接連接至燃料電池堆12，并可包括第四或陽(yáng)極出口閥50以控制通過(guò)其的氣流。隔離閥24，30，46，50可鄰近堆布置。
電路52可連接至燃料電池堆12，并可包括電氣裝置或負(fù)載54以及電開(kāi)關(guān)56以使負(fù)載54相對(duì)于燃料電池堆12連接及斷開(kāi)。負(fù)載54可以是用于推進(jìn)運(yùn)輸工具的電動(dòng)機(jī)或電機(jī)?？諝鈮嚎s機(jī)20可由燃料電池堆12產(chǎn)生的電驅(qū)動(dòng)?？梢匀魏魏线m的形式(例如通過(guò)燃料電池系統(tǒng)控制器(未示出)等)來(lái)控制空氣壓縮機(jī)20，閥24，30，46，50。
在燃料電池堆12正常操作過(guò)程中，空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管22中的第一閥24可打開(kāi)并且陰極排放導(dǎo)管44中的第三閥46也可打開(kāi)，使得空氣可輸送通過(guò)燃料電池堆12的陰極側(cè)16。類似的，氫供應(yīng)管路28中的第二閥30可打開(kāi)并且陽(yáng)極排放導(dǎo)管48中的第四閥50也可打開(kāi)，使得氫可輸送通過(guò)燃料電池堆12的陽(yáng)極側(cè)14。殼體32的氫室36可處于陽(yáng)極入口壓力下，而入口H2可以任何合適的方式被預(yù)加熱至堆操作溫度。此外，冷卻劑的向外泄漏可被導(dǎo)入陽(yáng)極入口。對(duì)于陽(yáng)極出口排向殼體32的氫室36的設(shè)計(jì)(例如，圖6)，氫室36可處于陽(yáng)極出口壓力下，并可在其內(nèi)發(fā)生冷凝。
在燃料電池堆關(guān)閉過(guò)程中，通過(guò)打開(kāi)電路52中的電開(kāi)關(guān)56可從燃料電池堆12斷開(kāi)負(fù)載54。可使用例如來(lái)自蓄電池B的輔助電能以使燃料電池系統(tǒng)10包括空氣壓縮機(jī)20的各種部件操作。但是，通過(guò)保持燃料電池堆12上的一些負(fù)載以消耗一些陰極空氣，至少在堆關(guān)閉過(guò)程中可避免開(kāi)路電壓。
在關(guān)閉之前，陰極側(cè)16可在高氣流下操作以使燃料電池堆12為凍結(jié)溫度做準(zhǔn)備，隨后可以關(guān)閉陰極入口及出口閥24，46。
例如，在關(guān)閉陰極入口及出口閥24，46之后，可根據(jù)預(yù)定關(guān)閉壓力及/或溫度來(lái)關(guān)閉陽(yáng)極入口及出口閥30，50中一者或兩者。
可在高于大氣壓的壓力下保持在氫室36內(nèi)供應(yīng)氫以在陰極側(cè)16仍然充滿未消耗氧的同時(shí)防止空氣從大氣侵入。例如，通過(guò)關(guān)閉陽(yáng)極出口閥50并保持陽(yáng)極入口閥30至少部分及/或周期性打開(kāi)可保持H2提高的壓力。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，取決于具體堆及殼體體積以及在冷卻之后確保正H2壓力的溫度，可使H2關(guān)閉壓力提升高于正常操作壓力，例如達(dá)到160-180kPaabsolute(kPaabs)，在該壓力點(diǎn)下H2閥關(guān)閉并且無(wú)需更多主動(dòng)H2控制。因燃料電池堆12內(nèi)的冷卻(例如，水蒸氣冷凝)以及H2/O2的重組合而產(chǎn)生的真空可由殼體32中的H2的初始提高壓力平衡。在關(guān)閉之后，例如在陰極側(cè)空氣清除之后，燃料電池系統(tǒng)10可處于被動(dòng)狀態(tài)，其中無(wú)需對(duì)陽(yáng)極入口及出口閥30，50進(jìn)行任何主動(dòng)控制。
總的殼體體積可隨著關(guān)閉壓力而變化，并且表A顯示出假定殼體內(nèi)的最終整體壓力為110kPaabs，在兩個(gè)不同關(guān)閉溫度情況下殼體內(nèi)的變化的關(guān)閉壓力以及體積。在計(jì)算中，已經(jīng)考慮了氣體相及表面O2、因H2O冷凝造成的壓降、以及氣體冷卻等因素。如括號(hào)內(nèi)的第二組數(shù)值所示，通過(guò)消耗有效區(qū)域內(nèi)的氧可大大減小這些體積。通過(guò)在關(guān)閉時(shí)阻擋氣流并通過(guò)在保持氫壓力的同時(shí)向堆施加負(fù)載直至電壓達(dá)到0來(lái)消耗空氣內(nèi)的氧來(lái)實(shí)現(xiàn)以上目的。然后關(guān)閉所有通往或離開(kāi)堆的閥(請(qǐng)參考以下數(shù)據(jù))。

根據(jù)另一實(shí)施例，可主動(dòng)調(diào)節(jié)陽(yáng)極入口閥30以在殼體32中保持相對(duì)較小的H2過(guò)壓，例如約110-120kPaabs，直至燃料電池堆12已經(jīng)冷卻至諸如約30至50℃(具體而言約40℃)的預(yù)定溫度，其中基本上完成了燃料電池堆12內(nèi)H2/O2的重組合。此后，約15-30分鐘之后，可以關(guān)閉H2入口閥30并關(guān)閉燃料電池堆12。因在每次關(guān)閉時(shí)填充殼體32達(dá)到提高的壓力而造成的任何H2損失對(duì)應(yīng)于小于約0.5兆焦耳(MJ)。
在任何情況下，堆電壓然后開(kāi)始下降，并且在陽(yáng)極側(cè)14中密封的H2可通過(guò)H2橫穿來(lái)逐漸消耗陰極側(cè)16的O2，同時(shí)從陰極側(cè)16橫穿膜18的O2可被陽(yáng)極側(cè)14的H2消耗。因此，允許堆中的氧被氫消耗。當(dāng)電池電壓下降至約0.05V時(shí)，陰極側(cè)16中的氧已經(jīng)被從陽(yáng)極側(cè)14橫穿固態(tài)電解質(zhì)膜18到達(dá)陰極側(cè)16的氫消耗。因此，陰極側(cè)16現(xiàn)在會(huì)充滿氮及水蒸氣。當(dāng)燃料電池堆12冷卻時(shí)殼體32的氫室36內(nèi)的H2逐漸擴(kuò)散到燃料電池堆12，由此使得水蒸氣冷凝并減小了燃料電池堆12內(nèi)氣體的體積。
燃料電池堆12內(nèi)部與殼體32的氫室36之間的氣壓將最終平衡。最終壓力將由殼體32的內(nèi)部氫室36的體積、關(guān)閉時(shí)的系統(tǒng)壓力、以及在燃料電池堆12內(nèi)因反應(yīng)氣體的消耗及水汽冷凝而產(chǎn)生的空閑體積來(lái)決定。
因?yàn)榉忾]燃料電池堆12中的氫過(guò)量，故陰極側(cè)16中任何剩余的氧都會(huì)在關(guān)閉之后被消耗，由此使得陰極側(cè)及陽(yáng)極側(cè)充滿H2/N2氣體混合物。在啟動(dòng)時(shí)，在陽(yáng)極側(cè)14將不存在H2/空氣鋒面，并且在陰極側(cè)可能充滿H2/N2混合物時(shí)陽(yáng)極側(cè)的任何H2/N2鋒面都不會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)過(guò)程中陰極側(cè)任何損壞。
在關(guān)閉之后，例如通過(guò)可以是陽(yáng)極入口閥30的壓力調(diào)節(jié)閥，殼體32內(nèi)的壓力可保持在正好高于大氣壓的提高的壓力下。因此，可以周期性地主動(dòng)或被動(dòng)打開(kāi)壓力調(diào)節(jié)閥以保持提高的壓力。壓力調(diào)節(jié)閥可允許在周期性填充周期過(guò)程之外的時(shí)間隔離氫供應(yīng)，并且殼體壓力發(fā)生任何迅速及/或持續(xù)減弱都表示存在泄漏。在關(guān)閉之后預(yù)定時(shí)間，可通過(guò)主動(dòng)關(guān)閉閥30來(lái)暫停氫的供應(yīng)。
利用這里揭示的設(shè)備及方法，H2流經(jīng)殼體32的氫室36。但是，如果氫室36未被反應(yīng)物H2吹掃，則氫室36內(nèi)的氣體因從燃料電池堆12的陰極側(cè)泄漏可包含O2。因此，當(dāng)如圖2所示使用流經(jīng)系統(tǒng)時(shí)，從燃料電池堆12泄漏出的O2及任何濕氣(H2O蒸氣)都將被帶到陽(yáng)極并通過(guò)陽(yáng)極催化劑表面上的H2氧化以電化學(xué)方式消耗。因此，在操作及關(guān)閉過(guò)程中均可確保無(wú)O2的H2氣氛。
總體參考圖3至圖9，這些附圖示出了燃料電池系統(tǒng)的其他實(shí)施例。這些實(shí)施例與圖2的實(shí)施例在很多方面類似，并且在附圖中不同的視圖中不同實(shí)施例間類似的標(biāo)號(hào)總體表示類似或相應(yīng)的元件。此外，對(duì)實(shí)施例的描述通過(guò)引用而結(jié)合到彼此中，并且將不再重復(fù)對(duì)共同主題的描述。
參考圖3，第二燃料電池系統(tǒng)310可包括加濕設(shè)備，其包括加濕器管路358、加濕器閥360、以及加濕器362。加濕器管路358的入口端可與殼體32的氫室36流體連通，并且加濕器管路358的出口端可與燃料電池堆12的陽(yáng)極入口38直接流體連通。
因此，氫流經(jīng)殼體32的氫室36，并進(jìn)而在到達(dá)加濕器362的途中在直接接納返回殼體32并進(jìn)入燃料電池堆12的陽(yáng)極入口38內(nèi)之前經(jīng)過(guò)加濕器管路358及加濕器閥360流出殼體32?？梢匀魏魏线m的方式來(lái)控制加濕器閥360，例如通過(guò)燃料電池系統(tǒng)控制器(未示出)等。
參考圖4，第三燃料系統(tǒng)410可包括陽(yáng)極再循環(huán)設(shè)備，其包括延伸通過(guò)殼體32至其外部的再循環(huán)管路464、與再循環(huán)管路464流體連通的再循環(huán)泵466、以及與殼體32的氫室36并與再循環(huán)管路464流體連通的再循環(huán)三通管468。再循環(huán)管路464可密封地延伸通過(guò)殼體32，例如通過(guò)在兩者之間任何合適的密封件(未示出)。再循環(huán)管路464的入口端或與燃料電池堆12的陽(yáng)極出口39直接流體連通，再循環(huán)管路464的出口端可與燃料電池堆12的陽(yáng)極入口38直接流體連通，而中間部分可與再循環(huán)泵466上游的泄放管路470流體連通。
因此，氫流入殼體32的氫室36、進(jìn)入再循環(huán)三通管468、進(jìn)入陽(yáng)極入口38、通過(guò)燃料電池堆12、離開(kāi)陽(yáng)極出口39、通過(guò)再循環(huán)管路464及再循環(huán)泵466、并直接返回進(jìn)入陽(yáng)極入口38。氫還可通過(guò)泄放管路470流出再循環(huán)管路464?？梢匀魏魏线m的方式，例如通過(guò)燃料電池系統(tǒng)控制器(未示出)等來(lái)控制再循環(huán)泵466。為了良好地?fù)Q氣，可以大致彼此相對(duì)地布置陽(yáng)極入口38與陽(yáng)極出口39，例如位于燃料電池堆12大致相對(duì)的角部。
參考圖5，第四燃料系統(tǒng)510可包括陽(yáng)極再循環(huán)設(shè)備，該陽(yáng)極再循環(huán)設(shè)備包括延伸進(jìn)入殼體32的再循環(huán)管路564、與再循環(huán)管路564流體連通的再循環(huán)泵566、以及與殼體32的氫室36并與再循環(huán)管路564流體連通的再循環(huán)三通管568。再循環(huán)泵566可布置在殼體32內(nèi)以使殼體貫穿處的數(shù)量最小化并減輕泵密封要求。再循環(huán)管路564的入口端可與燃料電池堆12的陽(yáng)極出口39直接流體連通，再循環(huán)管路564的出口端可與燃料電池堆12的陽(yáng)極入口38直接流體連通，而中間部分可與再循環(huán)泵566上游的泄放管路570流體連通。泄放管路570可包括閥571，以例如當(dāng)N2的濃度超過(guò)預(yù)定值時(shí)允許從陽(yáng)極釋放橫穿的氮(以及混合的氫)。
因此，氫通常會(huì)流入殼體32的氫室36、進(jìn)入再循環(huán)三通管568、進(jìn)入陽(yáng)極入口38、通過(guò)燃料電池堆12、離開(kāi)陽(yáng)極出口39、通過(guò)再循環(huán)管路564及再循環(huán)泵566、并直接返回進(jìn)入陽(yáng)極入口38。氫也可流出再循環(huán)管路564，通過(guò)泄放管路570，并離開(kāi)泄放管路570。可以任何合適的方式，例如通過(guò)燃料電池系統(tǒng)控制器(未示出)等來(lái)控制再循環(huán)泵566。
參考圖6，第五燃料系統(tǒng)610可包括陽(yáng)極再循環(huán)設(shè)備，其包括延伸通過(guò)殼體32并至其外部的再循環(huán)管路664、與再循環(huán)管路664流體連通的再循環(huán)泵666、以及具有與殼體32的氫室36流體連通的入口端并延伸通過(guò)殼體32的排放管路672。排放管路672可密封地延伸通過(guò)殼體32，例如通過(guò)兩者之間任何合適的密封件(未示出)。可設(shè)置排放管路672通過(guò)殼體32以去除冷凝物，并可包括泄放閥或排放閥673等。當(dāng)因來(lái)自陽(yáng)極出口的冷凝水使得殼體內(nèi)存在較多積水時(shí)，排放閥673可打開(kāi)。再循環(huán)管路664的入口端可與殼體32的氫室36流體連通，再循環(huán)管路664的出口端可與燃料電池堆12的陽(yáng)極入口38直接流體連通，而中間部分可與再循環(huán)泵666上游的泄放管路670流體連通。
因此，氫通常流入再循環(huán)泵666下游的再循環(huán)管路664并進(jìn)入陽(yáng)極入口38、通過(guò)燃料電池堆12、離開(kāi)陽(yáng)極出口39、進(jìn)入殼體32的氫室36、通過(guò)再循環(huán)管路664及再循環(huán)泵666、并直接返回進(jìn)入陽(yáng)極入口38。氫也可流出再循環(huán)管路664、通過(guò)泄放管路670，并離開(kāi)殼體?？梢匀魏魏线m的方式，例如通過(guò)燃料電池系統(tǒng)控制器(未示出)等來(lái)控制再循環(huán)泵666。
參考圖7，第六燃料電池系統(tǒng)710可包括布置在殼體32的氫室36內(nèi)并與氫供應(yīng)管路28流體連通的氫分配導(dǎo)管774。第六燃料電池系統(tǒng)710還可包括導(dǎo)流板776，其在殼體32的氫室36內(nèi)布置在氫分配導(dǎo)管774的上游，并在殼體32的內(nèi)部與燃料電池堆12的外部之間密封接觸。導(dǎo)流板776可由任何合適的材料(例如，任何合適的柔順泡沫)制成，以適形于燃料電池堆12以及殼體32的壁。氫分配導(dǎo)管774及導(dǎo)流板776迫使氫在殼體32內(nèi)圍繞燃料電池堆12的周邊吹掃。第六燃料電池系統(tǒng)710還可包括與燃料電池堆12的陽(yáng)極出口39直接流體連通并延伸通過(guò)殼體32至其外部的泄放管路770。因此，氫流入并通過(guò)氫分配導(dǎo)管774、進(jìn)入殼體的氫室36。因?yàn)閷?dǎo)流板776的原因，氫在氫分配導(dǎo)管774下游流動(dòng)、繞過(guò)燃料電池堆12的外圍、緊在導(dǎo)流板776上游進(jìn)入殼體32的陽(yáng)極入口38，并離開(kāi)燃料電池堆12的陽(yáng)極出口39并通過(guò)泄放管路770離開(kāi)殼體32。
參考圖7A，示出了第六燃料電池系統(tǒng)710的一部分的橫向剖面以顯示外圍流動(dòng)吹掃。燃料電池堆12可包括多個(gè)板12a(示出一個(gè))，其具有限定陽(yáng)極入口38的陽(yáng)極入口部分38a的密封件12b(圖7)，并具有與陽(yáng)極出口39流體連通的陽(yáng)極出口集管39a(圖7)。在該視圖中，可以看到氫通過(guò)殼體壁流經(jīng)氫供應(yīng)管路28，并通過(guò)氫分配導(dǎo)管774進(jìn)入殼體32的氫室36。因?yàn)閷?dǎo)流板776可位于陽(yáng)極入口部分38a的下游，故會(huì)迫使氫繞燃料電池堆12的外圍在密封件12b與殼體32之間流動(dòng)到達(dá)緊在導(dǎo)流板776上游的位置。從該位置，其可通過(guò)陽(yáng)極入口部分38a流入燃料電池堆12。在燃料電池堆12中未被燃燒的過(guò)剩氫流出陽(yáng)極出口集管39a及陽(yáng)極出口39。
參考圖8，第七燃料電池系統(tǒng)810可包括布置在殼體32的氫室36內(nèi)并與氫供應(yīng)管路28流體連通的氫分配導(dǎo)管874。第七燃料電池系統(tǒng)810還可包括導(dǎo)流板876，其在殼體32的氫室36內(nèi)布置在氫分配導(dǎo)管874的上游并在殼體32的內(nèi)部與燃料電池堆12的外部之間密封接觸。第七燃料電池系統(tǒng)810還可包括陽(yáng)極再循環(huán)設(shè)備，其包括延伸通過(guò)殼體32并至其外部的再循環(huán)管路864、與再循環(huán)管路864流體連通的再循環(huán)泵866、與殼體32的氫室36并與再循環(huán)管路864流體連通的再循環(huán)三通管868。再循環(huán)管路864的入口端可與燃料電池堆12的陽(yáng)極出口39直接流體連通，再循環(huán)管路864的出口端可與燃料電池堆12的陽(yáng)極入口38直接流體連通，而中間部分可與再循環(huán)泵866上游的泄放管路870流體連通。
因此，氫流入并通過(guò)氫分配導(dǎo)管874，進(jìn)入殼體的氫室36。因?yàn)閷?dǎo)流板876的原因，氫在氫分配導(dǎo)管874下游流動(dòng)，繞過(guò)燃料電池堆12的外圍，并緊在導(dǎo)流板876的上游進(jìn)入再循環(huán)三通管868以及殼體32的陽(yáng)極入口38。從該位置，其可流經(jīng)燃料電池堆12，離開(kāi)陽(yáng)極出口39，通過(guò)再循環(huán)管路864及再循環(huán)泵866，并直接返回進(jìn)入陽(yáng)極入口38。氫還可通過(guò)泄放管路870流出再循環(huán)管路864。
參考圖9，第八燃料系統(tǒng)910可包括陽(yáng)極再循環(huán)設(shè)備，其包括延伸通過(guò)殼體32并至其外部的再循環(huán)管路964、與再循環(huán)管路964流體連通的再循環(huán)泵966、以及具有與殼體32的氫室36流體連通的入口端并延伸通過(guò)殼體32的排放管路972。再循環(huán)管路964的入口端可與殼體32的氫室36流體連通，再循環(huán)管路964的出口端可與燃料電池堆12的陽(yáng)極入口38直接流體連通，而中間部分可與再循環(huán)泵966上游的泄放管路970流體連通。第八燃料系統(tǒng)910還可包括導(dǎo)流板976，其在殼體32的氫室36內(nèi)布置在陽(yáng)極出口39的上游，并在殼體32的內(nèi)部與燃料電池堆12的外部之間密封接觸。
因此，氫通常流入再循環(huán)泵966下游的再循環(huán)管路964并進(jìn)入陽(yáng)極入口38，通過(guò)燃料電池堆12、離開(kāi)陽(yáng)極出口39、進(jìn)入殼體32的氫室36、并繞過(guò)燃料電池堆12的外圍。導(dǎo)流板976將氫氣流引導(dǎo)離開(kāi)殼體32，通過(guò)再循環(huán)管路964及再循環(huán)泵966，并直接返回進(jìn)入陽(yáng)極入口38。氫也可通過(guò)泄放管路970流出再循環(huán)管路964。
參考圖10，燃料電池設(shè)備11可包括圖2所示的燃料電池堆12及殼體32。殼體32可包括至少部分包圍并密封地封閉燃料電池堆12的連續(xù)壁或套管狀部件。當(dāng)然，殼體設(shè)備也可不全部密封地封閉燃料電池堆12，因?yàn)榭蔀槿剂想姵囟?2設(shè)置入口及出口。在任何情況下，殼體32均可被將燃料電池堆12夾在其間的燃料電池設(shè)備11端板80，81承載。具體而言，殼體32可以任何合適的方式被密封耦合至端板80，81。例如，殼體32可焊接、一體緊固、并/或利用諸如有頭螺釘、螺栓等緊固件82來(lái)分離地緊固至端板80，81。諸如徑向密封件或任何其他合適類型的一個(gè)或更多密封件83可布置在殼體32與端板80，81之間以至少部分地限定殼體32的密封氫室36。殼體32可承載連接器84，85以進(jìn)行電信號(hào)或電能的輸送。例如，連接器84，85可被密封或封裝以通過(guò)穿通式連接器承載電線，例如用于連接至一個(gè)或更多加熱器86的加熱器線以及用于連接至燃料電池堆12的各個(gè)電池的電池電壓監(jiān)控器(CVM)線等。此外，CVM連接器85可以是光學(xué)連接器，其中殼體32可由諸如玻璃或透明塑料的透明材料制成。
用于燃料電池堆12的殼體設(shè)備可包括殼體32，以及燃料電池設(shè)備11的全部或部分濕及/或干的端部。例如，濕端板80及/或隔離板92可限定殼體設(shè)備的一端以利用例如用于燃料電池集管的現(xiàn)存密封貫穿部。類似的，干端板81及/或隔離板90可限定殼體設(shè)備的另一端部。殼體32可從燃料電池堆12的橫向周邊間隔開(kāi)以避免殼體32與燃料電池堆12的導(dǎo)電部之間產(chǎn)生電弧。
燃料電池堆12可由干端板81支撐。此外，多個(gè)彈簧88可布置在端板81與推板89之間，隔離板90可布置在推板89與彈簧88之間。此外，加熱器86及傳輸部件(buss component)91中的一者可布置在隔離板90與燃料電池堆12之間。此外，密封件91’可布置在傳輸部件91的末端與干端板81之間。
燃料電池堆12還可由濕端板80支撐。此外，隔離板92、加熱器86中一者、以及集電器93可布置在濕端板80與燃料電池堆12之間。
一個(gè)或更多密封件94可設(shè)置在燃料電池堆12與隔離板90，92之間。類似的，一個(gè)或更多密封件95可設(shè)置在隔離板92與端板80之間。類似的，一個(gè)或更多密封件96可布置在隔離板92與緊固至其并與堆集管流體連通的歧管或流體裝配件97之間。密封件94，95，96可以是軸向密封件及/或任何其他合適的密封件。
圖11示出了燃料電池系統(tǒng)的另一實(shí)施例。該實(shí)施例與圖2及圖10所示的實(shí)施例在很多方面類似，實(shí)施例之間類似的標(biāo)號(hào)總體表示附圖中各種視圖中類似或相應(yīng)的元件。此外，對(duì)實(shí)施例的描述通過(guò)引用結(jié)合到彼此中，并且將不再重復(fù)對(duì)共同主題的描述。
燃料電池設(shè)備1111可包括燃料電池堆1112，并可設(shè)置有一個(gè)或更多外側(cè)板1198，其可以是大致包圍燃料電池堆1112的連續(xù)壁或套管狀部件。外側(cè)板1198大體可由燃料電池設(shè)備1111的端板1180，1181承載。具體而言，外側(cè)板1198可以任何合適方式(例如焊接、一體緊固、并/或利用諸如有頭螺釘、螺栓等獨(dú)立緊固件1182)來(lái)安裝至端板1180，1181。
燃料電池設(shè)備1111還可包括殼體設(shè)備，其包括徑向布置在外側(cè)板1198與燃料電池堆1112之間的殼體1132。隔離板1190，1192可在隔離板1190，1192的徑向外周設(shè)置有軸向延伸部1179，1199以密封耦合至殼體1132以至少部分地限定其內(nèi)部體積或氫室1136。此外，諸如徑向密封件或任何其他合適類型的一個(gè)或更多密封件1183可布置在殼體1132與隔離板1190，1192之間以至少部分地限定殼體1132的密封氫室1136。殼體1132可承載一個(gè)或更多密封穿通式連接器1185以通過(guò)其承載電線，例如用于連接至燃料電池堆1112的電池電壓監(jiān)控線。
根據(jù)在上述一個(gè)或更多實(shí)施例中描述的設(shè)備及關(guān)閉技術(shù)，可在具有充足H2體積及壓力的情況下被動(dòng)地關(guān)閉燃料電池堆以維持堆內(nèi)的正壓力直至堆已經(jīng)冷卻。在關(guān)閉之后壓力因氣體收縮、冷凝、O2擴(kuò)散到堆同時(shí)被從H2消耗以及H2從堆滲出而下降。然而，因此設(shè)備延長(zhǎng)在任何空氣可進(jìn)入堆之前的時(shí)間。
這里揭示的方法及設(shè)備還可消除根據(jù)常規(guī)碳支撐膜電極組件在關(guān)閉之后延長(zhǎng)時(shí)間過(guò)程中空氣/空氣存儲(chǔ)狀況，其會(huì)導(dǎo)致陰極側(cè)及陽(yáng)極側(cè)嚴(yán)重的碳腐蝕。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)在陽(yáng)極或陰極中的空氣例如會(huì)在25℃(會(huì)發(fā)生碳氧化及O2還原)的情況下導(dǎo)致鋒面分隔電池。盡管在25℃以下活動(dòng)性較低，但假定在10年的燃料電池車輛壽命以及5500個(gè)操作小時(shí)的條件下，在82100個(gè)非操作小時(shí)過(guò)程中會(huì)損失常規(guī)碳的總量的5％(即，24小時(shí)*365天*10年-5500個(gè)操作小時(shí)＝82100小時(shí))。5％的碳重量損失會(huì)導(dǎo)致峰值功率電流強(qiáng)度損失20-30mV。但是利用這里提出的設(shè)備及方法，因?yàn)槿剂想姵囟?2在其未操作時(shí)可充滿H2/N2，故可消除或大大減緩空氣/空氣存儲(chǔ)狀況。
相較于要求圍繞堆周邊相對(duì)較高密封區(qū)域的常規(guī)燃料電池堆，這里揭示的設(shè)備利用分離的殼體及相對(duì)較小密封區(qū)域密封地封閉堆的多個(gè)燃料電池。即使在最佳的殼體條件下，常規(guī)燃料電池堆的較大密封區(qū)域也通常會(huì)導(dǎo)致超過(guò)堆的總空隙體積的日常泄漏率。換言之，常規(guī)堆會(huì)在24小時(shí)周期之內(nèi)損失其全部氣體體積。相反，這里揭示的設(shè)備不會(huì)發(fā)生泄漏，或泄漏的程度極低。在任何情況下，均可使用設(shè)備來(lái)限定或控制圍繞燃料電池堆的氣體的成份，并例如可通過(guò)參考圖7-9所述的流動(dòng)路徑來(lái)對(duì)泄漏物進(jìn)行換氣，其中氫氣流繞體積吹掃以對(duì)任何泄漏物進(jìn)行換氣。
對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的以上描述僅是示例性質(zhì)，因此其變化不應(yīng)被視為脫離本發(fā)明的精神及范圍。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)品，包括
燃料電池堆；以及
殼體設(shè)備，其密封地封閉所述燃料電池堆，以在所述燃料電池堆與所述殼體設(shè)備之間限定氫室。
2.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述燃料電池堆具有內(nèi)部體積，該內(nèi)部體積在所述氫室的體積的20％以內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，還包括燃料電池設(shè)備，所述燃料電池設(shè)備包括所述燃料電池堆、將所述燃料電池堆夾在兩者之間的端板、以及位于所述端板與所述燃料電池堆之間的隔離板。
4.如權(quán)利要求3所述的產(chǎn)品，其中所述殼體設(shè)備包括所述端板以及密封耦合至所述端板的分離殼體中至少一者。
5.如權(quán)利要求4所述的產(chǎn)品，其中所述殼體設(shè)備包括位于所述隔離板與所述端板之間的密封件。
6.如權(quán)利要求4所述的產(chǎn)品，還包括至少一個(gè)傳輸部件，并且其中所述殼體設(shè)備包括位于所述至少一個(gè)傳輸部件與至少一個(gè)所述端板之間的至少一個(gè)密封件。
7.如權(quán)利要求3所述的產(chǎn)品，其中所述殼體設(shè)備包括所述隔離板以及密封耦合至所述隔離板的殼體中至少一者。
8.如權(quán)利要求7所述的產(chǎn)品，其中所述燃料電池堆包括連接所述端板的側(cè)板，其中所述殼體布置在所述側(cè)板與所述燃料電池堆之間。
9.如權(quán)利要求7所述的產(chǎn)品，其中所述殼體設(shè)備還包括布置在所述殼體與所述隔離板的軸向延伸凸緣之間的徑向密封件。
10.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述殼體設(shè)備包括承載所述燃料電池堆與所述殼體之間的泡沫體的殼體。
11.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述殼體設(shè)備包括承載隔熱件的殼體。
12.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述殼體設(shè)備包括承載所述燃料電池堆與所述殼體之間的催化劑的殼體。
13.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，還包括布置在所述氫室內(nèi)的傳感器。
14.如權(quán)利要求13所述的產(chǎn)品，其中所述傳感器包括監(jiān)控O2的水平的O2傳感器。
15.如權(quán)利要求13所述的產(chǎn)品，其中所述傳感器包括用于檢測(cè)空氣泄漏的催化劑涂覆的溫度傳感器。
16.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，還包括與所述氫室流體連通的氫供應(yīng)管路。
17.如權(quán)利要求16所述的產(chǎn)品，還包括在所述氫室與所述燃料電池堆的陽(yáng)極入口之間流體連通的加濕器管路。
18.如權(quán)利要求17所述的產(chǎn)品，還包括與所述加濕器管路流體連通的加濕器。
19.如權(quán)利要求18所述的產(chǎn)品，還包括在所述加濕器上游與所述加濕器管路流體連通的加濕器閥。
20.如權(quán)利要求16所述的產(chǎn)品，還包括在所述氫室與所述燃料電池堆的陽(yáng)極入口之間流體連通的再循環(huán)管路。
21.如權(quán)利要求20所述的產(chǎn)品，還包括與所述再循環(huán)管路流體連通的再循環(huán)泵。
22.如權(quán)利要求21所述的產(chǎn)品，其中所述再循環(huán)泵布置在所述殼體設(shè)備的外部使得所述再循環(huán)管路延伸通過(guò)所述殼體設(shè)備的一部分。
23.如權(quán)利要求21所述的產(chǎn)品，其中所述再循環(huán)泵布置在所述殼體設(shè)備內(nèi)部。
24.如權(quán)利要求21所述的產(chǎn)品，還包括在所述再循環(huán)泵上游與所述再循環(huán)管路流體連通的泄放管路。
25.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，還包括與所述燃料電池堆的陽(yáng)極入口直接流體連通的氫供應(yīng)管路，其中，所述燃料電池堆還包括與所述氫室流體連通的陽(yáng)極出口。
26.如權(quán)利要求25所述的產(chǎn)品，還包括與所述氫室流體連通的再循環(huán)管路。
27.如權(quán)利要求26所述的產(chǎn)品，還包括布置在所述殼體設(shè)備的外部并與所述再循環(huán)管路流體連通的再循環(huán)泵。
28.如權(quán)利要求27所述的產(chǎn)品，還包括在所述再循環(huán)泵的上游與所述再循環(huán)管路流體連通的泄放管路。
29.如權(quán)利要求28所述的產(chǎn)品，還包括與所述氫室流體連通的排放管路。
30.如權(quán)利要求16所述的產(chǎn)品，還包括布置在所述氫室中并與所述氫供應(yīng)管路流體連通的分配導(dǎo)管。
31.如權(quán)利要求30所述的產(chǎn)品，還包括導(dǎo)流板，其在所述分配導(dǎo)管上游布置在所述氫室內(nèi)，并位于所述分配導(dǎo)管與所述燃料電池堆的陽(yáng)極入口之間。
32.如權(quán)利要求31所述的產(chǎn)品，其中所述導(dǎo)流板由泡沫材料制成，由此密封地配合所述燃料電池堆以及所述殼體設(shè)備的一部分。
33.如權(quán)利要求31所述的產(chǎn)品，其中所述燃料電池堆包括與所述殼體設(shè)備的外部直接流體連通的陽(yáng)極出口。
34.如權(quán)利要求31所述的產(chǎn)品，還包括再循環(huán)管路，其具有與所述燃料電池堆的陽(yáng)極出口直接流體連通的一端，以及與所述燃料電池堆的陽(yáng)極入口直接流體連通的另一端。
35.如權(quán)利要求34所述的產(chǎn)品，還包括與所述再循環(huán)管路流體連通的再循環(huán)泵。
36.如權(quán)利要求34所述的產(chǎn)品，其中所述陽(yáng)極入口還與所述氫室直接流體連通。
37.如權(quán)利要求35所述的產(chǎn)品，還包括在所述再循環(huán)泵上游與所述再循環(huán)管路流體連通的泄放管路。
38.如權(quán)利要求25所述的產(chǎn)品，還包括導(dǎo)流板，其在所述陽(yáng)極出口上游布置在所述氫室內(nèi)。
39.如權(quán)利要求38所述的產(chǎn)品，還包括布置在所述殼體設(shè)備外部并與所述再循環(huán)管路流體連通的再循環(huán)泵、在所述再循環(huán)泵上游與所述再循環(huán)管路流體連通的泄放管路、以及與所述氫室流體連通的排放管路。
40.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述燃料電池堆包括陽(yáng)極入口，以及大致相對(duì)于所述陽(yáng)極入口布置的陽(yáng)極出口。
41.如權(quán)利要求40所述的產(chǎn)品，其中所述陽(yáng)極入口與陽(yáng)極出口被布置在所述燃料電池堆的大致相對(duì)的角部。
42.一種方法，包括
操作燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆以及燃料電池殼體，所述燃料電池殼體至少部分封閉所述燃料電池堆并在所述殼體與包括陽(yáng)極側(cè)及陰極側(cè)的所述堆之間至少部分限定氫室，所述操作包括使氫流入所述陽(yáng)極側(cè)并使空氣流入所述陰極側(cè)，產(chǎn)生電，并利用該電操作連接至所述堆的主電氣裝置；
關(guān)閉所述堆，包括
將所述堆從所述主電氣裝置斷開(kāi)；
使進(jìn)入及離開(kāi)所述陰極側(cè)的空氣流停止；
保持所述殼體與所述堆之間的所述氫室內(nèi)氫的正壓力高于大氣壓；并且
允許由氫消耗所述堆中的氧。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，在已經(jīng)使進(jìn)入及離開(kāi)所述陰極側(cè)的空氣流停止之后使進(jìn)入所述陽(yáng)極側(cè)的氫流停止。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其中在約110至120kPa的壓力下執(zhí)行保持所述正壓力并使進(jìn)入所述陽(yáng)極側(cè)的氫流停止，直至燃料電池堆溫度已經(jīng)冷卻至低于約50℃。
45.如權(quán)利要求43所述的方法，其中在約160至180kPa的壓力下執(zhí)行保持所述正壓力。
46.如權(quán)利要求42所述的方法，其中在燃料電池堆關(guān)閉之后主動(dòng)執(zhí)行保持所述正壓力。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其中利用主動(dòng)操作的壓力調(diào)節(jié)閥來(lái)執(zhí)行保持所述正壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及氫浸沒(méi)式燃料電池堆及相關(guān)操作。一種產(chǎn)品，包括燃料電池堆以及殼體設(shè)備，該殼體設(shè)備密封地封閉燃料電池堆以在燃料電池堆與殼體設(shè)備之間限定氫室。
文檔編號(hào)H01M2/02GK101567461SQ20091013216
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者J·張, H·A·加斯泰格, P·T·于, F·T·沃納, S·G·格貝爾 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司