專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和控制該系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)和控制該系統(tǒng)的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠有效地移除在燃料電池車輛停止期間流入陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的空氣，以防止在燃料電池車輛啟動(dòng)時(shí)燃料電池組的過(guò)電壓產(chǎn)生，從而提高燃料電池組的耐久性的燃料電池系統(tǒng)以及控制該系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是被配置成將燃料電池的化學(xué)能直接地轉(zhuǎn)換成電能的電力發(fā)生器 (electric power generator)。聚合物電角軍質(zhì)膜燃料電池(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)，一種目前廣泛使用在車輛的燃料電池，由于與其他類型的燃料電池相比，具有高效率、高電流密度和高功率密度，啟動(dòng)時(shí)間短以及對(duì)負(fù)載變化的快速響應(yīng)而引人注目。作為將用作燃料電池車輛用的動(dòng)力源的燃料電池，燃料電池系統(tǒng)可以配置成堆疊多個(gè)燃料電池的單元電池以提供必需的電力，并且同時(shí)，其中的各種驅(qū)動(dòng)器裝置與所堆疊的電池一起集成到一個(gè)系統(tǒng)，并且最終將組合的燃料電池系統(tǒng)安裝在車輛上。這樣的車用燃料電池系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)包含燃料電池組，用于通過(guò)反應(yīng)氣體的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能；氫供給裝置，用于將氫作為燃料供應(yīng)到燃料電池組；空氣供給裝置， 用于將含氧空氣作為電化學(xué)反應(yīng)所必需的氧化劑供應(yīng)到燃料電池組；以及熱和水控制器 (heat and water controlling device)，用于將作為燃料電池中電化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物的熱排放到外面，以將燃料電池組的工作溫度控制在最佳溫度，并且執(zhí)行水控制功能。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，燃料電池組產(chǎn)生由于包含在空氣中的氧以及反應(yīng)氣體的氫之間的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的電能，并且排放作為該反應(yīng)的副產(chǎn)物的熱和水。另外，如果當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉(例如，在停止燃料電池車輛之后切斷)時(shí)燃料電池組的電壓高于預(yù)定電壓并且氫殘留在陽(yáng)極側(cè)而氧殘留在陰極側(cè)，則眾所周知地，氫和氧通過(guò)電解質(zhì)膜進(jìn)行交換，從而加速催化劑層的劣化。為了防止這種現(xiàn)象，各種技術(shù)致力于在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，在降低燃料電池組的電壓的同時(shí)，分別在陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)移除氧和氫。作為典型的實(shí)例，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，所使用的一個(gè)方法是，將陰極連接到陰極氧消耗 (cathode oxygen depletion, COD)用的負(fù)載，從而降低燃料電池組的電壓，并且同時(shí)移除殘留在陰極側(cè)的氧。然而，盡管在系統(tǒng)關(guān)閉的時(shí)殘留氧可以通過(guò)陰極氧消耗用的負(fù)載的連接來(lái)移除， 但是，如果殘留在陽(yáng)極側(cè)的氫不足以滿足陰極中的殘留氧，則不能完全移除陰極中的氧。此外，進(jìn)口側(cè)排氣導(dǎo)管和出口側(cè)排氣導(dǎo)管的閥門在關(guān)閉步驟完成后應(yīng)該是閉合的。就這點(diǎn)而言，在車輛甚至在閥門閉合狀態(tài)下停了很長(zhǎng)時(shí)間的情況下，氧可以從外面流入燃料電池組，從而蔓延到陽(yáng)極和陰極。因此，可能存在這樣問題，即，在停車后燃料電池車輛的首次啟動(dòng)時(shí)，在氫供給步
4驟中，由于陰極側(cè)的殘留氧而可能產(chǎn)生電池組電壓(stack voltage)，從而不穩(wěn)定地增加電壓，并且由于殘留在陽(yáng)極側(cè)的氧而在膜電極組件的電極催化層中可能出現(xiàn)碳腐蝕，從而降低了該電池組的耐久性。在普通燃料電池系統(tǒng)中，由于陰極側(cè)排氣導(dǎo)管較大，因此空氣容易通過(guò)陰極側(cè)導(dǎo)管從外面流入電池組的陰極，并且隨后由于例如通過(guò)電解質(zhì)膜的擴(kuò)散等步驟而穿過(guò)到陽(yáng)極側(cè)。以這樣的方式，在空氣殘留在陽(yáng)極側(cè)的狀態(tài)下，如果在啟動(dòng)時(shí)氫流入陽(yáng)極側(cè)，則可以在陽(yáng)極處建立氫和空氣(氧)之間的界面，從而在陰極側(cè)產(chǎn)生過(guò)電壓，導(dǎo)致電極的腐蝕。因此，在幾十到上百次循環(huán)后可能使電池組性能劣化。通常，可以通過(guò)連接例如電阻等的虛負(fù)載(dummy load)來(lái)降低電壓，從而防止在空氣流入陽(yáng)極后發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的過(guò)電壓產(chǎn)生。然而，當(dāng)氫不均勻供給時(shí)可以在電池中引起反向電壓現(xiàn)象。這可以導(dǎo)致電池組性能的嚴(yán)重劣化。因此，用于提高燃料電池組的耐久性的一個(gè)最重要的工序是防止或最小化由界面引起的過(guò)電壓，該界面是在燃料電池車輛停止期間空氣(氧)流入陽(yáng)極后，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)在氫和空氣(氧)之間形成的。本發(fā)明背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明一般背景技術(shù)的理解，因此，可能包含不構(gòu)成對(duì)本國(guó)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種能夠有效地移除在燃料電池車輛停止期間流入陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的空氣，以防止在燃料電池車輛啟動(dòng)時(shí)燃料電池組的過(guò)電壓產(chǎn)生，從而提高燃料電池組的耐久性的燃料電池系統(tǒng)以及控制該系統(tǒng)的方法。實(shí)現(xiàn)該目的的一方面，本發(fā)明提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括濃度檢測(cè)器，安裝在陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)的任一側(cè)或兩側(cè)以在相應(yīng)側(cè)檢測(cè)空氣中所含有的氧濃度；控制器，當(dāng)由濃度檢測(cè)器檢測(cè)的氧濃度大于設(shè)定值時(shí)，輸出控制信號(hào)以釋放空氣；以及吸收器，響應(yīng)從控制器輸出的控制信號(hào)，經(jīng)由吸收線路從陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)的一側(cè)或者從陰極側(cè)或陽(yáng)極側(cè)兩側(cè)吸收空氣，從而將所吸收的空氣釋放到外面。另一方面，本發(fā)明提供一種方法，包含將在燃料電池組的陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)的任一側(cè)或兩側(cè)由濃度檢測(cè)器檢測(cè)的空氣中所含有的氧濃度輸入到控制器；當(dāng)由濃度檢測(cè)器檢測(cè)的氧濃度大于設(shè)定值時(shí)，從控制器輸出用于排放空氣的控制信號(hào)；以及通過(guò)響應(yīng)從控制器輸出的控制信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)的吸收器，經(jīng)由吸收線路吸收在陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)的一側(cè)或者兩側(cè)的空氣并排放該空氣。根據(jù)本發(fā)明，具有的效果在于，燃料電池系統(tǒng)和控制該系統(tǒng)的方法能夠有效地移除在燃料電池車輛停止期間流入陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的空氣，以防止在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的燃料電池組的過(guò)電壓，從而提高燃料電池組的耐久性。


現(xiàn)參照示例性說(shuō)明在下面僅以示例方式給出的附圖的特定典型實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的以上和其它特征，由此，這些特征不限制本發(fā)明，其中
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2和3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖如至4d是示出根據(jù)常規(guī)技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)的問題的視圖。附圖中涉及的附圖標(biāo)記包括后面將進(jìn)一步討論的下列部件1:陽(yáng)極10 燃料電池組12:陰極13 氫供給線路14:陽(yáng)極側(cè)排放線路15 空氣供給線路16:陰極側(cè)排放線路17a、17b、18a、18b 閥門21、22:濃度檢測(cè)器23、24 吸收線路30 控制器41、42:吸收器應(yīng)該理解到的是，附圖不必按比例繪制，而只是表示用于說(shuō)明本發(fā)明的基本原理的各種優(yōu)選特征的簡(jiǎn)化表示。包括例如特定尺寸、方向、位置和形狀的本文所公開的本發(fā)明的特定設(shè)計(jì)特征，將通過(guò)特定施加和使用環(huán)境被部分地確定。在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示本發(fā)明中相同或者等同的部件。
具體實(shí)施例方式下文將詳細(xì)參照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式，在附圖中示出并在下文中描述其實(shí)施例。盡管將結(jié)合示例性實(shí)施方式說(shuō)明本發(fā)明，然而應(yīng)該理解的是，本說(shuō)明書不是要將本發(fā)明限制到這些典型的實(shí)施方式。相反地，本發(fā)明不僅要涵蓋這些典型的實(shí)施方式，還涵蓋包含在所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)的各種替代、修改、等效物及其它實(shí)施方式。此外，應(yīng)當(dāng)理解此處使用的術(shù)語(yǔ)“車輛”或其它類似的術(shù)語(yǔ)包括，諸如包括運(yùn)動(dòng)用途車輛(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛包括各種船和艇的水運(yùn)工具，航行器等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車輛、插入式混合電動(dòng)車輛、氫動(dòng)力車輛和其它可選的燃料車輛(例如從除了石油以外的資源中獲得的燃料)。參照此處所述，混合動(dòng)力車為具有兩個(gè)或更多個(gè)動(dòng)力源的車輛，例如既有汽油動(dòng)力又有電動(dòng)力的車輛。眾所周知當(dāng)啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)時(shí)，在燃料電池組的陽(yáng)極的氧濃度越高，形成的過(guò)電壓越高，從而加速陰極電極的腐蝕。因此，陰極的碳催化劑被帶走，從而陰極的活性降低， 導(dǎo)致使燃料電池的性能降低的劣化現(xiàn)象。例如，從圖如和圖4b看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)陽(yáng)極側(cè)中的氧濃度是0%或的情況下，即使重復(fù)啟動(dòng)/停止循環(huán)也不存在電池電壓下降的現(xiàn)象。相對(duì)而言，從圖4c和圖4d 看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)陽(yáng)極側(cè)中的氧濃度大于10%或20%的情況下，重復(fù)啟動(dòng)/停止循環(huán)越多，電池電壓下降得越多。因此，使燃料電池組的耐久性劣化，并且整個(gè)系統(tǒng)變得不穩(wěn)定， 從而導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁的關(guān)閉。因此，本發(fā)明的主要目在于，有效地移除在燃料電池車輛停止(燃料電池系統(tǒng)關(guān)閉)期間流入陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的空氣，以防止在啟動(dòng)時(shí)在燃料電池組中產(chǎn)生過(guò)電壓，從而提高燃料電池組的耐久性。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的實(shí)例結(jié)構(gòu)的示意圖。如附圖所示，該系統(tǒng)包括連接到燃料電池組10的管路(13、14、15和16)。在管路中，閥門17a、17b、18a、18b各個(gè)分別地安裝在連接到電池組10的陽(yáng)極進(jìn)口的氫供給線路 13、連接到陽(yáng)極出口的陽(yáng)極側(cè)排放線路14、連接到陰極12的進(jìn)口的空氣供給線路15以及連接到陰極出口的陰極側(cè)排放線路16。在所示配置的示例性的燃料電池系統(tǒng)中，安裝在燃料電池組10的進(jìn)入口和排出口的閥門17a和17b，以及安裝在陰極的進(jìn)入口和排出口的閥門18a、18b，被設(shè)計(jì)成在燃料電池系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)(燃料電池系統(tǒng)停止期間)關(guān)閉，以切斷反應(yīng)氣體(氫和氧)向燃料電池組的供應(yīng)。然而，如上所述，如果燃料電池車輛停止并且系統(tǒng)因此長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉，則少量空氣通過(guò)各個(gè)導(dǎo)管等流入電池組。特別地，即使普通燃料電池系統(tǒng)的陰極側(cè)導(dǎo)管即空氣供給線路15和陰極側(cè)排放線路16的尺寸大，并且即使閥門18a和18b在車輛停止期間各個(gè)都關(guān)閉，大量的空氣也可以從外面通過(guò)陰極側(cè)導(dǎo)管流入電池組。以這樣的方式，已經(jīng)流入陰極12的外部空氣穿過(guò)膜電極組件和氣體擴(kuò)散層而穿過(guò)到陽(yáng)極11，從而導(dǎo)致過(guò)電壓的產(chǎn)生和電極處的腐蝕。因此，如圖1所示，為了有效地移除在車輛停止期間流入電池組10的陰極12側(cè)的空氣，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)包括濃度檢測(cè)器22，用于檢測(cè)陰極歧管(陰極12)和導(dǎo)管等的陰極側(cè)處的空氣中所含有的氧濃度；控制器30，用于當(dāng)確定由濃度檢測(cè)器22檢測(cè)的氧濃度大于特定的設(shè)定值(例如，陽(yáng)極處10%的氧)時(shí)輸出控制信號(hào)以釋放空氣；以及吸收器42，響應(yīng)從控制器30輸出的控制信號(hào)來(lái)工作，以通過(guò)連接到陰極12側(cè)的吸收線路M 從陰極12吸收空氣，從而將所吸收的空氣輸出到外面。這里，濃度檢測(cè)器22可以安裝在燃料電池組10的進(jìn)入口或排出口處的陰極12，即進(jìn)口歧管、出口歧管或陰極側(cè)排放線路16，并且吸收器42可以安裝在連接到陰極12導(dǎo)管的電池組10的陰極歧管或者吸收線路24，從而在啟動(dòng)時(shí)通過(guò)吸收線路M吸收在燃料電池組 10的陰極側(cè)的空氣，并且將所吸收的空氣排放到外面。如果常規(guī)的吸收器具有能夠吸收流入陰極12的空氣和將所吸收的空氣排放到外面的功能，則吸收器42可以用任何常規(guī)的吸收器來(lái)替代。例如，真空泵，除此之外，具有吸收和減壓功能的排氣設(shè)備，也可以用作本發(fā)明的吸收器42。由吸收器42吸收的空氣通過(guò)連接到吸收器42的出口側(cè)的獨(dú)立排放導(dǎo)管而排放到外面。此時(shí)，如圖1所示，吸收器42的排放導(dǎo)管可以連接到陰極側(cè)排放線路16上的閥門 18b的后側(cè)，從而空氣可以最終通過(guò)陰極側(cè)排放線路16而排放到外面。此外，如圖1所示，連接到吸收器42的吸收進(jìn)口側(cè)的吸收線路M可以連接到燃料電池組10中陰極12的進(jìn)入口(陰極進(jìn)口歧管或者空氣供給線路)和陰極12的排出口(出口歧管或者陰極側(cè)排放線路)的任一個(gè)或者兩個(gè)，從而吸收器42可以在陰極的進(jìn)入口或排出口兩側(cè)吸收空氣，從而將吸收的空氣釋放到外面。另外，由于本發(fā)明將流入電池組10的空氣釋放到外面，因此，優(yōu)選地，吸收線路M 連接到由陰極的進(jìn)入口和排出口的閥門18a、18b關(guān)閉的管路位置和歧管，也就是說(shuō)，連接到空氣供給線路15、陰極側(cè)排放線路16、電池組的陰極側(cè)進(jìn)口歧管和陰極側(cè)出口歧管中的任一個(gè)。此外，優(yōu)選地，濃度檢測(cè)器22安裝在由陰極的進(jìn)入口和排出口的閥門18a、18b關(guān)閉的電池組的歧管以及連接到該歧管的排氣導(dǎo)管的任何一個(gè)上。圖1所示的示例性的實(shí)施方式示出用于排放陰極側(cè)的空氣(空氣側(cè))的系統(tǒng)。相應(yīng)地，該系統(tǒng)以這種方式配置，即，濃度檢測(cè)器22僅僅在燃料電池系統(tǒng)關(guān)閉期間檢測(cè)氧濃度，并且控制器30被設(shè)置成僅僅當(dāng)所檢測(cè)的氧濃度大于設(shè)定值時(shí)使吸收器42工作。在該情況下，可以降低吸收器的功耗。更詳細(xì)地，當(dāng)濃度檢測(cè)器22在燃料電池系統(tǒng)關(guān)閉(車輛停止)期間檢測(cè)到大于設(shè)定值的氧濃度時(shí)，控制器使吸收器42工作以將流入燃料電池組10的陰極12側(cè)的空氣釋放到外面。以這樣的方式，由于吸收器42在車輛啟動(dòng)前工作，因此，啟動(dòng)步驟可以是以這樣的方式來(lái)進(jìn)行，即，當(dāng)陰極12側(cè)所含有的氧濃度保持在設(shè)定值以下時(shí)，將氫供應(yīng)到陽(yáng)極11。因此，由于在車輛長(zhǎng)時(shí)間停止并因此使燃料電池組10長(zhǎng)時(shí)間保持在關(guān)閉狀態(tài)后，在將氫供應(yīng)到陽(yáng)極之前將空氣從陰極排放，因此，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以克服上述常規(guī)問題，例如可能在車輛啟動(dòng)期間建立的氫/氧界面的形成、可能由該界面引起的過(guò)電壓的產(chǎn)生、碳腐蝕以及電極損壞等。圖2和3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2所示的實(shí)施方式與圖1所示的實(shí)施方式的不同在于，圖1所示的濃度檢測(cè)器、 吸收器、吸收線路安裝在陽(yáng)極側(cè)而非陰極側(cè)，但是濃度檢測(cè)器21、吸收器41、吸收線路23和控制器30與圖1所示的相同。在圖2所示的實(shí)施方式中，在由濃度檢測(cè)器21檢測(cè)的氧濃度大于設(shè)定值的情況下，控制器使吸收器41工作以將流入電池組10的陽(yáng)極11側(cè)的空氣釋放到外面。濃度檢測(cè)器21可以安裝在陽(yáng)極11的進(jìn)入口或者電池組10的排出口，例如氫供給線路13、進(jìn)口歧管、出口歧管或陽(yáng)極側(cè)排放線路14。吸收器41可以安裝在電池組10的陽(yáng)極歧管或者連接到陽(yáng)極側(cè)排放導(dǎo)管的吸收線路23，以通過(guò)吸收線路23吸收電池組10的陽(yáng)極U側(cè)的空氣，從而將所吸收的空氣排放到外面。由吸收器41吸收的空氣通過(guò)連接到吸收器的出口側(cè)的獨(dú)立排放導(dǎo)管而排放到外面。如圖2所示，吸收器41的排放導(dǎo)管連接到陽(yáng)極側(cè)排放線路14上的閥門17b的后側(cè)，從而最終通過(guò)陽(yáng)極側(cè)排放線路來(lái)排放空氣。此外，連接到吸收器41的進(jìn)口側(cè)的吸收線路21可以連接到電池組10的陽(yáng)極11 的進(jìn)入口(陽(yáng)極進(jìn)口歧管或者氫供給線路)和陽(yáng)極11的排出口(出口歧管或者陽(yáng)極側(cè)排放線路)中的任何一個(gè)或者兩個(gè)。由于圖2所示的示例性的實(shí)施方式與用于排放陽(yáng)極11側(cè)(氫側(cè))的空氣的系統(tǒng)相關(guān)，因此，在車輛停止期間或者車輛啟動(dòng)時(shí)氧濃度大于設(shè)定值的情況下，控制器30可以被設(shè)計(jì)成使吸收器41工作。當(dāng)啟動(dòng)車輛時(shí)，在供應(yīng)氫之前控制器30使吸收器41工作，從而將陽(yáng)極側(cè)的氧濃度降至設(shè)定值以下，并且接著供應(yīng)氫。在圖3的示例性實(shí)施方式中，還將圖1所示的濃度檢測(cè)器、吸收器和吸收線路添加到陽(yáng)極側(cè)。圖3的示例性實(shí)施方式與圖1的示例性實(shí)施方式的不同在于，濃度檢測(cè)器、吸收器和吸收線路同時(shí)安裝在陽(yáng)極11側(cè)和陰極12側(cè)，但是濃度檢測(cè)器21、22、吸收器41、42、吸收線路23、24和控制器30的所起的作用與圖1的實(shí)施方式中的作用相同。特別地，在圖3所示的示例性實(shí)施方式中，系統(tǒng)被配置成，除了包括圖1所示的濃度檢測(cè)器22、吸收器42和吸收線路M以外，還包括圖2所示的濃度檢測(cè)器21、吸收器41 和吸收線路23，從而將陽(yáng)極11側(cè)和陰極12側(cè)兩側(cè)的流入空氣吸收并排放。在該情況下，可以確定陽(yáng)極11側(cè)的氧濃度的設(shè)定值不同于陰極12側(cè)的氧濃度的設(shè)定值，這成為用于確定是否操作吸收器41、42的基礎(chǔ)。即使在圖3所示的示例性實(shí)施方式中，控制器30也可以被設(shè)計(jì)成，僅僅在啟動(dòng)時(shí)使?jié)舛葯z測(cè)器21檢查陽(yáng)極11側(cè)的氧濃度，并且當(dāng)氧濃度被檢測(cè)出大于設(shè)定值時(shí)使吸收器 41工作。也就是說(shuō)，在啟動(dòng)時(shí)供給氫之前控制器30用來(lái)使吸收器41工作，從而將陽(yáng)極11 側(cè)的氧濃度降至設(shè)定值以下，并且接著供應(yīng)氫。在該情況下，吸收器的操作使功耗最小化。顯然地，如果電池組中氧濃度小于設(shè)定值，則即使在沒有吸收器41的操作的情況下，燃料電池系統(tǒng)也可以根據(jù)普通的啟動(dòng)步驟來(lái)啟動(dòng)。本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)參考其優(yōu)選的實(shí)施方式來(lái)進(jìn)行詳細(xì)地描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不偏離本發(fā)明的原理和思想的情況下，可以改變這些實(shí)施方式，其中，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等價(jià)形式限定。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包含濃度檢測(cè)器，安裝在燃料電池組的陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)的任一側(cè)或兩側(cè)，以在相應(yīng)側(cè)檢測(cè)空氣中所含有的氧濃度；控制器，當(dāng)在所述相應(yīng)側(cè)由所述濃度檢測(cè)器檢測(cè)的氧濃度大于設(shè)定值時(shí)，輸出控制信號(hào)以從所述相應(yīng)側(cè)釋放空氣；以及吸收器，響應(yīng)從所述控制器輸出的所述控制信號(hào)，經(jīng)由吸收線路從所述陰極側(cè)和所述陽(yáng)極側(cè)的一側(cè)或兩側(cè)吸收空氣，從而將所吸收的空氣釋放到所述系統(tǒng)的外面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述濃度檢測(cè)器安裝在下列中的任一處i)由燃料電池組的進(jìn)入口的閥門和排出口的閥門關(guān)閉的燃料電池組的歧管，ii)連接到在陰極側(cè)的所述燃料電池組的歧管的氣體導(dǎo)管，以及iii)連接到在陽(yáng)極側(cè)的所述燃料電池組的歧管的氣體導(dǎo)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述吸收線路作為空氣吸收位置連接到下列中的至少一處i)在所述陰極側(cè)的燃料電池組的進(jìn)入口，ii)在所述陰極側(cè)的燃料電池組的排出口，iii)在所述陽(yáng)極側(cè)的燃料電池組的進(jìn)入口，以及iv)在所述陽(yáng)極側(cè)的燃料電池組的排出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述吸收線路連接到下列中的至少一處i)燃料電池組的歧管，或ii)由燃料電池組的進(jìn)入口和排出口的閥門關(guān)閉的氣體導(dǎo)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，如果對(duì)于下列中的至少一種情況i)在所述燃料電池系統(tǒng)關(guān)閉期間，或ii)在所述燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，由所述濃度檢測(cè)器檢測(cè)的氧濃度大于設(shè)定值，則所述控制器使所述吸收器工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述吸收器的排放導(dǎo)管連接到位于陰極側(cè)排放線路或陽(yáng)極側(cè)排放線路的一個(gè)或兩個(gè)的閥門后側(cè)，相應(yīng)地通過(guò)所述陰極側(cè)排放線路或所述陽(yáng)極側(cè)排放線路釋放所吸收的空氣。
7.—種控制燃料電池系統(tǒng)的方法，包含將在燃料電池組的陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)的任一側(cè)或兩側(cè)由濃度檢測(cè)器檢測(cè)的空氣中所含有的氧濃度輸入到控制器；當(dāng)在相應(yīng)側(cè)由所述濃度檢測(cè)器檢測(cè)的氧濃度大于設(shè)定值時(shí)，從所述控制器輸出用于從所述相應(yīng)側(cè)排放空氣的控制信號(hào)；并且通過(guò)響應(yīng)從所述控制器輸出的控制信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)的吸收器，經(jīng)由吸收線路在所述相應(yīng)側(cè)吸收空氣并排放該空氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制燃料電池系統(tǒng)的方法，還包含如果對(duì)于下列中的至少一種情況i)在所述燃料電池系統(tǒng)關(guān)閉期間，或ii)在所述燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，由所述濃度檢測(cè)器檢測(cè)的氧濃度大于設(shè)定值，則使所述吸收器工作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制燃料電池系統(tǒng)的方法，還包含響應(yīng)所述燃料電池系統(tǒng)的關(guān)閉，使所述濃度檢測(cè)器檢查所述氧濃度并使所述吸收器工作，所述燃料電池系統(tǒng)的關(guān)閉與安裝在所述燃料電池組的陰極側(cè)的所述濃度檢測(cè)器、吸收線路和吸收器相關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制燃料電池系統(tǒng)的方法，還包含響應(yīng)所述燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)，使所述濃度檢測(cè)器檢查所述氧濃度并使所述吸收器工作，所述燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)與安裝在所述燃料電池組的陽(yáng)極側(cè)的所述濃度檢測(cè)器、吸收線路和吸收器相關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制燃料電池系統(tǒng)的方法，還包含 在所述燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)使所述吸收器工作，以降低所述氧濃度；并且隨后將氫供應(yīng)到所述燃料電池組的陽(yáng)極側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制燃料電池系統(tǒng)的方法，還包含 在所述燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)使所述吸收器工作，以降低所述氧濃度；并且隨后將氫供應(yīng)到所述燃料電池組的陽(yáng)極側(cè)。
13.一種方法，包含在燃料電池的陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)的一側(cè)或兩側(cè)檢測(cè)空氣中的氧濃度；確定所述氧濃度是否大于設(shè)定值；并且響應(yīng)所述氧濃度大于所述設(shè)定值，從相應(yīng)側(cè)排放空氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述檢測(cè)、確定和排放發(fā)生在所述燃料電池關(guān)閉期間。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述檢測(cè)、確定和排放發(fā)生在所述燃料電池啟動(dòng)期間，所述方法還包含在排放所述空氣之后，將氫供應(yīng)到所述燃料電池的陽(yáng)極側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃料電池系統(tǒng)和控制該系統(tǒng)的方法，以有效地移除在燃料電池車輛停止期間流入陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的空氣，從而防止在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的燃料電池組的過(guò)電壓，從而提高燃料電池組的耐久性。該燃料電池系統(tǒng)示例性地包括濃度檢測(cè)器，安裝在燃料電池組的陰極側(cè)和/或陽(yáng)極側(cè)，以檢測(cè)空氣中的氧濃度；控制器，當(dāng)氧濃度大于設(shè)定值時(shí)，輸出控制信號(hào)以釋放空氣；以及吸收器，響應(yīng)從控制器輸出的控制信號(hào)，通過(guò)吸收線路從陰極側(cè)和/或陽(yáng)極側(cè)吸收空氣，從而將所吸收的空氣釋放到外面。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102487143SQ20111024103
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者任世埈, 李鐘賢 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社