帶有阻塞的陽極電池的燃料電池內的冷啟動操作的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明大致涉及燃料電池，并且更具體地涉及在冰阻塞陽極電池的凍結狀況下，燃料電池系統(tǒng)啟動的方法。
【背景技術】
[0002]啟動用于車輛應用的燃料電池系統(tǒng)包括可靠性、耐久性和直到可接受的驅車離開的時間(啟動長度)之間的平衡?？煽啃园ù_保充足的反應物出現(xiàn)在膜的兩側上的整個活性區(qū)域，使得全電流可得到支持。這必須在不超出氫的排放要求的情況下完成。諸如硬件布局，硬件可靠性，或諸如溫度、壓力和濕度的各種環(huán)境狀況的因素，也將影響用于成功地啟動燃料電池系統(tǒng)的策略。
[0003]在冷啟動狀況下，有時電池被冰阻塞或將被冰阻塞。如果陽極被阻塞，則在消耗電池內的所有氫之后，電池轉為負電壓，即使在低電力的情況下也是如此。電池阻塞的另一跡象是，即使在負載被移除之后，回到開路電壓(OCV)也需花費很長時間，其解釋是需要擴散(或非常慢的泄漏)使氫回到電池內。
[0004]因此，需要一種在冷狀況下可靠的啟動方法。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明滿足該需要。提供了一種用于啟動燃料電池系統(tǒng)的方法。在一個實施例中，所述方法包括提供氫到燃料電池的陽極的入口加壓所述陽極至某壓力;確定是否存在阻塞電池的狀況;如果無阻塞電池狀況存在，則開始正常的啟動程序;如果阻塞電池狀況存在，交替地降低所述陽極的壓力和增加所述陽極的壓力，直到出現(xiàn)退出狀況，所述退出狀況選自穩(wěn)定的燃料電池的電壓，或高于約0°C的燃料電池的溫度，或其兩者；并且當出現(xiàn)所述退出狀況時，開始正常啟動程序。
[0006]本發(fā)明還涉及以下技術方案。
[0007]1.—種用于啟動燃料電池系統(tǒng)的方法，包括:
提供氫到所述燃料電池的陽極的入口，加壓所述陽極至某壓力；
確定是否存在阻塞電池的狀況；
如果不存在阻塞電池狀況，則開始正常的啟動程序；
如果阻塞電池狀況存在，則交替地降低所述陽極的壓力和增加所述陽極的壓力，直到出現(xiàn)退出狀況，所述退出狀況選自所述燃料電池的電壓是穩(wěn)定的，或所述燃料電池的溫度高于約(TC，或它們兩者；以及
當出現(xiàn)所述退出狀況時，開始所述正常啟動程序。
[0008]2.根據(jù)技術方案I所述的方法，其特征在于，確定是否存在所述阻塞電池狀況包括確定所述燃料電池的電壓是否為負，或確定所述燃料電池的溫度是否低于約0°C，或它們兩者。
[0009]3.根據(jù)技術方案I所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在降低所述陽極的壓力的同時，或在增加所述陽極的壓力的同時，或在它們兩者的同時，降低所述燃料電池的負載。
[0010]4.根據(jù)技術方案I所述的方法，其特征在于，在小于約10秒內降低所述陽極的壓力。
[0011]5.根據(jù)技術方案I所述的方法，其特征在于，在小于約5秒內增加所述陽極的壓力。
[0012]6.根據(jù)技術方案I所述的方法，其特征在于，增加所述陽極的壓力包括增加所述陽極壓力設定點。
[0013]7.根據(jù)技術方案I所述的方法，其特征在于，增加所述陽極的壓力包括打開氫供應閥。
[0014]8.根據(jù)技術方案I所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在降低所述陽極的壓力的同時，或在增加所述陽極的壓力的同時，或在它們兩者的同時，加熱所述燃料電池。
[0015]9.根據(jù)技術方案8所述的方法，其特征在于，采用輔助加熱源加熱所述燃料電池。
[0016]10.根據(jù)技術方案I所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括監(jiān)測所述電池電壓以確定所述電池電壓是否穩(wěn)定。
[0017]11.根據(jù)技術方案I所述的方法，其特征在于，在增加所述陽極的壓力之前，降低所述陽極的壓力。
[0018]12.根據(jù)技術方案I所述的方法，其特征在于，在降低所述陽極的壓力之前，增加所述陽極的壓力。
[0019]i 3.—種用于啟動燃料電池系統(tǒng)的方法，包括:
提供氫到所述燃料電池的陽極的入口，加壓所述陽極至某壓力；
確定是否存在阻塞電池狀況，其中確定是否存在所述阻塞電池狀況包括確定所述燃料電池的電壓是否為負，或確定所述燃料電池的溫度是否低于約(TC，或它們兩者；
如果不存在阻塞電池狀況，則開始正常啟動程序；
如果存在阻塞電池狀況，則交替地降低所述陽極的壓力和增加所述陽極的壓力，直到出現(xiàn)退出狀況，所述退出狀況選自所述燃料電池的電壓是穩(wěn)定的，或所述燃料電池的溫度高于約(TC，或它們兩者；以及
當出現(xiàn)所述退出狀況時，開始所述正常啟動程序。
[0020]14.根據(jù)技術方案13所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在降低所述陽極的壓力的同時，或在增加所述陽極的壓力的同時，或在它們兩者的同時，降低所述燃料電池的負載。
[0021]15.根據(jù)技術方案13所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在降低所述陽極的壓力的同時打開陽極排放閥。
[0022]16.根據(jù)技術方案13所述的方法，其特征在于，在小于約10秒內降低所述陽極的壓力。
[0023]17.根據(jù)技術方案13所述的方法，其特征在于，在小于約5秒內增加所述陽極的壓力。
[0024]18.根據(jù)技術方案13所述的方法，其特征在于，增加所述陽極的壓力包括打開氫供應閥。
[0025]19.根據(jù)技術方案13所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在降低所述陽極的壓力的同時，或在增加所述陽極的壓力的同時，或在它們兩者的同時，加熱所述燃料電池。
[0026]20.根據(jù)技術方案13所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括監(jiān)測所述電池電壓以確定所述電池電壓是否穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0027]圖1是圖示本發(fā)明的啟動方法的一個實施例的流程圖；
圖2是燃料電池系統(tǒng)的一個實施例的示意性框圖；
圖3是執(zhí)行本發(fā)明的啟動方法的一個實施例的示意性框圖；
圖4A-E是本發(fā)明的啟動方法的一個實施例的圖示。
【具體實施方式】
[0028]提供了一種在阻塞陽極狀況下進行啟動操作的方法，其減少或防止失敗的啟動。該方法允許提升的效率和更少的或更短的凍結準備吹掃。這源于更嚴厲的凍結預測，其因利用陽極壓力循環(huán)的補救啟動方法而被允許。需要凍結準備吹掃以便干燥堆，用于可靠的冷啟動，但吹掃要求大量的操作時間和能量。如果沒有預測凍結狀況(例如基于天氣預報或當前溫度)，則凍結準備吹掃可以被跳過或減少，由此節(jié)約能量。然而，在缺乏補救的啟動方法的情況下，凍結預測必須是保守的，因為導致失敗啟動的未預測的凍結狀況對用戶來說是不可接受的麻煩。
[0029]該啟動方法通過允許省略電池電壓監(jiān)測器，可潛在地減少成本。當電池反向時，必須降低負載，因為膜上的大的負電壓將快速地導致電短路，這可能損壞膜甚至融化極板。電池電壓監(jiān)測器被用于檢測這種情況，以便減少或降低負載從而保護堆。適當?shù)年枠O操作可避免這種困難情況，除了在電池阻塞的狀況下，例如被冰阻塞。如果需要，這種操作的壓力循環(huán)模式可用于所有冷啟動，直到堆不再凍結，以避免這種失敗模式。這可以潛在地允許省略電池電壓監(jiān)測，從而節(jié)約大量的成本。
[0030]該方法利用氣體壓縮/減壓循環(huán)以迫使氫進入具有阻塞的陽極的電池并從電池除去惰性氣體以允許受限的操作。如果需要，陽極泄放(bleed)可被用于減少減壓時間。在減壓循環(huán)、壓縮循環(huán)或它們兩者期間，可降低或消除堆負載。如果堆負載被消除，則壓縮機的流量可被降低?？蓡为毣蚪M合地利用溫度和電壓確定是否利用操作的壓力循環(huán)模式。例如，可在檢測到有問題的電池(諸如當電池電壓監(jiān)測可用時的負電池電壓)時進入，并可在電池電壓恢復時退出?？稍诶涞亩褷顩r下利用它，并在堆溫度高于凍結溫度時，可退出至正常操作。
[0031]在啟動期間，用氫對陽極加壓，其將最初在陽極容積內的氣體和增加的氫壓縮進入所有電池，甚至阻塞的電池。然而，如果非氫氣體的上游容積大，則增加的氫可能不會抵達阻塞電池的活性區(qū)域。因此，希望保持(氫注入與堆活性區(qū)域之間)上游容積相對小。當從堆中抽取電流時，氫被消耗，阻塞電池內僅剩余氮，并且阻塞電池停止工作(例如，當電流由具有氫的剩余電池驅動時變?yōu)樨撾姵仉妷?。當在進給流中存在采用氮稀釋的循環(huán)陽極流時，以氮填充將更快地發(fā)生。在阻塞電池內的所有氫被消耗之前，可期望在20%氮稀釋的情況下對于I巴壓力增加大約200A-S。
[0032]增加的摩爾(不包括被壓縮進入電池的上游氣體并且可