[发明专利]在水可能发生冻结的条件下启动燃料电池的方法

说明书

技术领域

本发明的披露内容主要涉及的领域包括运行燃料电池的方法。

背景技术

燃料电池堆可被用于车辆中，其中燃料电池堆暴露于接近或低于0℃的温度中。在接近或低于0℃的温度下运行的燃料电池堆产生了可能发生冻结的水。冰可能会填满阴极电极的所有空隙容积从而导致出现氧匮乏，在出现所述氧匮乏的情况下燃料电池堆将不能产生任何功率。图1示出了在-20℃和-15℃的温度下在0.1A/cm²条件下的冷冻启动电压曲线图。对于铂的担载量为0.4mg/cm²的具有12μm的厚度和0.65的孔隙率的典型电极而言，电极的持冰容量(ice holding capacity)为约8.3C/cm²(其中C是库伦)。典型的膜(18μm、1100EW且dλ＝10)的持冰容量为约6.3C/cm²，所述典型的膜例如为可从Gore，Inc.得到的那些膜。因此，通过低于0℃的燃料电池堆的最大电荷将为约8.3-14.6C/cm²。

发明内容

本发明的一个实施例包括一种方法，所述方法包括：运行燃料电池堆，所述运行包括启动具有低于0℃的温度的燃料电池堆并且获取(draw)燃料电池上的负载，所述负载在从燃料电池堆所能够对应的最大负载的75％至所述最大负载的范围内，其中所述最大负载受到燃料电池系统约束的限制。所提供的功率可大于操作者驱动初级装置和辅助装置所需的功率，由此将所述燃料电池堆尽可能迅速地加热至高于0℃的温度。

本发明的另一实施例包括控制车辆中的燃料电池堆的运行，所述控制包括在顾客需要关闭燃料电池系统时测量所述燃料电池堆的温度，且如果所述燃料电池堆的温度高于用于对所述燃料电池堆进行吹扫的预定吹扫温度，则关闭所述燃料电池堆，且如果所述燃料电池堆的温度低于所述预定吹扫温度，则继续运行所述燃料电池堆并且从所述燃料电池堆获取负载，从而使得所述燃料电池堆发热直至所述燃料电池堆的温度高于所述预定吹扫温度且其后关闭所述燃料电池堆。

通过下文提供的详细描述将易于理解本发明的其它典型实施例。应该理解：尽管该详细描述和特定实例披露了本发明的典型实施例，但该详细描述和特定实例仅旨在实现说明的目的而并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更充分地理解本发明的典型实施例，其中：

图1示出了燃料电池堆的冷冻启动电压曲线图；

图2是燃料电池堆的发热速率和产物水的产生速率与电流密度之间的关系曲线图；

图3是燃料电池堆在零度以下的温度下的极化曲线图；

图4是示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池堆的运行控制方法的流程图；

图5示出了燃料电池堆的启动曲线图，图中标示出了电流密度、电池电压、电池温度和燃料电池堆功率与启动时间的关系；

图6是用于在燃料电池堆中进行除水的吹扫时间与温度的关系曲线图；和

图7示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池系统。

具体实施方式

下面对一个或多个实施例进行的描述在本质上仅是示例性的且绝不旨在限制本发明或其应用或使用。

本发明的一个实施例包括运行燃料电池堆，所述运行包括在阴极电极被冰填充之前在启动过程中使燃料电池堆的温度达到高于0℃的温度。这可能需要总的电荷Q_total等于8-15C/cm²。基于下面的热平衡方程式：

T_stack(t)-T_stack(initial)＝Q_total·(1.4V-E_cell)/(m·C_p)