[发明专利]燃料电池系统和操作该系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，尤其涉及一种在超出所需的热量工况下操作燃料电池系统的方法。

背景技术

氢气是一种非常具有吸引力的燃料，因为它很清洁而且能够在燃料电池中利用来有效地发电。汽车制造业耗费了若干资源用于发展氢气燃料电池作为机动车的动力来源。这样的机动车与现在使用内燃机的机动车辆相比，会更加有效并且产生更少的排放物。

氢气燃料电池是一种电-化学设备，它包括阳极、阴极以及设置于两者之间的电解液。阳极接收氢气而阴极接受氧气或者空气。氢气在阳极分解产生自由的氢质子和电子。氢质子穿过电解液到达阴极。氢质子与阴极的氧气和电子发生反应产生水。阳极的电子不能通过电解液，因此在电子被发射到阴极之前，通过负荷指引电子做功。这些功用于操作机动车辆。

许多燃料电池典型的组合在一起形成燃料电池组以产生机动车辆所需的动力。燃料电池组接收空气流作为阴极输入气体，通常由压缩机迫使空气注入。空气中的所有氧气并不能被燃料电池组全部消耗，其中一部分空气作为阴极废气排出，废气中可能包含作为电池组副产物的水。

在机动车辆内，燃料电池系统的组件(诸如一台压缩机电机和一个压缩机电机功率倒相模块)在燃料电池系统的操作过程中会产生热量。热能必须从燃料电池系统中去除以在所需操作条件下保持组件和燃料电池系统的内部温度进而减少对组件的损坏。一般由再循环泵推动冷却剂流过燃料电池系统将热能从燃料电池系统去除。如果再循环泵关闭或者冷却剂从燃料电池系统中泄漏，燃料电池系统可能会过热，关闭并且造成组件在最优水平之下工作。进一步而言，如果燃料电池系统关闭或者损坏，与燃料电池系统一体化的机动车的驾驶者就不能够操作机动车辆，而使走路回家的意外事件。

当燃料电池系统在超出所需的热量工况下操作时，需要提供一种操作燃料电池的方法。

发明内容

当燃料电池系统在超出所需的热量工况下操作时，惊奇地发现了一种与本发明具有协调性和一致性的用于操作燃料电池系统的方法。

在一个实施例中，燃料电池系统包括一个燃料电池组，燃料电池组包括至少一个阴极入口和一个阴极出口，流体能够流过所述电池组的阴极入口和阴极出口；一台压缩机与所述燃料电池组流体连通；第一温度传感器与所述的压缩机相连通，所述的第一温度传感器适于产生传感器信号来指示所述压缩机的温度；和一个控制系统，其适于接收来自所述第一温度传感器的传感器信号进而使所述压缩机的操作变化以最小化由所述压缩机产生的热量。

在另外一个实施例中，燃料电池系统包括一个燃料电池组，燃料电池组包括至少一个阴极入口和一个阴极出口，其中使得流体流过所述燃料电池组的阴极入口和阴极出口；一台压缩机，其包括一台压缩机功率逆变器并且与所述燃料电池组流体连通；第一温度传感器，其与所述的压缩机相连通，所述的第一温度传感器适于产生传感器信号来指示所述的压缩机和压缩机功率逆变器之一的温度；和一个控制系统，其适于接收来自所述第一温度传感器的传感器信号进而使所述压缩机的操作变化以最小化由所述压缩机产生的热量。

在另外一个实施例中，操作燃料电池系统的方法包括下述步骤：提供一个燃料电池组，其包括至少一个阴极入口和一个阴极出口；提供一台与燃料电池组流体连通的压缩机；提供一个与压缩机流体连通的第一温度传感器，传感器适于产生传感器信号来指示压缩机的温度；提供一个控制系统，其适于接收第一温度传感器的传感器信号；使得含氧的流体流动通过燃料电池系统的压缩机，其中传感器信号指示压缩机的温度；和基于传感器信号由控制系统调整压缩机的操作以最小化压缩机产生的热量。

附图说明

附图1显示了根据本发明一个实施例的燃料电池系统的示意流程图。对于本领域的技术人员而言，通过下述参照附图对优选实施例的详细描述很容易明了本发明的上述优势以及其它优势。

具体实施方式

以下详细的描述和附图描述和解释说明了本发明的各种示例性实施例。描述和附图能够帮助本领域的技术人员制备和使用本发明，而并非以任何方式对本发明的范围进行限制。根据所公开的方法，所提出的步骤是在本质上仅仅是示例性的，因此步骤的顺序并不是必需的或者关键的。

根据本发明的一个实施例，附图示出了燃料电池系统10。该燃料电池系统10包括一台与燃料电池组14流体连通的压缩机12。