[发明专利]用于燃料电池车辆应用的效率和耐用性的优化的待机模式

说明书

本申请要求美国临时专利申请61/250,447的优先权日的权益，该美国临时专利申请的发明名称为“用于燃料电池车辆应用的效率和耐用性的优化的待机模式”，申请日为2009年10月9日。

技术领域

本发明总的来说涉及一种使燃料电池系统进入待机模式的系统和方法，尤其涉及一种使燃料电池系统进入如下待机模式的系统和方法，其中该待机模式很少或不消耗功率，使燃料的使用量最小化，并且所述燃料电池系统可以快速从该待机模式恢复。

背景技术

氢是一种非常具有吸引力的燃料，因为它清洁并且可以用来在燃料电池中高效地发电。氢燃料电池是一种电化学装置，该装置包括一个正极和一个负极，以及正极和负极之间的电解质。所述正极接收氢气，所述负极接收氧或空气。所述氢气在正极分解以生成自由质子和电子，所述质子通过电解质到达负极。所述质子与所述氧和所述电子在负极反应生成水。来自的正极的所述电子不能通过电解质，因此在被送到负极之前使其通过负载完成做功。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种受欢迎的车辆用燃料电池，所述PEMFC通常包括一个固体聚合物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。所述正极和负极通常包括细微地研磨的催化颗粒，该催化颗粒通过碳粒支撑并与离聚物混合，所述催化颗粒通常为铂(Pt)。所述催化混合物设置在所述膜的相对两侧。所述正极催化混合物、所述负极催化混合物以及所述膜的组合确定了薄膜电极装置(MEA)。MEA的制造相对昂贵，并且需要一定的条件以有效的运行。

几个燃料电池通常组合在燃料电池堆中产生所需功率。例如，一种典型的车辆用燃料电池堆可能有200或更多个堆叠的燃料电池。该燃料电池堆接收负极输入反应物气体，通常是通过压缩机被强迫通过所述堆的空气流。并不是所有的氧都被所述燃料电池堆消耗，并且部分空气作为负极排放气体被输出，所述负极排放气体可能包含作为堆的副产品的水。所述燃料电池堆也接收正极氢反应气体，该气体流入所述堆的正极侧，所述堆还包括冷却流体流过的流动通道。

所述燃料电池堆包括一系列安置在所述堆中几个MEA之间的两极板，在所述燃料电池堆里所述两极板和所述MEAs安置在两个端板之间。所述两极板包括用于相邻的所述燃料电池堆里的燃料电池的正极侧和负极侧。在两极板的正极侧提供正极气体流动通道，该通道允许所述正极反应物气体流到相应的MEA。在两极板的负极侧提供负极气体流动通道，该通道允许所述负极反应物气体流到相应的MEA。一个端板包括正极气体流动通道，另一个端板包括负极气体流动通道。所述两极板和端板由导电材料制成，例如不锈钢或者导电复合材料。所述端板将由所述燃料电池产生的电传导出所述燃料电池堆。所述两极板还包括流通冷却流体的流动通道。

在某些燃料电池系统运行条件下，可能希望使所述系统进入待机模式，在该模式中所述系统消耗很少或不消耗功率，燃料使用量最小化，并且所述系统可以快速从该待机模式恢复，从而提高系统效率并减慢系统恶化。在一个实施例中，当所述燃料电池系统处于空转模式时，依然向所述燃料电池堆提供负极空气和氢气，并且所述燃料电池堆仍产生输出功率，所述空转模式是例如燃料电池汽车在停止交通灯处停止，在这种模式下所述燃料电池堆不产生用来运行系统装置的功率。在燃料电池堆处于所述空转模式时向燃料电池堆提供氢气通常是浪费的，因为在这些条件下运行所述燃料电池堆是做无用功。因此，处于这些空转工况时通常希望减少堆输出功率和电流消耗，从而提高系统燃料效率。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种用于使燃料电池汽车系统进入待机模式的系统和方法，在上述待机模式中很少或不消耗功率，燃料使用量最小，并且所述系统可以快速从上述待机模式恢复。所述方法包括确定车辆控制水平是否满足预定的待机模式车辆水平进入标准，以及燃料电池系统控制水平是否已经满足预定的待机模式燃料电池水平进入标准，当所述车辆水平进入标准和所述燃料电池水平进入标准都已满足时，使车辆进入所述待机模式；如果已经满足预定车辆水平退出标准或者已经满足燃料电池水平退出标准，所述方法退出所述待机模式。

通过下面的描述和随附权利要求，并结合附图，本发明的附加特征将变得明显。

本申请还提供如下所述的解决方案：

方案1：一种使燃料电池车辆进入待机模式和使所述燃料电池车辆从所述待机模式脱离的方法，所述方法包括：

确定车辆控制水平是否已经满足了预定的待机模式车辆水平进入标准；

确定燃料电池系统控制水平是否已经满足了预定的待机模式燃料电池水平进入标准；以及

如果所述车辆水平进入标准和所述燃料电池水平进入标准都已经被满足，使所述车辆进入所述待机模式。