[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池系统，包括：

燃料电池，所述燃料电池具有电解质膜、以及阴极侧催化剂层和阳极侧催化剂层，所述阴极侧催化剂层和所述阳极侧催化剂层具有多个细孔并且被布置为与所述电解质膜相接触；

阴极流入水量确定部，所述阴极流入水量确定部用于确定阴极流入水量，所述阴极流入水量是指在所述燃料电池启动之后随着所述燃料电池的发电而产生的、经由所述电解质膜流进所述阴极侧催化剂层的水的量；

细孔体积获取部，所述细孔体积获取部用于获取细孔总体积，所述细孔总体积是指在所述阴极侧催化剂层中的所述多个细孔的体积；

操作条件确定部，所述操作条件确定部用于基于所确定的阴极流入水量和所获取的细孔总体积来确定所述燃料电池的操作条件，以使所述阴极流入水量在等于或小于所述细孔总体积的范围内，其中，所述操作条件包括流经所述燃料电池的电流的电流值以及该电流流经所述燃料电池的时间段的上限值；以及

电流调节部，所述电流调节部用于调节所述电流值和所述电流值的电流流过的时间段，以使得实现所确定的操作条件。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

将包括氢的气体作为阳极侧反应气体供应给所述燃料电池；

所述阴极流入水量确定部包括：

电渗水量确定部，所述电渗水量确定部用于确定电渗水量，所述电渗水量是指在所述燃料电池启动之后流进所述阴极侧催化剂层的水的量，其中，该水随着从所述电解质膜的阳极侧向阴极侧的氢离子的移动而从所述阳极侧穿过所述电解质膜移动到所述阴极侧；以及

反向扩散水量确定部，所述反向扩散水量确定部用于确定反向扩散水量，所述反向扩散水量是指在所述燃料电池启动之后从所述阴极侧催化剂层流出的水的量，其中，该水根据所述阴极侧催化剂层和所述阳极侧催化剂层之间的水浓度差而从所述阴极侧穿过所述电解质膜移动到所述阳极侧；并且，

所述阴极流入水量确定部通过从所述电渗水量中减去所述反向扩散水量来确定所述阴极流入水量。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，

所述电渗水量确定部使用表达式1确定所述电渗水量，

Qe=i/F*β*t  (表达式1)

其中Qe表示电渗水量，i表示电流密度，F表示法拉第常量，β表示电渗系数，而t表示启动之后的时间段。

4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，

所述阴极侧催化剂层具有包括磺酸基的离聚物；并且

所述反向扩散水量确定部通过使用表达式2获取所述阴极侧催化剂层的水浓度和所述阳极催化剂层的水浓度来获取所述阴极侧催化剂层和所述阳极侧催化剂层之间的水浓度差，并且使用表达式3确定所述反向扩散水量，

Cw=ε*ρ*λ/EW（表达式2）

其中Cw表示水浓度，ε表示离聚物的体积分数，ρ表示离聚物密度，λ表示膜含水量，并且EW表示酸基密度，

Qi=D*ΔC/Δmt*t（表达式3）

其中Qi表示反向扩散水量，D表示自扩散系数，ΔC表示水浓度差，Δmt表示电解质膜的厚度，并且t表示启动之后的时间段。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，还包括：

存储部，所述存储部用于存储作为所述阴极侧催化剂层的膜含水量（λ）的预设值和作为所述阳极侧催化剂层的膜含水量（λ）的预设值。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池系统，还包括：

电流值测量部，所述电流值测量部用于测量所述电流值；以及

时间测量部，所述时间测量部用于测量在所述燃料电池启动之后经过的时间段，

其中，所述电流调节部在所测量的经过的时间段达到与所测量的电流值相对应的所述操作条件的所述上限值之前减少所述电流值。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池系统，其中，

所述操作条件是其中所述阴极流入水量等于或小于零的操作条件。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统，还包括：

温度获取部，所述温度获取部用于获取所述燃料电池的温度，

其中，在所获取的温度低于0°C时，所述电流调节部调节所述电流值和所述电流流过的时间段，以使得实现所确定的操作条件。