[发明专利]用于解冻燃料电池系统中的冻结冷却剂的方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及一种用于提高流过燃料电池系统中燃料电池堆的冷却流体的温度的方法，更特别地，涉及一种用于在系统冰冻起动时提高冷却燃料电池堆的冰冻或接近冰冻的冷却流体的温度的方法，包括通过阻止从所述电池堆吸取过多的电力来限制电池堆废热和加热流过燃料电池堆外部的冷却剂回路的冷却流体。

背景技术

因为氢气清洁，并且可用于在燃料电池中有效地发电，所以是一种非常有吸引力的燃料。氢燃料电池是一种电化学装置，包括其间具有电解质的阳极和阴极。阳极接收氢气气体，阴极接收氧气或空气。氢气气体在阳极分解产生自由质子和电子。质子通过电解质到达阴极。质子与阴极中的氧气和电子反应生成水。阳极的电子无法通过电解质，因此被输送至阴极之前引导通过负载做功。

质子交换薄膜燃料电池（PEMFC）是用于车辆的一种常见燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子导电薄膜，例如全氟磺基酸薄膜。阳极和阴极通常包括承载在碳颗粒上并与离子交联聚合物混合的微细催化剂颗粒，通常为铂（Pt）。催化剂混合物沉积在薄膜的两侧上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合物及薄膜的组合限定了薄膜电极组件（MEA）。MEA制造比较昂贵，需要特定的条件以便有效运行。

燃料电池堆中通常通过串联组合几个燃料电池，以产生期望的功率。例如，用于车辆的典型燃料电池堆可具有两百或更多的堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入反应气体，通常为被压缩机强制通过电池堆的空气流。不是所有的氧气都被电池堆消耗掉，一部分空气输出作为阴极废气，可包括水作为电池堆副产物。燃料电池堆还接收流入电池堆阳极侧的阳极氧气反应气体。电池堆还包括冷却流体流动通过的流动通道。

燃料电池堆包括位于电池堆中几个MEA之间的一系列双极板，其中双极板和MEA位于两个端板之间。双极板包括用于电池堆中相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。阳极气体流动通道设在双极板的阳极侧上，允许阳极反应气体流到相应的MEA。阴极气体流动通道设在双极板的阴极侧上，允许阴极反应气体流到相应的MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，而另一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由导电材料制成，例如不锈钢或导电复合物。端板将燃料电池产生的电传导出电池堆。双极板还包括冷却流体流动通过的流动通道。

如上所述，燃料电池堆包括通常在电池堆双极板中的冷却流体流动通道，其接收将燃料电池的操作温度保持在期望水平的冷却流体。冷却流体被高温泵泵送通过电池堆和电池堆外侧的外部冷却剂回路，其中在冷却流体排出电池堆时，通常由散热器冷却冷却流体。在燃料电池堆外部的冷却剂回路中通常设置温度传感器，以监测冷却流体进出电池堆时的温度，从而保持电池堆温度的严密控制。冷却流体通常为水与乙二醇的混合物，提供增强的散热特性，并降低冷却流体的冻结温度。

不管冷却流体的低温特性，已经发现，在特定低温条件下，冷却流体会变得泥泞，可能冻成固体。如果车辆或燃料电池系统在这些条件下起动，那么冷却流体可能无法流过电池堆中的流动通道和电池堆外侧的冷却剂回路。当冷却剂泥泞时，电池堆的双极板中的小冷却流体通道会阻止冷却流体流动。当系统起动且冷却流体未恰当地流动时，电池堆废热引起电池堆的温度升高，超过其正常运行温度，可能达到会损坏燃料电池堆元件（例如，MEA）的温度。因此，期望在系统起动时检测低温冷却流体，以防止电池堆损坏和快速提高冷却的温度，使得其恰当地流动。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种用于提高冷却流体温度、用以在系统冻结起动时控制燃料电池堆的温度的方法。所述方法包括确定所述冷却流体是否冻结或接近冻结，如果是，那么停止在所述燃料电池堆上汲取过多的电力，以最小化电池堆废热，并激活冷却流体加热器，以加热所述冷却流体。一旦确定所述冷却流体未冻结或在流动，那么所述方法开始正常系统起动。

本发明提供下列技术方案。

技术方案1：一种用于在燃料电池系统起动时提高流过燃料电池堆以及所述燃料电池堆外部的冷却剂回路的冷却流体的温度的方法，所述方法包括：

起动所述燃料电池堆，使得它产生电力和废热；

确定所述冷却流体是否冻结或接近冻结；

如果所述冷却流体冻结或接近冻结，那么停用从所述燃料电池堆汲取电力的预定源；

如果所述冷却流体冻结或接近冻结，那么激活冷却流体加热器，以加热所述冷却剂回路中的冷却流体；

确定所述电池堆的温度是否高于预定冻结点，或者是否检测到通过所述冷却剂回路的冷却流体流；以及