[发明专利]关闭燃料电池的控制方法及其系统

说明书

本发明为一种关闭燃料电池的控制方法及其系统，方法的步骤包含：停止通入氢气至燃料电池；接着，在持续运转可调变负载时，使燃料电池内剩余的氢气持续反应以快速消耗氢气，同时检测燃料电池的氢气压力与电压值；以及当氢气压力值不大于气压阈值时，调降可调变负载的需求功率，以持续消耗残存的氢气，直到检测到燃料电池的电压值不大于最终电压阈值时，则关闭燃料电池。因此，本发明的燃料电池在关闭后系统内并不会残留过多的氢气，避免关机时产生燃烧反应、开机启动时产生高压电的情形发生。

技术领域

本发明为一种关闭燃料电池的控制方法及其系统，特别是指一种在关闭燃料电池的程序中，利用检测燃料电池的气压及电压以决定关闭燃料电池的时机与关闭燃料电池的控制方法及其系统。

背景技术

近年来，永续发展为重要的课题，全球因而致力追求能源、环保与经济的平衡发展。在运输工具方面，一般使用汽油作为动力来源，然而，在汽油转换为能量的过程中会释放大量的温室气体，无疑违背追求环保的目标，尤其在京都议定书生效后的温室气体减量压力，各国也渐渐释出能源替代方案。由于氢能可循环利用的特性，使燃料电池技术在运输工具上的应用，成为兼顾环境保护，也是目前高能源价格时代的解决方案。

燃料电池在关机的过程中，燃料电池系统中仍有残存的氢气及空气，残存于系统内的氢气容易使得燃料电池维持在开路电压的状况，并且氢气容易自阳极穿过(crossover)至阴极的空气端而发生燃烧反应。而在燃料电池开机时，氢气与空气之间的接口锋前沿着触媒层移动的时候容易产生高电压，进而使触媒载体产生氧化反应，伤害燃料电池的效能与寿命。因此，如何控制燃料电池在关机时仍有氢气残存于系统当中，是燃料电池需解决的一重要课题。

在公知技术当中，在燃料电池关机时，通过降低进入燃料电池阴极、阳极的气压，使得阳极达到负压的状态，并在达到负压时，通入惰性气体至阳极，以减少在下次燃料电池开机时所产生接口锋前的问题。然而，公知技术的缺点在于，如要通入惰性气体，需额外配置惰性气体于燃料电池上，无疑造成了系统设计的复杂度，此外，实际操作中，燃料电池组为多个单电池堆栈组合而成，当阳极达到负压状态时，由于氢气分布的不均匀，容易使得部分的电池周围没有氢气存在，造成电池的损坏，也就是说，在达到负压状态时，虽然仍然有电流的产生，却有部分的电池没有与适当的氢气进行反应，反而进行碳的氧化反应，进而造成燃料电池的损坏。

发明内容

本发明的一目的在于提供一关闭燃料电池的控制方法及其系统，在燃料电池的关机程序当中，在停止提供燃料电池反应物之后，利用可调变负载以消耗燃料电池系统中剩余的反应物，并利用检测燃料电池系统氢气的气体压力，以判断反应物的消耗状况。

本发明的又一目的在于提供一种关闭燃料电池的控制方法及其系统，在检测燃料电池氢气压力时，同时检测燃料电池的电压，利用燃料电池的电压更精准地判断反应物的消耗状况，以充分消耗残存的氢气同时避免损害燃料电池，避免残余过多的氢气穿过电池极层，进而造成燃料电池系统内发生燃烧的状况、或高电压造成碳载体腐蚀的状况。

本发明的另一目的在于提供一种关闭燃料电池的控制方法及其系统，在设定情况下，停止通入空气至燃料电池系统，使残存氢气与空气中的氧气反应完后，剩余的氮气会充满于燃料电池系统，以避免在燃料电池下次进行开机时形成氢气与空气的锋面，避免高电压的产生而腐蚀碳载体。

为达上述发明目的，本发明提出一种关闭燃料电池的控制方法，通过控制与燃料电池耦接的可调变负载，以关闭燃料电池系统，方法包含以下步骤:停止通入氢气至燃料电池；接着，在持续运转可调变负载时，使燃料电池内剩余的氢气持续反应以快速消耗氢气，同时检测燃料电池的氢气压力与电压值；以及当氢气压力值不大于气压阈值时，调降可调变负载的需求功率，以持续消耗残存的氢气，直到检测到燃料电池的电压值不大于最终电压阈值时，则关闭燃料电池。

在上述步骤当中，当可调变负载包含多个负载时，调降可调变负载的需求功率的方法为关闭至少一该可调变负载。其中关闭至少一可调变负载的方式为根据可调变负载的需求功率由大至小依次关闭。