[发明专利]使用存储器来测量燃料电池系统在关闭或空闲状态的时间

说明书

技术领域

【0001】本发明总体涉及一种确定燃料电池已经关闭的时间的方法，更具体 来说，涉及车用燃料电池系统已经关闭多久的方法，该方法包括将空闲计时器 与停机计时器相结合，其中空闲计时器提供车辆依然点火但是燃料电池系统关 闭的时间读数，停机计时器提供车辆熄火的时间读数。

背景技术

【0002】氢是很好的燃料，因为它清洁并且在燃料电池中能有效产生电。氢 燃料电池是一种电化学装置，其包括阳极以及阴极，两者之间有电解液。阳极 接收氢气，阴极接受氧气或空气。氢气在阳极电离生成自由质子和电子。质子 通过电解液到达阴极。在阴极质子和氧气以及电子反应产生水。阳极的电子不 能通过电解液，因此在被送到阴极之前通过负载做功。

【0003】质子交换膜燃料电池(PEMFC)是常见的车用燃料电池。PEMFC 通常包括固体聚合物电解液质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极和阴极通常包 括极细的催化粒子，通常是铂(Pt)，以碳粒子为载体并且和离子交联聚合物混 合。催化剂混合物沉积在膜相对的两侧。阳极催化剂混合物，阴极催化剂混合 物以及膜组合成膜电极装置(MEA)。

【0004】在燃料电池组中通常几个燃料电池结合来产生所需电能。前文所提 到的车用燃料电池组可能包括200或更多的燃料电池。燃料电池组接收阴极反 应气体，通常是利用压缩机而强制通过电池组的空气气流。不是所有的氧气都 被电池组消耗，部分空气作为阴极的排出气体排出，排出气体包括作为电池组 副产物的水。燃料电池组也接收流入电池组阳极侧的阳极氢反应气体。

【0005】燃料电池组包括放置在电池组中的几个MEA之间的一系列双极板， 在此，双极板和MEA放置在两端板之间。双极板包括电池组中相邻燃料电池的 阳极侧和阴极侧。阳极气流通道位于双极板的阳极侧使阳极反应气体流向相应 的MEA。阴极气流通道位于双极板的阴极侧使阴极反应气体流向相应的MEA。 一端板包括阳极气流通道，另一端板包括阴极气流通道。双极板和端板由导电 材料制成，例如不锈钢或者导电复合物，端板把电池组产生的电能传导出去。 双极板还包括冷却液流过的通道。

【0006】本领域已经提出在采用分离的电池组的燃料电池系统中提供电池组 顺序开启或者阳极流移动(anode flow-shifting)。特别是，在系统中有阀和管路 以使第一子电池组的阳极排出气体送入第二子电池组的阳极侧，在循环模式中， 第二子电池组的阳极排出气体送入第一子电池组的阳极侧。

【0007】当燃料电池系统关闭时，未反应的氢气仍在燃料电池组的阳极侧。 此氢气能扩散通过膜和阴极侧的氧气发生反应。由于氢气扩散至阴极侧，电池 组阳极侧的总压力低于周围压力。该压力差使周围的空气进入燃料电池的阳极 侧。当空气进入燃料电池阳极侧，它生成氢/空气锋面而在阳极侧造成短路，导 致氢离子从阳极侧的富氢部分向阳极侧的富空气部分的横向流动。这种高粒子 流和膜的高横向离子电阻的结合产生穿过膜的明显的横向电位降(～0.5V)。这 样在相对于阳极侧的填充有空气部分的阴极侧和相邻的电解液之间产生局部的 高电位，而使碳腐蚀加快，并且导致碳层变薄。这样减少了催化剂粒子载体， 使燃料电池性能变差。

【0008】系统下次起动时，假设足够长时间已经过去，阴极和阳极通道一般 都充满了空气。系统起动之时，氢气进入阳极通道，氢气将阳极通道里的空气 挤出，同样生成氢/空气锋面，其通过阳极气流通道。在每个燃料电池中，氢/ 空气锋面导致了随着锋面的移动沿着膜的长度引发了催化反应，和穿过膜的反 应结合，产生高电势。这种合成的电势足够高以致于严重损坏催化剂以及其上 形成催化剂的碳粒子，降低燃料电池组中MEA的寿命。特别是，氢/空气锋面 引发的反应和正常的燃料电池反应结合，比仅仅穿过膜的燃料电池反应高数个 数量级。例如，如果不解决系统起动时氢/空气锋面的退化效果，仅仅经过大概 100个关闭和起动周期就会破坏燃料电池。