[发明专利]用于燃料电池系统的起动控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池系统的起动控制装置和方法。本发明具体涉及这样一种用于燃料电池系统的起动控制装置和方法，其可通过在起动燃料电池系统时控制供应到阳极的氢的供给速率，来减少保留在阳极上的氢和空气之间形成界面所需的时间，并根据界面的形成来防止产生过电压。

背景技术

在包括燃料电池组的燃料电池系统处于停止状态时，空气通常流入电池组的阴极，然后流入并扩散通过气体扩散层和电解质膜而驻留在阳极。也就是说，当包括燃料电池组的燃料电池系统，即安装有燃料电池系统的燃料电池车停止时，供应到燃料电池的空气和氢气会受到干扰。然而，当停止状态持续较长时间时，保持在阳极中的氢可通过电解质膜流入阴极，阳极的压力可能变得低于阴极的压力。结果是，在阳极中形成负压，入口和出口堵塞，因此由于阳极和阴极之间存在压力差，而使阴极中的氧气扩散到阳极。

当典型的燃料电池系统从停止状态起动之后，驱动空气供应单元将空气供应到电池组的阴极，同时，将氢气从氢罐供应到电池组的阳极。

另外在典型燃料电池系统起动之后，在氢气被供应到阳极时，所供应的氢气在阳极碰到空气从而形成氢气和空气(氧气)之间的界面，随着氢气和氧气之间的界面形成，在阴极侧上形成过电压。

当在阴极中产生过电压时，可导致阴极电极的腐蚀。这将在数十或数百次循环后劣化电池组性能。也就是说，当燃料电池系统起动时，氢气通常被供应到阳极与剩余的氧气形成界面，同时引起化学反应，该化学反应会在阴极产生高电势并引起碳侵蚀(carbon erosion)。因此，阴极中碳催化剂减少，因而减小导致燃料电池性能劣化的活性。该劣化会导致在燃料电池中产生的电压的降低，因而会降低电池的耐用性。

防止在起动燃料电池系统之后产生过电压的现有技术，使用通过利用诸如电阻等假负载连接来降低电压的工艺。然而，当不是以一致方式供应燃料时，电池组的电池中可产生反向电压，并可引起电池组性能的致命劣化。

因此，改善燃料电池组的耐用性从而防止或最小化由氢气和空气(氧气)之间的界面引起的过电压是非常重要的，该过电压是在燃料电池系统从停止状态起动之后空气(氧气)流入阳极形成的。

在背景技术部分公开的上述信息仅仅是为了增强对本发明背景技术的理解，因此其可能包含对本国本领域普通技术人员来说已知的不构成现有技术的信息。

发明内容

本发明提供一种用于燃料电池系统的起动控制装置和方法，其可在燃料电池系统从停止状态起动时，通过根据存在于阳极的氧浓度来调节供应到阳极的氢供给速率，来减少与阳极上剩余空气形成界面所需的时间，根据界面的形成防止产生过电压，并减少不必要的氢消耗。

在一个方面，本发明提供一种用于燃料电池系统的起动控制装置，其包括：浓度计，测量存在于燃料电池组的阳极中的氧浓度；氢供给速率控制器，布置在阳极入口处；和控制器，从浓度计接收氧浓度信号值并同时控制氢供给速率控制器从而调节到阳极的氢供给速率。

在另一个方面，本发明提供一种用于燃料电池系统的起动控制方法；其包括：测量燃料电池系统起动后存在于燃料电池组的阳极中的氧浓度；和根据氧浓度来控制供给到阳极的氢供给速率。

在优选实施例中，如果氧浓度等于或大于参考值，则可将氢供给速率调节成增大(如高的)速率。

在另一个优选实施例中，如果氧浓度小于参考值，则可将氢供给速率调节成正常(或较低的)速率。

下面将讨论本发明的其他方面和优选实施例。

附图说明

下面参考某些示例性实施例详细描述本发明的上面和其他特征，其中所示附图仅例示而非限制本发明，且其中：

图1是示出根据本发明一个实施例的燃料电池系统的起动控制方法的图；

图2a-2c是V-I曲线图，示出使用根据本发明一个实施例的用于燃料电池系统的起动控制方法来控制供应到阳极的氢供给速率来测量的电池电压变化；以及

图3a-3d是V-I曲线图，示出根据燃料电池系统起动时阳极中剩余空气量的电池电压变化。

附图中给出的附图标记包括下面进一步讨论的元件：

10：燃料电池组        12：阳极

14：阴极              16：浓度计

18：氢供给速率控制器  20：控制器

22、24、26、和28：阀