專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)氫/氮貯存減輕啟動(dòng)停止造成的燃料電池劣化的方法
通過(guò)氫/氮貯存減輕啟動(dòng)停止造成的燃料電池劣化的方法 技術(shù)領(lǐng)域本申請(qǐng)的披露內(nèi)容主要涉及的領(lǐng)域包括運(yùn)行燃料電池堆的方法， 所述運(yùn)行方法包括啟動(dòng)和停止這種燃料電池堆.背景技術(shù)在車(chē)輛應(yīng)用中，燃料電池堆可能需要經(jīng)受超過(guò)30, 000次的啟動(dòng)/ 停止循環(huán)。燃料電池堆的正常運(yùn)行涉及到氫持續(xù)地流入燃料電池堆的 陽(yáng)極側(cè)內(nèi)且空氣持續(xù)地流入燃料電池堆的陰極側(cè)內(nèi)。當(dāng)燃料電池停止 時(shí)，如果電路是開(kāi)路的且電池上不再存在負(fù)載，則可能產(chǎn)生不能接受 的陽(yáng)極和陰極電位，從而導(dǎo)致催化劑和催化劑栽體產(chǎn)生氧化和腐蝕以 及燃料電池性能產(chǎn)生劣化.發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括一種通過(guò)使氫流入陽(yáng)極側(cè)內(nèi)并且使空氣:。所述燃料電池產(chǎn)丄用于運(yùn)行初級(jí)電氣裝置的電力r為了使燃料電池堆停止，使所述初級(jí)電氣裝置與所述燃料電池堆斷開(kāi)連接.進(jìn)入所 述陰極側(cè)內(nèi)的空氣流被停止且在所述陽(yáng)極側(cè)上保持正氫壓。所迷燃料 電池堆被短接且允許所述陰極側(cè)中的氧被來(lái)自所述陽(yáng)極側(cè)的氫消耗。所述陽(yáng)極側(cè)和所述陰極側(cè)的入口閥和出口閥隨后被關(guān)閉，本發(fā)明的另 一實(shí)施例包括通過(guò)使氫流入陽(yáng)極側(cè)內(nèi)并且使空氣流入 陰極側(cè)內(nèi)而運(yùn)行具有所述陽(yáng)極側(cè)和所述陰極側(cè)的燃料電池堆，所述燃 料電池產(chǎn)生用于運(yùn)行初級(jí)電氣裝置的電力。為了使所述燃料電池堆停 止，使所述初級(jí)電氣裝置與所述燃料電池堆斷開(kāi)連接且所述燃料電池 堆被短接。進(jìn)入所述陰極側(cè)內(nèi)的所述空氣流被停止且從所述陰極側(cè)排 出的排氣也被停止。從所述陽(yáng)極側(cè)排出的所迷排氣被停止的同時(shí)在所 述陽(yáng)極側(cè)上保持正氫壓.氫被注入所述陰極側(cè)內(nèi)以i更消耗所述陰極側(cè) 中的氧并補(bǔ)償由于氧的消耗而導(dǎo)致在所述陰極側(cè)處產(chǎn)生的壓力損失， 注射的氫和從所述陽(yáng)極側(cè)橫向流動(dòng)(crossing over)的氫都消耗了所述氧.通過(guò)下文提供的詳細(xì)描述將易于理解本發(fā)明的其它典型實(shí)施例，應(yīng)該理解盡管該詳細(xì)描述和特定實(shí)例示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例， 但僅旨在用于示例性的目的而絕不旨在限制本發(fā)明的范圍。


通過(guò)詳細(xì)描述和附圖將更充分地理解本發(fā)明的典型實(shí)施例。 圖l是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖； 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的方法的流程圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)和運(yùn)行所述燃料 電池系統(tǒng)的方法的示意圖；和圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料電池堆的一部分，具體實(shí)施方式
下面對(duì)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行的描述在本質(zhì)上僅是示例性的且絕 不旨在限制本發(fā)明及其應(yīng)用或使用 現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括通過(guò)使氫流入陽(yáng)極側(cè)內(nèi) 并且使空氣流入陰極側(cè)內(nèi)、產(chǎn)生電力以便運(yùn)行初級(jí)電氣裝置，從而運(yùn) 行具有所述陽(yáng)極側(cè)和所述陰極側(cè)的燃料電池堆(步驟200 )。使燃料電 池堆停止包括使燃料電池堆與初級(jí)電氣裝置斷開(kāi)連接并且停止進(jìn)入陰 極側(cè)內(nèi)的空氣流(步驟202 ).保持陽(yáng)極側(cè)上的正氫壓(步驟204 )。 使燃料電池堆短接并且允許陰極側(cè)中的氧被來(lái)自陽(yáng)極側(cè)的氫消耗(步 驟206 )。其后，停止進(jìn)入陽(yáng)極側(cè)內(nèi)的氫流并且將用于陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè) 二者的入口閥和出口閥都關(guān)閉(步驟208 )。陽(yáng)極上的該正氫壓應(yīng)該至 少足以補(bǔ)償由于燃料電池堆溫度從運(yùn)行溫度降低至室溫而導(dǎo)致產(chǎn)生的 壓力損失以及由于水蒸汽冷凝而導(dǎo)致產(chǎn)生的壓力損失?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖2,本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括一種通過(guò)使氫流入陽(yáng)極 側(cè)內(nèi)且使空氣流入陰極側(cè)內(nèi)、并且產(chǎn)生電力以便運(yùn)行初級(jí)電氣裝置， 從而運(yùn)行具有所述陽(yáng)極側(cè)和所述陰極側(cè)的燃料電池堆(步驟210)的方 法。使燃料電池堆停止包括使燃料電池堆與初級(jí)電氣裝置斷開(kāi)連接， 并且與輔助負(fù)載接合(步驟212)。停止進(jìn)入陰極側(cè)內(nèi)的空氣流并且關(guān) 閉陰極側(cè)的入口閥和出口閥(步驟214)。關(guān)閉陽(yáng)極側(cè)上的入口閥和出口閥，同時(shí)保持陽(yáng)極側(cè)上的正氫壓(步驟216)。使燃料電池堆短接并 將氫注入陰極側(cè)內(nèi)以便消耗陰極側(cè)中的氧并補(bǔ)償由于氧的消耗而導(dǎo)致 產(chǎn)生的壓力損失(步驟218).現(xiàn)在參見(jiàn)圖3，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括燃料電池系統(tǒng)100，所述 燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆10，所述燃料電池堆包括固體電解質(zhì)膜 12且具有包括陽(yáng)極反應(yīng)劑氣體流場(chǎng)的陽(yáng)極側(cè)16和包括陰極反應(yīng)氣體流 場(chǎng)的陰極側(cè)14?？諝馊肟趯?dǎo)管18被設(shè)置并被連接至空氣壓縮機(jī)20。 空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管22從壓縮機(jī)20被連接至燃料電池堆10的陰極側(cè) 14且第一閥24被設(shè)置在壓縮機(jī)出口導(dǎo)管22中，設(shè)置了氫源26,如儲(chǔ) 罐中的壓縮氫或儲(chǔ)罐中的液體氫。笫一氫罐出口導(dǎo)管28被設(shè)置成在一 端處被連接至氫源26且在第二端處被連接至燃料電池堆10的陽(yáng)極側(cè) 16,第二閥30被設(shè)置在第一氫罐出口導(dǎo)管28中以便控制通過(guò)所述第 一氫罐出口導(dǎo)管的氣體流'第二氫罐出口導(dǎo)管38被設(shè)置且在一端處被 連接至氫源26且在另一端處被連接至燃料電池堆10的陰極側(cè)14。第 三閥40被設(shè)置在第二氫罐出口導(dǎo)管38中以便控制通過(guò)所述笫二氫罐 出口導(dǎo)管的氣體流，電池組400可被連接至空氣壓縮機(jī)20以便對(duì)其進(jìn) 行供電。另一種方式是，通過(guò)燃料電池堆10產(chǎn)生的電力對(duì)壓縮機(jī)20 進(jìn)行供電。陰極排氣導(dǎo)管44被設(shè)置成在一端處被連接至燃料電池堆10且包 括位于所述陰極排氣導(dǎo)管中的用于控制通過(guò)所述陰極排氣導(dǎo)管的氣體 流的第四閥46。陽(yáng)極排氣導(dǎo)管48被設(shè)置成在一端處被連接至燃料電池 堆10且可在第二端處打開(kāi)以便向大氣排氣。笫五閥50被設(shè)置在陽(yáng)極 排氣導(dǎo)管48中以便控制通過(guò)所述陽(yáng)極排氣導(dǎo)管的氣體流。第一電氣路徑60被連接至燃料電池堆10且包括初級(jí)電氣裝置或 負(fù)載62和用于將負(fù)栽62連接至燃料電池堆10并且使所述負(fù)栽與所述 燃料電池堆斷開(kāi)連接的第一電氣開(kāi)關(guān)64。負(fù)栽62可以是電動(dòng)馬達(dá)或電 機(jī)以便推動(dòng)車(chē)輛。第二電氣路徑66被連接至燃料電池堆并且包括相對(duì) 低負(fù)栽的裝置如電阻68和用于將電阻68連接至燃料電池堆并且使所 述電阻與所述燃料電池堆斷開(kāi)連接的笫二電氣開(kāi)關(guān)70。在燃料電池堆10的正常運(yùn)行中，空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管22中的笫 一閥24被打開(kāi)且陰極排氣導(dǎo)管44中的第四閥46也被打開(kāi)以使得空氣 可被輸送通過(guò)燃料電池堆的陰極側(cè)14。第一氫罐出口導(dǎo)管28中的笫二閥30被打開(kāi)且陽(yáng)極排氣導(dǎo)管48中的第五閥50也被打開(kāi)以使得氫可被 輸送通過(guò)燃料電池堆10的陽(yáng)極側(cè)16。在一個(gè)實(shí)施例中，為了使燃料電 池堆10停止，將陽(yáng)極側(cè)16上的氫壓保持在略高于環(huán)境壓力的壓力下 以便防止當(dāng)陰極中仍充注有未消耗的氧時(shí)空氣從環(huán)境侵入。通過(guò)打開(kāi) 第一電氣路徑60中的開(kāi)關(guān)64而使初級(jí)負(fù)栽62與燃料電池堆10斷開(kāi) 連接。輔助動(dòng)力例如來(lái)自電池組400的輔助動(dòng)力被用于運(yùn)行燃料電池 堆的各個(gè)部件，所述各個(gè)部件包括空氣壓縮機(jī)20。由此避免了產(chǎn)生開(kāi) 路電壓。其后，空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管22中的第一閥24以及陽(yáng)極排氣 導(dǎo)管48中的第五閥50被關(guān)閉。燃料電池堆的電壓開(kāi)始下降且笫二電 氣路徑66中的第二電氣開(kāi)關(guān)70被關(guān)閉以便將電阻68連接至燃料電池 堆10從而使燃料電池堆10短接。在一個(gè)實(shí)施例中，在燃料電池堆電 壓為約0. 2伏特/電池之后關(guān)閉第二電氣開(kāi)關(guān)70。當(dāng)電池電壓降低至約 0. 05V時(shí)，陰極側(cè)中的氧已被從陽(yáng)極側(cè)16橫向流動(dòng)通過(guò)固體電解質(zhì)膜 12到達(dá)陰極側(cè)14的氫完全消耗。陰極側(cè)14中現(xiàn)在完全充注著氮和水 蒸氣。其后，陰極排氣導(dǎo)管44中的第四閥46被關(guān)閉且第一氫罐出口 導(dǎo)管中的第二閥30也被關(guān)閉，從而在陽(yáng)極中保持正氫壓以便補(bǔ)償由于 燃料電池堆溫度降低和水蒸氣冷凝而導(dǎo)致產(chǎn)生的壓力損失。通過(guò)在陽(yáng) 極側(cè)和陰極側(cè)二者中都保留氫而消耗了侵入陽(yáng)極側(cè)16或陰極側(cè)14內(nèi) 的空氣。陰極側(cè)14和陽(yáng)極側(cè)16中都充注有基本上包括氫和氮的氣體 以便作為燃料電池堆停止期間的氣體貯存。再次參見(jiàn)圖3，本發(fā)明的另一實(shí)施例包括一種使燃料電池堆停止 的方法，所述方法包括保持陽(yáng)極側(cè)中的氫壓，所述氫壓略高于環(huán)境壓 力、使燃料電池堆10與初級(jí)負(fù)栽62斷開(kāi)連接并利用輔助動(dòng)力以便避 免燃料電池堆產(chǎn)生電池開(kāi)路電壓。空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管22中的笫一閥 24以及陰極排氣導(dǎo)管44中的第四閥46被關(guān)閉。陽(yáng)極側(cè)排氣導(dǎo)管48中 的第五閥50被關(guān)閉且笫二氫罐出口導(dǎo)管38中的第三閥40被打開(kāi)以便 將氫注入燃料電池的陰極側(cè)46內(nèi)以便平衡由于在陰極側(cè)14中進(jìn)行的 氫/氧反應(yīng)而導(dǎo)致產(chǎn)生的壓力變化。因此，燃料電池堆電壓開(kāi)始下降且 通過(guò)將第二電氣路徑66中的電阻68連接至燃料電池堆10而使燃料電 池堆10短接。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)燃料電池堆電壓為約0.2伏特/電 池時(shí)使燃料電池堆短接。當(dāng)燃料電池電壓降低至約0. 05V時(shí)，陰極側(cè)l4 中的氧已被氫完全消耗。陰極側(cè)14中現(xiàn)在充注著氫/氮和少量的水。陽(yáng)極側(cè)16中也充注著氬。同樣地，侵入陽(yáng)極側(cè)16或陰極側(cè)14內(nèi)的空 氣被氫消耗，且陰極側(cè)14和陽(yáng)極側(cè)16中都充注著基本上包括氫和氮 的氣體以便作為燃料電池堆停止期間的氣體貯存。在燃料電池堆處于短接狀態(tài)且隨后使短接的燃料電池堆斷開(kāi)連接 時(shí)，可通過(guò)打開(kāi)適當(dāng)?shù)拈y30、 50以便允許氫流動(dòng)通過(guò)燃料電池堆10 的陽(yáng)極側(cè)16而啟動(dòng)燃料電池堆10。其后，打開(kāi)閥24、 46以便允許空 氣流動(dòng)通過(guò)陰極側(cè)14。第三閥40被關(guān)閉以防止氫流入陰極側(cè)14內(nèi). 笫二電氣開(kāi)關(guān)70被打開(kāi)以便使電阻68與燃料電池堆10斷開(kāi)連接且第 一電氣開(kāi)關(guān)64被關(guān)閉以便將初級(jí)負(fù)載62連接至燃料電池堆10?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖4,本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可利用燃料電池堆10，所述 燃料電池堆包括雙極板302和軟質(zhì)(soft goods )部分312。雙極板302 和軟質(zhì)部分312被重復(fù)設(shè)置以便形成被串聯(lián)連接的具有雙極板302的 燃料電池堆。雙極板302可以是一件式的或者可以包括例如通過(guò)焊接 被緊固在一起的第一部件301和第二部件303。雙極板302可呈現(xiàn)出多 種構(gòu)型，所述多種構(gòu)型包括被機(jī)加工的金屬基板、緊固在一起的模壓 金屬箔片或者成型的導(dǎo)電復(fù)合材料。雙極板302可包括第一面304,所 述第一面具有多條槽脊306和在其中限定出的通道308。雙極板302可 包括第二面400，所述笫二面相似地包括多條槽脊306和在其中限定出 的多條通道308。位于例如雙極板302的一側(cè)304上的通道308可構(gòu)成 陽(yáng)極反應(yīng)劑氣體流場(chǎng)，且位于例如雙極板302的另一側(cè)400上的通道308 可構(gòu)成陰極反應(yīng)劑氣體流場(chǎng)。冷卻通道310可被設(shè)置在雙極板302中.軟質(zhì)部分312可包括固體電解質(zhì)膜314，所述固體電解質(zhì)膜具有第 一面316和相對(duì)的笫二面318。多孔陰極320可被設(shè)置在電解質(zhì)膜314 的第一面316上。陰極320包括催化劑和傳導(dǎo)栽體如碳顆粒上的鉑、 和離聚物。多微孔層322可被設(shè)置在陰極320上'多微孔層322具有 相對(duì)較小的孔隙且可包括位于粘合劑中的顆粒，如碳顆粒和聚四氟乙 烯(PTFE)。多孔氣體擴(kuò)散介質(zhì)層324可被設(shè)置在多微孔層3"上' 多孔氣體擴(kuò)散介質(zhì)層324可以是任何的多孔導(dǎo)電材料，如碳紙或氈制 物。雙極板302可被設(shè)置在氣體擴(kuò)散介質(zhì)層324上。多孔陽(yáng)極326可 被設(shè)置在固體電解質(zhì)膜314的第二面318的下面，陽(yáng)極326包括位于 導(dǎo)電栽體上的催化劑如碳顆粒上的鉑、和離聚物。第二多微孔層328 可被設(shè)置在陽(yáng)極326的下面。笫二氣體擴(kuò)散介質(zhì)層330可被設(shè)置在第二多微孔層328的下面。如圖所示，另一雙極板302位于第二氣體擴(kuò) 散介質(zhì)層330下面。當(dāng)術(shù)語(yǔ)"空氣"被用于描述反應(yīng)劑氣體或吹掃氣體時(shí)，其應(yīng)該被 視作等效于富氧氣體，如富氧空氣或純氧.上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行的描述本質(zhì)上僅是示例性的且因此對(duì) 所述實(shí)施例作出的變型不被i^為偏離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種方法，所述方法包括運(yùn)行具有陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的燃料電池堆，所述運(yùn)行步驟包括使氫流入所述陽(yáng)極側(cè)內(nèi)且使包括氧和氮的空氣流入所述陰極側(cè)內(nèi)、產(chǎn)生電力并且利用所述電力而運(yùn)行被連接至所述燃料電池堆的初級(jí)電氣裝置；停止所述燃料電池堆，所述停止所述燃料電池堆的步驟包括使所述燃料電池堆與所述初級(jí)電氣裝置斷開(kāi)連接；停止進(jìn)入所述陰極側(cè)內(nèi)的包括氧和氮的所述空氣流并且保持所述陽(yáng)極側(cè)上的正氫壓；使所述燃料電池堆短接并且允許所述陰極側(cè)中的氧被氫消耗；其后，停止進(jìn)出所述陽(yáng)極側(cè)的所述氫流并且停止從所述陰極側(cè)排出的排氣流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述允許所述陰極側(cè)中的氧 被氫消耗的步驟包括允許氫從所述陽(yáng)極側(cè)橫向流動(dòng)至所述陰極側(cè)以便 消耗所迷氧。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述允許所述陰極側(cè)中的氧 被氫消耗的步驟包括將氫注入所述陰極側(cè)內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在進(jìn)行了所述停止進(jìn)出所述 陽(yáng)極側(cè)的所述氪流的步驟和所述停止從所述陰極側(cè)排出的排氣流的步 驟之后，所述陰極側(cè)和所述陽(yáng)極側(cè)中都具有大體上包括氫和氮的氣體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在進(jìn)行了使所述燃料 電池堆與所述初級(jí)負(fù)栽斷開(kāi)連接的步驟之后使所述燃料電池堆短接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述使所述燃料電池堆短接 的步驟包括關(guān)閉包括所述燃料電池堆和電阻的電路。
7、 一種方法，所述方法包括通過(guò)使氫流入陽(yáng)極側(cè)內(nèi)且使包括氧和氮的空氣流入陰極側(cè)內(nèi)、通池堆的初級(jí)電氣裝置，從而運(yùn)行具有所述陽(yáng)極側(cè)和所述陰極側(cè)的燃料 電池堆；停止所述燃料電池堆，所述停止所述燃料電池堆的步驟包括使所 述燃料電池堆與所述初級(jí)電氣裝置斷開(kāi)連接；停止進(jìn)入所述陰極側(cè)內(nèi)的包括氧和氮的所述空氣流并且停止從所述陰極側(cè)排出的排氣；停止從所迷陽(yáng)極側(cè)排出的排氣同時(shí)保持所述陽(yáng)極側(cè)上的正氫壓； 使所述燃料電池堆短接；將氫注入所述陰極側(cè)內(nèi)以消耗所述陰極側(cè)中的氧。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所迷的方法，其中所述使所述燃料電池堆短接 的步驟包括關(guān)閉包括所述燃料電池堆和電阻的電路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述允許所述陰極側(cè)中的氧 被氬消耗的步驟包括允許氬從所述陽(yáng)極側(cè)橫向流動(dòng)至所述陰極側(cè)以便 消耗所述氧。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在進(jìn)行了所述停止進(jìn)入所 述陽(yáng)極側(cè)內(nèi)的所述氫流的步驟和所述停止從所述陰極側(cè)排出的排氣流 的步驟之后，所述陰極側(cè)和所述陽(yáng)極側(cè)中都具有大體上包括氫和氮的 氣體。
11、 一種方法，所述方法包括提供燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆，所述燃 料電池堆包括固體電解質(zhì)膜，所迷燃料電池堆具有包括陽(yáng)極反應(yīng)劑氣 體流場(chǎng)的陽(yáng)極側(cè)和包括陰極反應(yīng)氣體流場(chǎng)的陰極側(cè)，所述燃料電池系 統(tǒng)包括被連接至空氣壓縮機(jī)的空氣入口導(dǎo)管、從所述壓縮機(jī)被連接至 所述燃料電池堆的所述陰極側(cè)的空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管和位于所述空氣 壓縮機(jī)出口導(dǎo)管中的第一閥、氫源和被連接至所述氬源且被連接至燃 料電池堆的所述陽(yáng)極側(cè)的第一氫罐出口導(dǎo)管、位于所述第一氫罐出口 導(dǎo)管中以便控制通過(guò)所述第一氫罐出口導(dǎo)管的氣體流的第二閥、被連 接至所述氫源和所述燃料電池堆的所述陰極側(cè)的第二氫罐出口導(dǎo)管、 位于所述第二氫罐出口導(dǎo)管中以便控制通過(guò)所述第二氫罐出口導(dǎo)管的 氣體流的笫三閥、被連接至所述空氣壓縮機(jī)以便對(duì)其進(jìn)行供電的電池 組、被連接至所述燃料電池堆的陰極排氣導(dǎo)管和位于所述陰極排氣導(dǎo) 管中的用于控制通過(guò)所述陰極排氣導(dǎo)管的氣體流的第四閥、被連接至 所述燃料電池堆的陽(yáng)極排氣導(dǎo)管和位于所述陽(yáng)極排氣導(dǎo)管中的用于控 制通過(guò)所述陽(yáng)極排氣導(dǎo)管的氣體流的第五閥、被連接至所迷燃料電池 堆的第一電氣路徑，所述第一電氣路徑包括初級(jí)電氣裝置和用于將所 述初級(jí)電氣裝置連接至所述燃料電池堆并且使所述初級(jí)電氣裝置與所述燃料電池堆斷開(kāi)連接的笫一電氣開(kāi)關(guān)、被連接至所述燃料電池堆的 第二電氣路徑，所述第二電氣流徑包括電阻和用于將所述電阻連接至氣開(kāi)i; ' 一打開(kāi)所述空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管中的所述第一閥和所述陰極排氣導(dǎo) 管中的所述第四閥以使得空氣可被輸送通過(guò)所述燃料電池堆的所述陰 極側(cè)、打開(kāi)所述第一氫罐出口導(dǎo)管中的所述笫二閥和所述陽(yáng)極排氣導(dǎo) 管中的所述笫五閥以使得氫可被輸送通過(guò)所述燃料電池堆的所述陽(yáng)極 側(cè)；停止所述燃料電池堆，所述停止所迷燃料電池堆的步驟是通過(guò)下 面的過(guò)程而實(shí)現(xiàn)的，將所述陽(yáng)極側(cè)上的氫壓保持在略高于環(huán)境壓力的 壓力下以便防止當(dāng)所述陰極中仍充注有未消耗的氧時(shí)空氣從環(huán)境侵 入、通過(guò)打開(kāi)所迷第一電氣路徑中的所述開(kāi)關(guān)而使所迷初級(jí)電氣裝置 與所述燃料電池堆斷開(kāi)連接、利用所述電池組運(yùn)行所述燃料電池堆的 各個(gè)部件，所述各個(gè)部件包括所述空氣壓縮機(jī)；其后，關(guān)閉所述空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管中的所述第一閥以及所述陽(yáng) 極排氣導(dǎo)管中的所述笫五閥、隨著所述燃料電池堆的電壓開(kāi)始下降而 關(guān)閉所述第二電氣路徑中的所述第二電氣開(kāi)關(guān)以便將所述電阻連接至 所述燃料電池堆從而使所述燃料電池堆短接，并且使得所述陰極側(cè)中 的氧已被從所述陽(yáng)極側(cè)橫向流動(dòng)通過(guò)所述固體電解質(zhì)膜到達(dá)所述陰極 側(cè)的氫完全消耗且使得所迷陰極側(cè)中完全充注著氮和水蒸氣；其后，關(guān)閉所述陰極排氣導(dǎo)管中的所述笫四閥和所述笫一氫罐出 口導(dǎo)管中的所述第二閥，同時(shí)在所述陽(yáng)極中保持正氫壓以便補(bǔ)償由于 燃料電池堆溫度降低和水蒸氣冷凝而導(dǎo)致產(chǎn)生的壓力損失，從而使得 通過(guò)分別在所述陽(yáng)極側(cè)或者所述陰極側(cè)中保留有氫而消耗侵入所述陽(yáng) 極側(cè)或陰極側(cè)內(nèi)的空氣，且使得所述陰極側(cè)和所述陽(yáng)極側(cè)二者中都充 注有基本上包括氫和氮的氣體以便作為燃料電池堆停止期間的氣體貯 存。
12、 一種方法，所述方法包括提供燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆，所述燃 料電池堆包括固體電解質(zhì)膜，所述燃料電池堆具有包括陽(yáng)極反應(yīng)劑氣 體流場(chǎng)的陽(yáng)極側(cè)和包括陰極反應(yīng)氣體流場(chǎng)的陰極側(cè)，所述燃料電池系統(tǒng)包括被連接至空氣壓縮機(jī)的空氣入口導(dǎo)管、從所述壓縮機(jī)被連接至 所述燃料電池堆的所述陰極側(cè)的空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管和位于所述空氣 壓縮機(jī)出口導(dǎo)管中的第一閥、氫源和被連接至所述氫源且被連接至燃 料電池堆的所述陽(yáng)極側(cè)的第一氫罐出口導(dǎo)管、位于所述第一氫罐出口 導(dǎo)管中以便控制通過(guò)所述第一氫罐出口導(dǎo)管的氣體流的第二閥、被連 接至所述氫源和所述燃料電池堆的所述陰極側(cè)的笫二氫罐出口導(dǎo)管、 位于所述第二氫罐出口導(dǎo)管中以便控制通過(guò)所述第二氫罐出口導(dǎo)管的 氣體流的第三閥、被連接至所述空氣壓縮機(jī)以便對(duì)其進(jìn)行供電的電池 組、被連接至所述燃料電池堆的陰極排氣導(dǎo)管和位于所述陰極排氣導(dǎo) 管中的用于控制通過(guò)所述陰極排氣導(dǎo)管的氣體流的第四閥、被連接至 所述燃料電池堆的陽(yáng)極排氣導(dǎo)管和位于所述陽(yáng)極排氣導(dǎo)管中的用于控 制通過(guò)所述陽(yáng)極排氣導(dǎo)管的氣體流的第五閥、被連接至所述燃料電池 堆且包括初級(jí)電氣裝置和用于將所述初級(jí)電氣裝置連接至所述燃料電 池堆并且使所述初級(jí)電氣裝置與所述燃料電池堆斷開(kāi)連接的第一電氣 開(kāi)關(guān)的第一電氣路徑、被連接至燃料電池堆且包括電阻和用于將所述接的笫二電氣開(kāi)關(guān)的第二電氣路徑；停止所述燃料電池堆，所述停止所述燃料電池堆的步驟包括保持 所述陽(yáng)極側(cè)中的氫壓，所述氫壓略高于環(huán)境壓力、使所述燃料電池堆 與所述初級(jí)電氣裝置斷開(kāi)連接并利用輔助動(dòng)力以便避免燃料電池堆產(chǎn) 生電池開(kāi)路電壓、關(guān)閉所述空氣壓縮機(jī)出口導(dǎo)管中的所述笫一閥以及 所述陰極排氣導(dǎo)管中的所述第四閥、關(guān)閉所述陽(yáng)極側(cè)排氣導(dǎo)管中的所 迷笫五閥、打開(kāi)所述第二氫罐出口導(dǎo)管中的所述笫三閥以便將氫注入氧反i而導(dǎo)致產(chǎn)生的壓力變化:隨著所迷燃料電池堆的電壓開(kāi)始下降而通過(guò)將所述第二電氣路徑中的所述電阻連接至所述燃料電池堆而使 所述燃料電池堆短接，從而使得所述陰極側(cè)中的氧已被氫完全消耗且 使得所述陰極側(cè)中現(xiàn)在充注著氫/氮和少量的水且使得所述陽(yáng)極側(cè)中也 充注著氬且使得侵入所述陽(yáng)極側(cè)或陰極側(cè)內(nèi)的空氣被氫消耗，且使得 所迷陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)中都充注著基本上包括氫和氮的氣體以便作為燃 料電池堆停止期間的氣體貯存。
全文摘要
一種通過(guò)使氫流入陽(yáng)極側(cè)內(nèi)且使空氣流入陰極側(cè)內(nèi)而運(yùn)行具有所述陽(yáng)極側(cè)和所述陰極側(cè)的燃料電池堆的方法。所述燃料電池產(chǎn)生電力，且所述電力被用于運(yùn)行初級(jí)電氣裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，為了停止所述燃料電池堆，使所述初級(jí)電氣裝置與所述燃料電池堆斷開(kāi)連接。停止進(jìn)入所述陰極側(cè)內(nèi)的所述空氣流并且保持所述陽(yáng)極側(cè)上的正氫壓。使所述燃料電池堆短接并且允許所述陰極側(cè)中的氧被氫消耗。關(guān)閉所述陽(yáng)極側(cè)和所述陰極側(cè)的入口閥和出口閥。其后，停止進(jìn)入所述陽(yáng)極側(cè)內(nèi)的所述氫流并且停止從所述陰極側(cè)排出的排氣流。
文檔編號(hào)H01M8/24GK101222064SQ20071016113
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者B·拉克什馬南, F·T·瓦納, G·W·斯卡拉, J·P·薩爾瓦多, 余代強(qiáng) 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司