燃料电池电站操作系统（10）包括开/关转换设备旁路电路（60）用以每当在燃料电池操作温度低于预定的冻结-安全操作温度时燃料电池（12）开/关转换设备（58）被关断的时候维持燃料电池（12）的操作。旁路电路（60）操作燃料电池（12）直到燃料电池（12）温度达到或者超过冻结-安全温度从而防止燃料电池（12）产物水在燃料电池催化剂（26，40）中及附近变成冰。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池，其适合用于运输车辆、移动电站、或如固定电站，以及本专利技术特别是涉及用于最小化有关燃料电池水冻结问题的燃料电池电站操作系统。
技术介绍
燃料电池是众所周知的，并且通常被用于从包含还原液态燃料(reducingfluid fuel)的氢和包含氧化剂反应物流的氧产生电功率以向诸如发电机和运输车辆这样的电气设备供电。在现有技术的燃料电池中，使用质子交换膜(proton exchangemembrane, “PEM”)作为电解质是已知的。如众所周知的，在阳极催化剂层处形成的质子穿过电解质移动到阴极催化剂层，而电子移动穿过电路来给负载供电。当电子完成该电路回到燃料电池时并且当氧化剂经过阴极催化剂附近时，在阴极催化剂处形成燃料电池产物水(fuel cell product water)。使用这样的燃料电池来给运输车辆供电必要地包括许多起动-停止循环，其中的一些会发生在低于冰点的环境条件中。一般，在PEM燃料电池中的燃料电池产物水至少部分地被再循环，或被利用以使膜与水化合，以使反应物流湿润，以从膜电极组装(membraneelectrode assembly, “MEA”)去除热，以支持燃料重整器，以及为了其他众所周知的目的。在低于冰点的环境条件中，燃料电池水的冻结可能阻塞引导反应物流穿过燃料电池的流动路径(f 1w path ),从而破坏燃料电池性能。 最小化燃料电池产物水的冻结问题的努力包括使用复杂的和昂贵的燃料加热器(fuel fired heater),使用来自燃料电池电站电池组(battery)的寄生功率(parasiticpower)的电加热器，冷却水流动流内复杂的防冻解决方案，等等。排他地依赖在燃料电池的启动时由操作燃料电池所生成的热以防止燃料电池产物水冻结和阻塞反应物流流动通道(flow channel)也是已知的。这样的启动常常被称作“辅助程序启动”(boot strapstart-up)，因为燃料电池本身提供其自己的热用于防止在启动期间产生的燃料电池产物水的冻结。然而不幸地，当环境条件极端冷的时候，或者当燃料电池在低于冰点的环境条件中只被操作短的持续时间(诸如，2-3分钟或者更短的车辆操作)时，在启动时生成的燃料电池产物水可能在阴极催化剂层的孔隙内和在邻近阴极和/或阳极催化剂层的反应物流动孔隙或通道内保持在低于冰点的条件。于是这样低于冰点的燃料电池水可能冻结和阻塞或限制气态反应物流到燃料电池催化剂的通路。这是特别棘手的问题，如果燃料电池供电的车辆经历一次或更多中止的起动(aborted start)的话，其意味着操作者发起燃料电池停止运转，一般通过在燃料电池达到冻结-安全(freeze-safe)操作温度之前在燃料电池启动过程期间关断燃料电池开/关转换设备(on/off switching device)。这可能由于正常车辆操作境况的各种典型原因而发生，诸如操作者返回到住处内去取遗忘的物项，非常短的旅程，诸如去邻居的住处，等等。于是冻结的燃料电池水通过阻止和/或严重限制邻近燃料电池催化剂、尤其是邻近阴极催化剂的反应物流的流动，可能相当大地妨碍在低于冰点的环境条件中启动燃料电池时的后续努力。关键点或主要问题是当电站由于其操作环境不适宜停止运转时，电站停止运转信号被发送到电站控制器。
技术实现思路
本公开是用于在低于冰点的环境条件中启动燃料电池的燃料电池电站操作系统。该系统包括燃料电池，用于引导氧化剂和燃料反应流通过燃料电池以生成电流并且通过负载电路向主要负载提供电流。系统控制器控制燃料电池的操作以及向操作电路传送控制信号，该操作电路被固定(secured)在与系统控制器和燃料电池及在系统控制器和燃料电池之间的通信中，用于控制燃料电池的操作，包括通过控制通过燃料电池的反应物流的流动。温度传感器被固定在燃料电池上，用于感测邻近燃料电池的电解质的温度，并且温度传感器将所感测的温度传送给系统控制器。开/关转换设备被固定在与系统控制器和操作电路及在系统控制器和操作电路之间的通信中，并且选择性地允许操作电路来操作燃料电池。开/关转换设备旁路电路(by-pass circuit)被固定在与系统控制器和操作电路及在系统控制器和操作电路之间的通信中，用于在开/关转换设备被关断并且温度传感器感测到燃料电池温度低于预定的冻结-安全操作温度时，选择性地允许操作电路来操作燃料电池。为了此处的目的，短语“开/关转换设备”指的是任意转换设备、信号、能够将指令传送给系统控制器以选择性地启动和停止运转燃料电池的通信设备或方法。通过允许燃料电池的操作，开/关转换设备旁路电路允许燃料电池生成足够的热以将燃料电池催化剂层内和其附近的燃料电池水保持在液态形式直到燃料电池温度达到预定的冻结-安全操作温度为止。在该温度，燃料电池将达到了液态和气态燃料电池产物水的可接受的平衡。升高的温度将帮助液态水从阴极催化剂及其附近蒸发，并且于是水蒸气将和氧化剂反应物流一起移出燃料电池。同时地，升高的燃料电池温度将融化在气体扩散层的孔隙内冻结的燃料电池水，所述气体扩散层扩散邻近催化剂的反应物流的流动。在冻结-安全操作温度，燃料电池可能被停止运转，而没有在催化剂层的孔隙内和/或在邻近的反应物流动路径内形成 不可接受水平的破坏性冰。在开/关转换设备旁路电路受控制的燃料电池操作期间所产生的燃料电池电流可以被引导通过旁路电路至诸如燃料电池电池组(fuel cell battery)、加热器的辅助负载(auxiliary load),或者仅仅至诸如散热器等等的电阻性负载(resistive load)，而不是至主要负载(例如，车辆发动机)。因此，本公开的一般目的是提供用于在低于冰点的环境条件中使用的燃料电池电站操作系统和方法，其克服现有技术的缺陷。更特定的目的是提供用于在低于冰点的环境条件中使用的燃料电池电站操作系统和方法，其最小化在燃料电池电站启动过程和后续燃料电池电站操作期间有关燃料电池产物水冻结的问题。当结合附图阅读下列描述时，本公开的这些和其他目的和优点将变得更加显而易见。附图说明图1是依照本公开而构造的用于在低于冰点的环境条件中使用的燃料电池电站操作系统和方法的简化示意表示。图2是判定流程图，表示了依照本专利技术的用于在低于冰点的环境条件中使用的燃料电池电站操作方法。具体实施例方式详细地参考附图，在图1中示出了用于在低于冰点的环境条件中操作电站的燃料电池电站操作系统的简化示意表示，并且通常由参考数字10指定。燃料电池电站系统10包括燃料电池12，用于引导氧化剂和燃料反应物流通过燃料电池12以生成电流并且通过负载电路14和主要负载转换设备15向诸如电动机的主要负载16提供电流。燃料电池12包括氧化剂源18，用于存储并且引导氧化剂反应物流通过被固定在氧化剂吸入管路(oxidant inlet Iine>20上的氧化剂鼓风机19和氧化剂吸入阀22进入阴极流场(cathodeflow field) 24用于引导氧化剂反应物流以经过阴极催化剂26附近并且通过阴极排出管路(cathode exhaust line) 28和被固定在管路28上的阴极排出阀30从阴极流场24出来。燃料电池12也包括燃料源32，用于存储和引导富氢反应物流通过燃料吸本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：T帕特森，P巴德里纳拉亚南，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：
国别省市：
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