專利名稱：對流轉換式燃料電池系統中的氮分數的控制的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及確定和調節在處于運行中的燃料電池中積聚的氮 的濃度，特別是，本發明涉及對流轉換式燃料電池系統的陽極回路中 的氮的泄放進行的控制，且更特別是，本發明涉及簡化用于流轉換式(flow shifting)陽極流徑的泄放算法以便使穩定的平均燃料電池堆 電壓最大化，同時使氮泄放過程中的氫損失最小化。
背景技術：
在典型的燃料電池系統中，氫或富氫氣體通過流徑被供應至燃料 電池的陽極側，而氧(例如以大氣氧的形式存在的氧)通過獨立的流 徑被供應至燃料電池的陰極側。在被稱作質子交換膜(PEM)燃料電池 的一種形式的燃料電池中，以膜的形式存在的電解質被夾在陽極與陰 極之間以便產生通常被稱作膜電極組件(MEA)的層狀結構。每個膜電 極組件形成了單個燃料電池，且多個這種單個燃料電池可組合形成燃 料電池堆，從而增加電池的功率輸出。多個電池堆可被聯接在一起以 便進一步增加功率輸出。特別適宜的一種燃料電池構型被稱作流轉換式燃料電池系統.在 這種系統中，兩個(或多個)燃料電池堆具有其相應的氫(或其它燃 料)的流徑，所述流徑被串聯地彼此流體聯接以便使得允許燃料流至 每個燃料電池堆并從所述每個燃料電池堆流出的孔口可根據被轉換的 燃料的流向而既被用作燃料入口也被用作燃料出口。該系統得名于位于兩個燃料電池堆之間的以串聯管道的形式存在的陽極流徑，原因在 于燃料在燃料電池堆之間以半封閉筒形模式往復流動。通過這種方式，當其中 一個燃料電池堆的陽極流徑將燃料接收進入陽極流徑內時，另 一燃料電池堆可被封閉(即，端部被閉塞)以便防止已經通過燃料電 池堆的燃料泄露出來。在特定時間之后，閥或相關流操控裝置的組合 導致流向產生切換，且兩個燃料電池堆所起的作用被反轉，以使得反 應劑從第二燃料電池堆流出并首先流入目前處于端部閉塞狀態的燃料電池堆內。通過這種方式，燃料在兩條陽極流徑之間往復穿梭流動，而新鮮的燃料可被添加到并未處于端部閉塞狀態的燃料電池堆中.流 轉換式燃料電池系統要優于其它燃料電池系統方案如基于陽極流徑再 循環的系統，原因在于盡管二者都可用于改進陽極流徑和電解質的水 合，但基于再循環的系統是通過再循環泵和其它重栽部件實現的，所 述再循環泵和其它重載部件除了增加了系統的成本、重量和復雜性以 外還可能產生磨損，由此使得需要更多地關注系統的維護.此外，利 用這種泵需要功率(如電功率)源，所述功率源是由燃料電池的運行 而提供的，而使得降低了總的系統效率。對于橫穿膜使氫與空氣進行反應的大多數膜電極組件燃料電池系 統而言，流轉換式燃料電池系統的運行導致陰極流徑中存在的氧被耗 盡，留下了未反應的氮。這種氮擴散穿過單獨的燃料電池的膜并進入 陽極流徑內的過程有助于氫燃料的稀釋。在相對封閉的陽極流徑內發 生的這種氮積聚可能導致燃料電池堆電壓的降低，這進一步降低了功 率輸出和燃料電池堆效率。為了改善氮稀釋的效應，泄放閥被置于每 個燃料電池堆的陽極流徑內以便排出或吹掃出其中的富氮氣體。 一種 實現方式是進行恒常的泄放，這使得泄放閥有必要總是在打開與關閉 狀態之間輪替。然而不利的是，這是非常低效的且還會將要不然有用 的氫燃料排出。在另一種方案中，閥以選定的間隔周期性地打開以便 允許將氮和其它反應副產物排到大氣中而不會由于在該連續方案中進 行恒常的打開和關閉而帶來低效率，然而，該方案的不利之處在于如 果在泄放閥被打開之前經過了太長時間，則可能由于出現不可允許的 低濃度的氫而導致出現不穩定的運行狀態。有可能采用基于預先性(即預測性)觸發器的方案，所述方案會 將該進行泄放的時間通知給系統。這種觸發器會在出現不利的性能或 運行性能如在運行過程中的電壓降低之前啟動泄放順序，預先性觸發 器的 一 個實例可能是對有多少氮積聚在燃料電池堆之間進行預測的氮橫穿模型(nitrogen crossover model)。例如，如果模型預測表明 在燃料電池堆之間存在81%的氫，且開始泄放的閾值為80%,則可以觸 發泄放直至模型預測值從81%降至80%。這一過程將在任何的燃料電池 堆電壓隨著轉換時期而開始出現振蕩之前預先發生。該方案的不利之 處在于存在固有的預測不確定量，特別是當燃料電池堆發生老化且出 現了允許產生更嚴重的橫穿的微孔時情況更是如此。預先性觸發器的又一實例實施了通過固定孔的恒常泄放，其中可估計氮橫穿速率；泄放孔的尺寸適于使泄放速率等于橫穿速率.該方 案的優點在于較為簡單(原因在于不需要閥)，但同樣受到上面提到 的相同問題的困擾，即當氮橫穿速率隨著時間而改變(例如由于燃料 電池堆中出現針孔)時，該孔可能太小以至于無法足夠迅速地排出積 聚的氮而跟上橫穿速率。在另一種將該進行泄放的時間通知系統的預先性方案中， 一個或 多個直接氫測量傳感器(如熱導率傳感器)可被置于燃料電池堆之間， 然而，不利的是，陽極流徑構成了苛刻的濕環境，且找到一種在這種 環境下還能可靠、迅速且準確地運行的直接氫測量傳感器是困難且昂 貴的。即使采用這種系統，仍希望能具有后備性能。因此，所希望的是，流轉換式燃料電池系統能提供運行性能的改 進，這種改進是通過使用使系統復雜性和對效率的影響最小化的泄放 閥而可能實現的。進一步希望的是，系統從陽極流徑中除去氮的同時 使對未使用氮的吹掃最小化。更進一步希望的是，系統和運行方法并 不依賴于預測模型，而是采用燃料電池堆性能的實際反饋。又一步希望的是，這種方案使得相對而言不易產生由于老化(aging)或相似因 素而造成的燃料電池堆性能變化。發明內容披露了一種流轉換式燃料電池系統和運行所述系統的方法'根據 本發明的第一方面，描述了一種運行燃料電池系統的方法。所述系統 包括第一燃料電池堆和第二燃料電池堆，其中每個燃料電池堆由多個 單獨的燃料電池構成.所述單獨的燃料電池中的每個單獨的燃料電池 進一步由陽極、陰極和設置在所述陽極與陰極之間的膜構成.陽極流 徑和陰極流徑將位于所迷第一燃料電池堆和所述笫二燃料電池堆中的料源和氧源。所述陽極流徑使所述第一燃料電池堆與所述第二燃料電 池堆流體相連以便允許存在于所述陽極流徑內的燃料在所述第 一燃料 電池堆與所述第二燃料電池堆之間往復循環. 一個或多個泄放閥被流 體聯接至陽極流徑，而一個或多個傳感器被連接以便測量作為整體的 所述燃料電池堆中的電壓或位于所述燃料電池堆內的單獨的電池中的電壓。所述方法包括將燃料引入所述陽極流徑內以使得所述燃料沿第 一方向流動通過所述燃料電池堆、將氧引入所述陰極流徑內、檢測與 所述系統的運行相關聯的至少一個電壓差、使通過所述陽極流徑的燃 料流反向流動以使得所迷燃料沿第二方向流動通過燃料電池堆、將所 述檢測到的電壓差與所述陽極流徑中的燃料濃度進行關聯、并且操控 所述一 個或多個泄放閥以便允許存在于所述陽極流徑中的流體的至少 一部分被排出。在本文中，所述第一燃料流向和所述第二燃料流向對所述燃料進行的基本上往復的運動。 一般而言，所述第一方向與所述 第二方向是彼此相對的。本領域的技術人員還應該理解的是，所述陽極路徑內氫濃度的降低等效于氮濃度的積聚，原因在于氫從所述流徑 中消耗的過程和氮擴散進入所述流徑內的過程是大體上同時發生的.在燃料電池的運行過程中，氮的水平在所迷陽極路徑中逐漸積聚， 新鮮的氫在運行的每半個運行周期期間被引入所述燃料電池堆中的一 個燃料電池堆或另一燃料電池堆內。通過這種方式，接收到了新鮮燃 料的注射的燃料電池堆將顯示出平均電池電壓的升高，而位于遠端的 燃料電池堆的平均電壓則會降低。當下半個周期開始從而使得流向的 轉換被反轉時，先前處于遠端的燃料電池堆現在將接收新鮮的氫，而 先前接收燃料的燃料電池堆將處于遠端。在該第二半個周期期間，接 收燃料的燃料電池堆的平均電池電壓升高，而現在處于遠端的燃料電 池堆的平均電池電壓則降低。在本文中， 一個完整的陽極流徑運行周期對應于氫或氫/氮組合往復(即沿所述第一方向和所述第二方向中的 每個方向)流動一次。這種周期性運行被重復.這些測得的電壓振蕩 的大小可與流動通過所述陽極流徑的流體中的氫濃度進行關聯，這種 關聯可能形成控制所述系統的基礎，所述關聯式的實例可能包括改變 所述一個或多個泄放閥的工作周期，所述一個或多個泄放閥可以是簡 單的開/閉閥或者比例閥(即，允許獲得從完全關閉至完全打開的打開 范圍的閥)。所述系統可進一步包括可與所述一個或多個傳感器和所 述一個或多個泄放閥協同作用的控制器。通過這種方式，所述控制器 在所述檢測到的 一個或多個電壓與所述陽極流徑中的所述燃料濃度之 間實施所述關聯，從而確定是否已經實現了所述閾值的獲得。所述控 制器還可被構造以便監控其它系統參數(如系統負栽)，所述其它系統參數可被用于確定何時達到了特定電壓差閾值。通過這種方式，可 使得所述電壓差閾值取決于其它系統參數以便進一步調整所迷一個或 多個泄放閥的打開和關閉順序。在一個優選實施例中，檢測到的電壓信號與所述陽極流徑中的燃 料濃度之間的關聯性借助于公式或相關算法被表示于所述控制器中， 所述公式或相關算法可響應于輸入所述控制器內的檢測到的電壓信號 參數而計算出適當的氫濃度.在另一優選實施例中，檢測到的電壓信 號與所述陽極流徑中的燃料濃度之間的關聯性借助于查詢表或儲存相 關數據的儲存裝置中的值而被表示于所述控制器中。在一種形式中， 所述電壓檢測可包括大體上同時地檢測對應于所述第一燃料電池堆和 所述第二燃料電池堆中的每個燃料電池堆的電壓(這包括檢測相應的 電壓以便可確定所述第一燃料電池堆和所述第二燃料電池堆中的每個 燃料電池堆內的平均電壓)。在另一種形式中，所述電壓檢測可包括 檢測其中一個所述燃料電池堆內的多個電壓，從而使得可確定該燃料 電池堆內的平均值或者可確定該燃料電池堆內的高電壓或低電壓。在 又一種形式中，所述電壓檢測可包括在不同時間檢測燃料電池堆內的 單獨的電池的電壓，從而使得可確定該電池內的高電壓和低電壓。在本文中，術語"大體上(substantially)"指的是，盡管元件或特征 的布置在理論上預期會呈現出準確的相應性或行為，但在實際的實施 過程中可能會比準確值略小。因此，該術語指的是在不會導致所關注 的主題的基本功能有所變化的情況下數量值、測量值或者其它相關表 示方式與規定參考值相比可能具有的差異程度.所述傳感器檢測和傳 輸所述檢測到的信號的方式可能根據所述控制器的需要而有所變化， 例如，可采用多種采樣模式如"采樣與保持"以便檢測在流轉換過程 中出現的電壓振蕩。由于可通過所述控制器調節所述泄放閥的打開和 關閉，因此所述控制器可利用采樣與保持的結果來選取出電壓振蕩中 的最高點和最低點。本領域的技術人員應該意識到，可對所述控制器 進行編程(如果需要的話)以便選取出振蕩電壓的其它運行點。還應 該意識到，電壓的采樣和流的切換可同步進行，這提供了強大且相對 可預測的反饋。在另一種形式中，可使電壓的采樣隨機化。使測量值 通過濾波器(如低通濾波器)可能是將這些值傳送給所述控制器的一 種適宜的方式。操控所述一個或多個泄放閥的過程的部分過程可包括在經過了特 定的時間量之后關閉所述閥。例如，所述時間可對應于工作周期，如 一個完整的陽極流徑運行周期的持續時間(所述持續時間的長短可能 是幾秒)，或所述時間可對應于與測得的電壓差(例如介于兩個燃料 電池堆之間的電壓差、或介于單個燃料電池堆內的高值與低值之間的 電壓差、介于每個燃料電池堆內的平均值之間的電壓差、或介于單個 燃料電池內的高值與低值之間的電壓差)的大小成比例的所經過的時 間。通過實例的方式，所述電壓差閾值可以是燃料電池堆電壓的絕對 值(以伏特表示或者其一部分)或百分數，且可能受到其它因素如系 統負載的影響。這種方案可相似地用于利用單個泄放閥的情況下，其中所述閥可被流體(fluidly)設置在所述第一燃料電池堆與所述笫二 燃料電池堆之間。所述一個或多個泄放閥可被設置為三通閥(在所述 情況下，所述三通閥還可被運行以便允許將燃料引入陽極流徑內)， 或被設置為兩通閥，在所述情況下，所迷系統還可包括獨立的燃料注 射閥。此外， 一個或多個泄放閥可被置于所述兩個燃料電池堆之間。 閥可以是簡單的開/閉閥或者可以是比例閥。根據本發明的另一方面，披露了一種燃料電池系統，所述燃料電 池系統包括第一燃料電池堆、第二燃料電池堆、被構造以便將氧化劑 傳輸至所述第一燃料電池堆和所述第二燃料電池堆的陰極流徑、被構 造以便被連接在所迷第一燃料電池堆與所述第二燃料電池堆之間從而 使得存在于所述陽極流徑內的燃料在所述第一燃料電池堆與所述笫二 燃料電池堆之間往復循環的陽極流徑、被流體聯接至所述陽極流徑的一個或多個泄放閥、被構造以便測量電壓差的一個或多個傳感器、以 及控制器，所述控制器可與所述燃料電池堆和所述一個或多個傳感器 協同作用以便在接收到對應于超過預定值的檢測到的電壓差的一個或 多個信號時，所述控制器對所述一個或多個泄放閥發出指令以便允許 吹掃出停留在所述陽極流徑內的流體的至少一部分。可選的方式是，所述預定值包括代表所述陽極流徑內的流體的氫 濃度的值。更特別地，所述代表氫濃度的值以可由所述控制器存取的 方式，例如通過儲存在只讀存儲器或類似裝置中的內置公式或算法、 查詢表而被儲存。在特別的可選方式中，還披露了由在此所迷的燃料 電池系統提供動力的車輛。在這種車輛中，所述燃料電池系統用作原動力源。根據本發明的另一方面，披露了一種流轉換式燃料電池系統.所 述系統包括笫一燃料電池堆和第二燃料電池堆，每個所述燃料電池堆 具有至少一個傳感器和多個單獨的燃料電池.如前所述，單獨的燃料 電池中的每個單獨的燃料電池可由陽極、陰極和設置在所述陽極與所 述陰極之間的膜構成，陰極流徑被用于將含氧流體(如空氣)傳送至 所述第 一燃料電池堆和所述第二燃料電池堆，而陽極流徑被連接在所 述第一燃料電池堆與所述笫二燃料電池堆之間且被用于將所迷兩個燃 料電池堆流體聯接在一起。在該構造中，存在于所述陽極流徑內的含 氫流體以流轉換的模式在所述第一燃料電池堆與所述第二燃料電池堆 之間往復循環。所迷系統進一步包括被流體聯接至所述陽極流徑的一 個或多個流操控裝置，而控制器被包括在內，所述控制器與所述燃料 電池堆存在信號通信，以使得在所述控制器接收到對應于檢測到的電 壓差的信號時，所述控制器對所述一個或多個流操控裝置發出指令以 便允許吹掃出停留在所述陽極流徑內的流體的至少 一部分。所述檢測 到的電壓差是介于所述燃料電池堆或者介于所述燃料電池堆中的至少 一個燃料電池堆內的多個單獨的電池中的至少兩個電池之間的超出了 預定值的電壓差。可選的方式是，所述一個或多個流操控裝置可以是一個或多個泄 放閥。在另一種特別的可選方式中，所述檢測到的差別由檢測到的電 壓差構成。更特別地，所述檢測到的電壓差可由介于所述笫一燃料電 池堆與所述第二燃料電池堆之間的平均電壓差、介于每個燃料電池堆 內的單獨的燃料電池之間的電壓差、或者表示含氫流體內氫濃度降低 的一些其它電壓差構成。所述一個或多個流操控裝置可以是一個或多 個三通閥，通過這種方式，可通過所述閥控制從所述陽極流徑進行的 泄放以及向所述陽極流徑內進行的燃料注射。同樣，所述一個或多個 流操控裝置可由兩通閥構成。
在結合下列附圖進行閱讀的情況下能夠以最佳方式理解對本發明進行的下列詳細描述，其中相似的結構由相似的附圖標記表示且其中 圖1示出了被構造而應用于車輛中的包括燃料電池堆的燃料電池系統的框圖；圖2示出了用于構成圖1所示的燃料電池堆的代表性的單個燃料 電池；圖3示出了包括兩個燃料電池堆的流轉換式燃料電池系統的示意圖；圖4示出了檢測到的電壓值與流轉換式燃料電池系統的陽極流徑 中氫濃度的降低之間的關系，其中泄放閥并未工作；圖5示出了流轉換式燃料電池系統的陽極流徑中氫濃度的降低， 其中泄放閥被打開；和圖6示出了采用本發明的流轉換式燃料電池系統的車輛。
具體實施方式
首先參見圖1和圖6,其中的框圖突出地顯示出了根據本發明的 汽車燃料電池系統l的主要部件(圖1),以及應用于汽車內的燃料電池系統的代表性布置(圖6)。特別地參見圖1，系統1包括由燃料源 100A和氧源100B構成的反應劑輸送系統100、燃料處理系統200、包 含多個燃料電池300的燃料電池堆3000、 一個或多個可選的能量貯存 裝置400、動力傳動系統500和被象征性地視作輪子的一個或多個動力 裝置600。燃料源100A或氧源100B的其中之一或者兩者可由罐或相關 容器提供，且可選地可由壓縮機或相關的泵加壓。盡管圖中示出的目 前的系統1是應用于汽車中的(例如用于車輛中的)，但本領域的技 術人員應該意識到，所使用的燃料電池堆3000及其附屬設備同樣可應 用于固定的應用情況中.燃料處理系統200可被包括在內以便將原燃料如甲醇轉換成用于 燃料電池300中的氫或富氫燃料；其它方式是，在燃料源100A已經供 應了大體上純的氫的構型中，可能不需要燃料處理系統200。能量貯存 裝置400可以一個或多個電池組、電容器、電能轉換器或甚至是用于 將來自燃料電池300的電流轉換成機械功率例如可用于運行動力傳動 系統500和一個或多個動力裝置600的旋轉軸功率的馬達的形式存在， 如上所述，能量j^存裝置400是可選設置的；因此，所述能量貯存裝 置對于系統1的運行而言并不是必須的且可^^除去而用某些構型替換。接下來參見圖2，燃料電池300包括陽極310、陰極330和設置在陽極310與陰極330之間的電解質320。在優選構型中，燃料電池300 是質子交換膜燃料電池，且盡管本發明特別地可應用于質子交換膜燃 料電池，但對于本發明而言，使用其它燃料電池構型也在本披露內容 的范圍內。陽極310包括基本上多孔的電極基板312 (也被稱作擴散層) 和被連接至陽極流徑316的催化劑層314。陰極330包括基本上多孔的 電極基板332 (也被稱作擴散層)和被連接至陰極流徑336的催化劑層 334。基板312、 332、催化劑層314、 334和電解質320 —起限定出膜 電極組件350。陽極流徑316和陰極流徑336 (所述陽極流徑和所述陰 極流徑可例如被成形為雙極板(未示出)中的溝槽)與其相應的陽極 和陰極接觸以便允許輸送適當的反應劑。燃料(通常以氣態氫的形式 存在)與位于陽極310的催化劑層314上的催化劑(如鉤或相關的貴 金屬)接觸。所進行的氫燃料的電化學氧化被認為是在催化劑的促進 作用下進行的離解吸附反應。在陽極310處產生的帶正電的氫離子(質 子)隨后通過電解質320以便與在陰極330處產生的帶負電的氧離子 進行反應。由于燃料的離子化而釋放出的離子流形成了通過可包括能 量貯存裝置或其它負載400的外部電路的電流，從而使得可轉動馬達 或相關的電流響應裝置。接下來參見圖3至圖5，所述圖包括示出了兩個燃料電池堆3000A 和3000B之間的關系的示意圖，所述兩個燃料電池堆一起構成了流轉 換式燃料電池系統1中的燃料電池堆3000，以及示出了氫濃度與象征 系統中的燃料電池堆電壓之間的關系的曲線圖.盡管燃料電池堆3000A 和3000B可象征性地被分別稱作第一燃料電池堆和第二燃料電池堆， 但流轉換系統1的本質使得本領域的技術人員將易于理解，這種標記 只是相對的，且會隨著每半個周期的流向轉換而產生變化。在該構型 中，將燃料電池堆3000A.與3000B之間的電壓差與預定閾值電壓(所 述預定閾值電壓例如作為數據被儲存在控制器2000中)進行對比以便 決定何時運行泄放閥3500A、 3500B的其中之一或者兩者。通過這種方 式，電壓差用作反應性(而不是預先性)泄放觸發器，可通過從燃料 電池堆3000A和3000B中的任一燃料電池堆內的最大電池電壓中減去 最小電池電壓以便計算出適當電池內的電壓差范圍而獲得第二反應性 泄放觸發器。該電壓差范圍隨著氮濃度的升高而增加.本發明人觀察 到，在模型流轉換系統上實施的試驗過程中，在氫分數與兩個燃料電池堆的電壓之間的電壓差之間存在一定關系。特別地，當電壓差相當 高時，所述電壓差與陽極流徑中的氫濃度所產生的相當大的降低相關聯。特別地參見圖3,泄放閥3500A、 3500B被構造成三通閥。通過這 種方式，它們可借助于既實現泄放功能又實現燃料注射功能而降低部 件的重復性，例如，在笫一位置處，閥3500A、 3500B將會允許新鮮氫 流從燃料供應裝置100A流向位于閥下面的陽極流徑3100的雙相部段。 在第二位置處(在所迷位置處并不進行泄放)，閥可對所述流進行閉 塞從而使得被連接至閥的所有三個部段彼此流體地脫開連接。在第三 位置處，閥將允許流從陽極流徑3100的雙向部段流向泄放部段(被視 做水平導管)。如上所述，兩個閥3500A、 3500B的打開和關閉通常順 序地發生而不是在兩個閥中同時發生。在另一種可選實施例(未示出)中，可獨立地實現氫注射功能和 泄放功能，從而使得代替采用一對三通閥的方式的是，可使用四個兩 通閥，在這種構型中，注射閥將會排除泄放進入上游部分內的可能性， 所述注射閥的上游具有高壓力，通常優選的方式是，避免打開位于接 近處于運行中的燃料供應閥的位置處的泄放閥，原因在于該泄放閥的 打開會吹掃出大體上純的氫而不是預期的混合物。因此，盡管被置于 燃料電池堆之間的泄放閥可持續地處于打開狀態，但被置于接近燃料 供應閥的位置處的泄放閥則需要以交替方式運行，這既與泄放閥彼此 相關也與位于接近所迷泄放閥的位置處的燃料供應閥相關。利用三通 閥以便既進行燃料供應又進行泄放將確保有意地實現所希望的搮作. 在這種情況下，該系統將需要獨立的導管和成套的閥以便促進沿適當 方向的壓力差。例如，兩通燃料注射器閥可被連接至燃料供應裝置， 而獨立的兩通岡可被置于泄放部段上。在運行中，第一位置將包括使 一組兩通閥被設置以便使泄放部段被關閉且燃料供應部段被打開。在 第二位置處，泄放部段和燃料供應部段將都被關閉，而在第三位置處， 泄放部段將被打開，而燃料供應部段將被關閉。在這種構型中，用于 將燃料注入燃料電池堆內的閥可被構造成位于陽極入口單元內的閥 組，而兩個組群的閥可交替地被聯接至燃料供應裝置(例如通過分配 歧管或類似裝置)。當通過陽極流徑的燃料流經過其半個周期中的每 個半個周期時，該流可通過所述閥組內的組群中的一個組群或另一組 群.陽極入口單元可包括用于每個燃料電池堆的多個燃料注射器；這種對于每個燃料電池堆利用多個閥的方式增加了改變所需氫流速范圍 的柔性。例如，如果三個注射器被用于每個燃料電池堆，則一個注射 器可被調整為達燃料電池堆的最大功率輸出的約三分之一。還可容許出現中等的功率電平；例如，如果需要半功率設置，則一個注射器將 被完全打開而第二注射器將是半開的。可編程的邏輯控制器或其它處 理單元可被用于提供必要的閥打開和關閉邏輯。所有這種控制功能都 可被整合在控制器2000內作為可實施軟件或固件程序的步驟的模塊. 這種模塊的實例可包括儲存模塊(例如查詢表或儲存相關數據的儲存 裝置)、連接模塊、處理器或邏輯模塊、以及其它模塊。本領域的技 術人員應該意識到，用于打開和關閉泄放閥3500A、 3500B的多種控制 模式可被包括在控制器2000內，這包括模糊邏輯、比例積分微分(PID) 或類似模式。盡管如圖所示， 一對泄放閥3500A和3500B被置于陽極流徑3100 的上部部分中，但是本發明的系統1還可采用被置于介于兩個燃料電 池堆3000A與3000B之間的陽極流徑3100的下部部分中的單個泄放閥。 在這種構型中，吹掃或泄放運行可恒常地發生，盡管如此，使閥短暫 地間歇打開也可能是有利的。該變型提供了比采用兩個泄放閥3500A、 3500B的上述方案更為優越的簡單性。陽極流徑3100限定出在第一組孔口 (被象征性地示作位于燃料電 池堆3000A、 3000B中的每個燃料電池堆的下左部處)之間且在第二組 孔口 (被象征性地視作位于燃料電池堆3000A、 3000B中的每個燃料電 池堆的上右部處)之間進行延伸的連續環路。用于描述空間位置的這 些各個術語，如"上部"、"下部"和相似術語并未以受限方式被構 造，而僅是為清晰起見用于描述在此所述的本發明的實例和實施例. 例如，應該意識到，就取向而言，燃料電池堆和其它部件可圍繞一個 或多個軸進行旋轉，從而使得對于上部和下部部件部分的定義僅僅是 觀察角度的問題，而并不旨在有損于整體構型，在運行中，氫借助于泵1000而從燃料源100A被泵送入上部部分 陽極流徑3100內'在另一可選實施例(未示出)中，泵1000可被加 壓燃料源如加壓氫罐代替。在任一種形式的燃料供應裝置中，且根據 閥3500A、 3500B中的哪一個閥被打開，氫流至燃料電池堆3000A、 3000B 中的一個燃料電池堆或另一燃料電池堆的陽極'如上所述，在陽極流徑流轉換系統中，陽極流的方向是往復振蕩的，從而使得所述陽極流 以半封閉的模式在燃料電池堆之間經過。燃料所進行的這種往復移動的證據可見于以雙向箭頭標記的陽極流徑3100的部分中。通過4吏閥中 的一個閥處于打開狀態而使另一閥處于關閉狀態，而產生了導致通過 陽極流徑3100的流成為串聯連續流的效應，這意味著盡管燃料通過陽 極流徑3100而流動通過燃料電池堆中的第一燃料電池堆，但另一燃料 電池堆中的關閉的閥對于所述流仍會起到閉塞端部的作用。例如，通 過任意的慣常方式，如果氫首先被引入被構造為燃料電池堆3000A的 臨時入口的孔口 3010A內，則閥3500A被打開以便允許將燃料引入燃 料電池堆3000A內。兩個燃料電池堆通過陽極流徑3100的下部部分而 實現的連接確保了一旦燃料已經通過燃料電池堆3000A,則其隨后將進 入并通過燃料電池堆3000B，其后燃料將通過被構造為臨時出口的孔口 3010B,其中閥3500B阻止了進一步的流動。在一種優選方案中，進入 第一燃料電池堆3000A的燃料的化學計量比為二，這意味著存在足夠 的氫來為兩個這種燃料電池堆提供充足的燃料。在燃料流循環的該笫 一部分中，第一燃料電池堆3000A接收大體上純的氫，而笫二燃料電 池堆3000B接收已經被從陰極流徑橫穿的但稀釋的氫。這導致在第一 燃料電池堆3000A中產生的電壓高于由第二燃料電池堆3000B產生的 電壓。在特定時期(例如幾秒)之后，向燃料電池堆3000A內進行的 氫供應被關閉，該氫供應現在被切換至燃料電池堆3000B。這導致產生 了回流(即流轉換)，從而使得現在第二燃料電池堆3000B獲得純氫， 導致其電壓上升，而笫一燃料電池堆3000A的電壓則由于氮含量的增 加而下降。盡管如前所述可以在任何時間對燃料電池堆電壓進行采樣，但由于兩個電池堆之間的電壓差在產生這種流向變化之前不久時是最 大的，因此這形成了對燃料電池堆電壓進行采樣的適宜時間.例如， 可以更高的頻率或甚至幾乎連續地采集電壓樣本.在調整采樣時間以 便與特定的振蕩周期一致的情況下，可利用前面提到的"采樣與保持" 方案來檢測所希望的電壓測量值并將所述所希望的電壓測量值傳送給 控制器。在采樣與保持方案中，對燃料電池堆電壓(所述燃料電池堆 電壓根據轉換過程而隨時間振蕩，而電壓大小則對應于陽極子系統中 的氮濃度)之差的絕對值應用慢濾器。通過當實際值的符號改變且再 次達到最大大小時對電壓大小的儲存的最大測量值進行更新，而簡化了控制器的工作，原因在于其在如果電壓大小改變的情況下接收新輸 入值。在這種運行情況下，控制器不需要遵循電壓的振蕩。該測量值 還可恒常地與閾值進行比較并被允許在任何時間觸發泄放。如上所迷， 可以多種不同方式實施該測量。例如，該測量可基于第一燃料電池堆3000A與第二燃料電池堆3000B的電壓差的絕對值，或者可基于燃料電 池堆電壓的平均電壓差，或者基于燃料電池堆內的單獨的電池內的電 壓差，或者基于單個燃料電池堆內的最大電壓與最小電壓之間的電壓 差而進行。作為當超過閾值時觸發泄放運行的另一種可選方式，可利 用其它方案。例如，在以較高頻率發生泄放(例如進行連續或近似連 續的泄放)的情況下，兩個燃料電池堆3000A、 3000B中的電壓差可用 于改變在泄放閥3500A、 3500B的其中之一或兩者上的壓力差、改變泄 放閥3500A、 3500B的其中之一或兩者的打開、或者改變泄放閥3500A、 3500B的工作周期。基于燃料電池堆的電壓差，控制器2000確定了有多少陽極流徑氣 體(所述陽極流徑氣體現在是氫和氮的混合物)需要通過泄放閥3500A、 3500B被泄放出來以便保持陽極流徑3100中的適當的氫濃度，在一個 實施例中，可同時測量兩個燃料電池堆的電壓，其中如上所迷，這種 同時進行的測量可以是間斷的或大體上連續的。優選比流轉換頻率更 頻繁地進行該測量。此外，如上所述，其它構型可能允許進行其它的測量模式，如測量單個燃料電池堆內的電壓或甚至是測量燃料電池堆 內的單個單獨的電池內的電壓，氫/氮分數的預定閾值可被儲存在位于控制器2000中的以公式編程的邏輯裝置、查詢表或相關的存儲器裝置 中，且可被用于確定運行泄放閥的條件。如果來自陽極流徑3100的泄 放氣體在排氣混合過程中被混入陰極流徑3400的廢氣流中，則這些值 還可用于計算所需的空氣流。例如，處于易燃性方面的考慮，所希望 的是保持該廢氣流中的氫濃度低于給定界限且關于氫/氮比的信息可用 于確保這種氫濃度水平。通過運行目前的方案使得提高了燃料電池系 統1的效率，原因在于，通過獲知陽極氣體濃度而不是假設陽極氫濃 度消耗的最壞情況(即消耗了 100%)，將會減少從陰極流徑3400所需 要的空氣流。與依靠泄放閥3500A、 3500B的定時打開而并未考慮燃料 電池堆電壓輸出的試劑降低的方式相比，本方案更為有效。在這種非 優化的定時情況下，泄放閥可能在需要進行泄放之前就被打開，且隨之吹掃出要不然有用的氫，控制器2000 (可對所述控制器進行編程以 便包括下面將要進行更詳細地討論的本算法)確定出何時應該再次關 閉泄放閥3S00A、 3500B.該確定可考慮到從簡單到復雜的多種因素， 所述多種因素可全都被輸入控制器2000內。例如，簡單的方案可能向 閥發出指令以便使其僅在兩個燃料電池堆3000A與3000B之間獲得電 壓差閾值的情況下才會打開，在所述情況下泄放將持續下去直至測量 反饋值回復到低于該閾值以下的值。這種方式可能固有地產生簡短的 滯后時期從而確保時間的余量并產生適當的靜帶。本領域的技術人員 應該意識到，可利用其它參數實現閥的打開和關閉.特別地參見圖4和圖5，圖中示出了運行泄放閥給具有一對燃料 電池堆的象征性系統帶來的效應，每個所述燃料電池堆具有兩百個單 獨的燃料電池。在這兩個圖所示出的實例中，在燃料電池堆中的每個 燃料電池堆中同時進行電壓采樣，盡管如此，(正如較早所述)還可 采用其它采樣模式和其它燃料電池堆構型且也具有同等的可應用性。 圖4所示的三條曲線示出了在象征性的采樣間隔下的電壓趨勢以及陽 極流徑中相應的氫分數，其中在周期開始時進行泄放(以保持氫濃度 大體上恒定)，且在周期的中間階段(其中氫濃度是下降的)不進行 泄放，且在接近周期結束時(其中氫濃度再次增加)再次進行泄放. 在圖4所示的第一條曲線中，示出了由其中一個燃料電池堆產生的總 電壓。此處，可以看到，當燃料電池堆處于流轉換周期的上半階段時 電壓較高，且當燃料電池堆處于流轉換周期的下半階段時電壓較低。 振蕩周期與一個流轉換周期的持續時間相同。在第二條曲線中，新鮮 的氫被供應，從而導致檢測到的兩個燃料電池堆之間的電壓差幾乎瞬 間增加，其后電壓差呈現出振蕩模式。笫二條曲線還示出了在燃料電 池堆的順序被切換之前不久時上游燃料電池堆的高電壓電平與下游燃 料電池堆的低電壓電平之間的差別。以采樣與保持的方式處理該差別 從而將值提供給相關的控制算法直至進行接下來的評測，所述評測是 在就要進行隨后的操控氫供應閥之前進行的。在笫三條曲線中，陽極 流徑中的氫濃度可被視作是遵循了第二條曲線的電壓差趨勢。如果氮 的量非常低，例如在試驗的開始階段，則將與被供應給上游燃料電池 堆的氫濃度相似的幾乎純氫的氫濃度供應給下游燃料電池堆。因此， 燃料電池堆電壓基本上是相同的。經過一段時間后，被供應給下游燃料電池堆的燃料的氫濃度降低下來并導致下游燃料電池堆中的電壓更 低，這進一步導致相對于被供應了純氫的燃料電池堆產生了更大的電壓差。圖5示出了在啟動泄放過程之后的電壓差以及隨之的氫濃度。 在初始調節階段之后，其中在該初始調節階段中，電壓的響應時間需 要約4秒且氫濃度升高的時間需要約7秒，電壓差被最小化(通常在 本曲線圖中保持在約0.1伏特或接近約0.1伏特)并保持穩定。這遠 低于用于運行該象征性系統的電壓差閾值設定值；如果測量到大于閾 值的電壓差，則泄放算法可被構造以便持續額外的時間。在本實例中， 該過程持續13秒，但基于電壓差的穩定性，該持續時間可被縮短。觀 察到的第二個重要的方面在于，當發生泄放時，兩個燃料電池堆之間 的氫濃度通常增加。這與圖4所示的情況是相反的，在圖4中未發生 泄放且氫濃度是降低的。如上所述，可從查詢表或相關的收集儲存數據的收集裝置中獲得 氫濃度與電壓差的關系。基于檢測到的電壓來確定氫濃度的另一種方 案可通過可被編程入控制器的可編程邏輯控制器或相關裝置或模塊內的算法而實現。下列公式(所述公式是對于理想的流條件歸納出來的) 提供了電池電壓隨著陽極催化劑處的陽極氳分壓的降低而以何種方式 降低的觀點其中，,是法拉第常數(96,485 C/mo1)， W是摩爾氣體常數(8. 314 J/mol/K) , r是標準溫度(298. 15 K) , /是標準壓力(1. 0 bar ), ^是摩爾反應熵(J/mol/K) , r是溫度(K) ， R是電池開路電壓(V)， W是在標準條件下的電池開路電壓(V)且c"表示的是在催化劑處進 行的測量。如上所述，控制器2000與燃料電池系統1的各個部件連通以便控 制和協調它們的運行。例如，可使控制器2000與泵1000或另一加壓 燃料源(如燃料罐)連通以便控制被供應至燃料電池堆3000A、 3000B 的陽極反應劑流和陰極反應劑流。控制器2000還可用于實現其它燃料 電池功能，例如運行冷卻劑供應系統(未示出)。控制器2000還接收 來自傳感器S的信號以便與儲存的值進行比較。控制器2000進一步將控制(即打開或關閉)信號發送給閥3500A、 3500B以便確定流轉換以 及泄放閥的運行。例如，當傳感器S測量到兩個燃料電池堆3000A、 3000B 之間的電壓差低于規定閾值時(在兩個燃料電池堆之間進行電壓檢測 的構型中)，或當電壓差是介于單個燃料電池堆3000A或3000B之間 或者其中一個燃料電池堆內的單獨的電池300之間(在同一電池燃料 電池堆或同一電池內且在兩個不同時間處實施電壓檢測的構型中)， 這種值在與控制器2000中儲存的邏輯進行比較時可用于操控閥中的一 個或多個閥。控制器2000目前被示作單個控制器；然而，本領域的技 術人員應該意識到，還可使用一組多個分布式的控制器，所述多個分 布式的控制器的功用相互協調。在任何一種構型中，控制器2000可包 括提供了所需功能的一個或多個特定用途集成電路(ASICs)或相關模 塊。這種裝置可定義為可編程的邏輯控制器或其它處理單元。它們可 進一步包括共用、專用或集群處理器、配套電子電路和存儲器，上述 器件共同實施一個或多個軟件或固件程序，在這種情況下，上述公式 可形成算法的基礎，所述算法可被編程進入控制器2000內的特定用途 集成電路、模塊或其它邏輯裝置內并被上述裝置使用以便操控流轉換 時間、泄放閥打開和關閉指令或相似對象。傳感器S可被用于為控制器2000提供表示控制器2000采取的特 定行動的反饋。例如，傳感器提供了有關泄放閥打開對燃料電池堆 3000A、 3000B內的電壓所產生的影響的反饋。利用常規電壓傳感器的 其中一個優點是其固有的堅固性。代替利用直接氫測量裝置如熱導率 傳感器、質i普儀、氣相色譜儀或類似裝置(所述裝置是昂貴且相對脆 弱的，這兩個特征基本上無法與車輛或其它汽車應用相容)的方式是， 本發明可采用可在長時間的運行過程中承受高濕度和振動環境的傳感 器S。盡管如圖所示的傳感器S被連接至燃料電池堆3000A和3000B中 的每個燃料電池堆以便測量其中的電壓值并將表示檢測到的參數的信 號沿一條或多條信號載線傳送給控制器2000，但這些傳感器還可被設 置在燃料電池系統1中的其它位置處以便測量和傳送適當的信號.一 個實例可以是被構造以便測量泄放閥3500A、 3500B的打開程度的傳感 器。如前所述，當控制器2000檢測到低于預定范圍的電壓差值時，控 制器2000可打開泄放閥3500A、 3500B以便降低陽極流徑3100中的氮分數。在圖3所示的雙燃料電池堆構型中，通過將第一燃料電池堆3000A 中的電壓讀數與第二燃料電池堆3000B中的電壓讀數進行比較而評估 氫分數，其中將大體上純的氫供應給所迷第一燃料電池堆，且在所述 第二燃料電池堆中，供應氫與未知量的氮混合。在同一時間測量不同 燃料電池堆中的電壓或者在同一燃料電池堆內在不同時間測量電壓都 可用于(例如通過上面討論的公式)評估氫分數。與本方案相關聯的 優點包括不會產生附加的部件成本(原因在于傳感器已經被用于監控 燃料電池堆電壓值)、可能改進系統持久性(原因在于更少的干氫被 注入系統內)、提高了效率(原因在于在泄放閥打開過程中排出了更 少的有用的氫)并且改進瞬態運行(原因在于不允許氫濃度降低至使 得出現不穩定性的低水平)。盡管已經為了闡明本發明的目的而對特定的代表性實施例和細節 進行了描述，但本領域的技術人員應該意識到，可在不偏離本發明的 范圍的情況下作出各種改變，所述改變被限定在所附的權利要求書中，
權利要求
1、一種運行燃料電池系統的方法，所述方法包括對所述系統進行構造以便包括第一燃料電池堆和第二燃料電池堆，每個所述燃料電池堆內包括多個單獨的燃料電池，所述單獨的燃料電池中的每個單獨的燃料電池包括陽極、陰極和設置在所述陽極與陰極之間的膜；陰極流徑，所述陰極流徑被構造以便將位于所述第一燃料電池堆和所述第二燃料電池堆中的每個燃料電池堆內的所述單獨的燃料電池的所述陰極聯接至氧源；陽極流徑，所述陽極流徑被構造以便將位于所述第一燃料電池堆和所述第二燃料電池堆中的每個燃料電池堆內的所述單獨的燃料電池的所述陽極聯接至燃料源，所述陽極流徑被構造以便被連接在所述第一燃料電池堆與所述第二燃料電池堆之間，從而使得存在于所述陽極流徑內的燃料在所述第一燃料電池堆與所述第二燃料電池堆之間往復循環；至少一個泄放閥，所述至少一個泄放閥被流體聯接至所述陽極流徑；和至少一個傳感器，所述至少一個傳感器被構造以便測量電壓；將燃料引入所述陽極流徑內以使得所述燃料沿第一方向流動通過所述燃料電池堆；將氧引入所述陰極流徑內；使通過所述陽極流徑的所述燃料流反向流動以使得所述燃料沿第二方向流動通過燃料電池堆；檢測與所述系統的運行相關聯的電壓差；將所述檢測到的電壓差與所述陽極流徑中的燃料濃度進行關聯；并且在基于所述進行關聯的步驟而獲得所述電壓差的閾值時，操控所述至少一個泄放閥以便允許存在于所述陽極流徑中的所述流體的至少一部分被排出。
2、 根據權利要求l所述的方法，其中所述系統進一步包括控制器， 所述控制器可與所述至少一個傳感器和所述至少一個泄放閥協同作用以使得所述控制器在所述檢測到的電壓差與所述陽極流徑中的所述燃 料濃度之間實施所迷進行關聯的步驟，從而確定是否已經實現了所迷 閾值的所述獲得。
3、 根據權利要求2所述的方法，其中所述陽極流徑中的所述燃料濃度借助于查詢表中的值被表示于所述控制器中。
4、 根據權利要求2所述的方法，其中所述陽極流徑中的所述燃料濃度借助于根據下列等式的公式被表示于所述控制器中<formula>formula see original document page 3</formula>
5、 根據權利要求1所述的方法，其中所述檢測與所述系統的運行 相關聯的電壓差的步驟包括大體上同時地檢測所述第一燃料電池堆和 所述第二燃料電池堆的電壓。
6、 根據權利要求5所述的方法，其中所述大體上同時地檢測所述 第一燃料電池堆和所述第二燃料電池堆的電壓差的步驟進一步包括確 定所述第一燃料電池堆和所述第二燃料電池堆中的每個燃料電池堆內 的平均電壓從而使得所述進行關聯的步驟包括將所述平均電壓與所述 陽極流徑中的所述燃料濃度進行關聯。
7、 根據權利要求1所述的方法，其中所述檢測與所述系統的運行 相關聯的電壓差的步驟包括檢測所述笫一燃料電池堆和所述笫二燃料 電池堆中的一個燃料電池堆內的多個電壓差從而使得可確定所述第一 燃料電池堆和所述第二燃料電池堆中的所述一個燃料電池堆內的平均 值。
8、 根據權利要求1所述的方法，其中所迷檢測與所述系統的運行 相關聯的電壓差的步驟包括檢測所述第一燃料電池堆和所述笫二燃料 電池堆中的至少一個燃料電池堆內的單個燃料電池內的多個電壓差。
9、 根據權利要求1所述的方法，其中所述操控所述至少一個泄放 閥的步驟包括在經過了對應于不超過一個完整的陽極流徑運行周期的 時間之后關閉所述至少一個泄放閥。
10、 根據權利要求1所述的方法，其中所述操控所述至少一個泄 放閥的步驟包括在經過了與所述笫一燃料電池堆與所述第二燃料電池 堆之間的電壓差大小成比例的時間之后關閉所述至少一個泄放閥.
11、 根據權利要求1所述的方法，其中所述至少一個泄放閥包括 至少一個三通閥以使得所述至少一個泄放閥將所述燃料源選擇性地設 置成與所述陽極流徑流體連通。
12、 根據權利要求1所述的方法，其中所述至少一個泄放閥被流 體設置在所述第一燃料電池堆與所迷第二燃料電池堆之間。
13、 一種燃料電池系統，所述燃料電池系統包括 笫一燃料電池堆；第二燃料電池堆；陰極流徑，所迷陰極流徑被構造以便將氧化劑傳輸至所述笫一燃 料電池堆和所述第二燃料電池堆；陽極流徑，所述陽極流徑被構造以便被連接在所述第一燃料電池 堆與所述第二燃料電池堆之間從而使得存在于所述陽極流徑內的燃料 在所述笫一燃料電池堆與所述第二燃料電池堆之間往復循環；至少一個泄放閥，所迷至少一個泄放閥被流體聯接至所述陽極流徑；至少一個傳感器，所述至少一個傳感器被構造以便測量電壓差；和控制器，所述控制器可與所述燃料電池堆和所述至少一個傳感器 協同作用以便在接收到對應于超過預定值的所述檢測到的電壓差的至 少一個信號時，所述控制器對所述至少一個泄放閥發出指令以便允許 從所述陽極流徑中吹掃出停留在所述陽極流徑內的流體的至少 一部 分。
14、 根據權利要求13所述的系統，其中所述預定值包括代表停留 在所述陽極流徑內的所述流體的氫濃度的值。
15、 根據權利要求15所述的系統，其中代表所述氫濃度的所述值 以可由所述控制器進行存取的方式被儲存。
16、 根據權利要求15所迷的系統，其中所述方式包括查詢表。
17、 根據權利要求15所述的系統，其中代表所述氫濃度的所述值 是由根據下列等式的公式產生的
18、 一種包括根據權利要求13所述的系統的車輛，其中所述系統 用作所述車輛的原動力源。
19、 一種流轉換式燃料電池系統，所述流轉換式燃料電池系統包括笫一燃料電池堆，所述第一燃料電池堆中包括至少一個傳感器和 多個單獨的燃料電池，所述單獨的燃料電池中的每個單獨的燃料電池 包括陽極、陰極和設置在所述陽極與所述陰極之間的膜；第二燃料電池堆，所述第二燃料電池堆中包括至少一個傳感器和 多個單獨的燃料電池，所述單獨的燃料電池中的每個單獨的燃料電池 包括陽極、陰極和設置在所述陽極與所述陰極之間的膜，以及陽極流 徑和陰極流徑；陰極流徑，所述陰極流徑被構造以便將含氧流體傳輸至所述第一 燃料電池堆和所述第二燃料電池堆；陽極流徑，所述陽極流徑被構造以便被連接在所述笫一燃料電池 堆與所述第二燃料電池堆之間，所述流轉換式燃料電池系統被構造以 使得所述第二燃料電池堆通過至少所述陽極流徑被流體聯接至所述笫 一燃料電池堆，從而使得存在于所述陽極流徑內的含氫流體在所述第 一燃料電池堆與所述第二燃料電池堆之間往復循環；至少 一個流操控裝置，所迷至少 一個流操控裝置被流體聯接至所 述陽極流徑；控制器，所述控制器與所述燃料電池堆存在信號通信，以使得在 所述控制器接收到與超出預定值的在所述燃料電池堆之間、在所述燃 料電池堆中的一個燃料電池堆內或者在所述燃料電池堆中的至少一個 燃料電池堆內的至少一個單獨的電池內檢測到的電壓差相對應的信號 時，所述控制器對所述至少一個流操控裝置發出指令以便允許從所述 陽極流徑中吹掃出停留在所述陽極流徑內的流體的至少 一部分.
20、 根據權利要求19所述的系統，其中所述至少一個流操控裝置 包括至少一個泄放閥。
21、 根據權利要求19所述的系統，其中所述檢測到的電壓差包括 在所述第一燃料電池堆與所述笫二燃料電池堆之間的平均電壓差.
22、 根據權利要求19所述的系統，其中所述檢測到的電壓差包括所述第一燃料電池堆和所述第二燃料電池堆中的至少一個燃料電池堆內的電壓差.
23、 根據權利要求19所述的系統，其中所述檢測到的電壓差包括 所述第一燃料電池堆和所述第二燃料電池堆中的至少一個燃料電池堆 內的至少一個單獨的燃料電池內的電壓差。
24、 根據權利要求19所述的系統，其中所述至少一個流操控裝置 包括至少一個三通閥從而使得泄放流和燃料注射流選擇性地通過所述 至少一個三通閥。
全文摘要
一種用于預測和調節流轉換式系統中的氮濃度的裝置和方法。在所述系統的一個方面中，被流體聯接至多個燃料電池堆的泄放閥被用于減少陽極流徑中存在的氮。一個或多個傳感器可被用于測量所述燃料電池堆的其中之一或兩者內的電壓。通過對所述陽極流徑內的燃料電池電壓的變化進行評估并將這種變化與氮分數的積聚等同起來，所述系統可在適當的時間操控所述泄放閥，從而改進了系統的運行性能。在使所述檢測到的電壓變化與所述氮分數的積聚進行等同的一種形式中，控制器中的邏輯裝置可利用預測性算法以便對比所述檢測到的電壓，從而使得所述控制器發出何時打開和關閉所述泄放閥的指令。在一種變型中，所述控制器可將所述檢測到的電壓與存儲的數據進行比較來代替依靠公式或相關算法的方式。
文檔編號H01M8/04GK101222061SQ20071016113
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月18日 優先權日2006年12月18日
發明者D·A·阿瑟, P·威利莫夫斯基, S·利恩坎普 申請人:通用汽車環球科技運作公司