专利名称：燃料电池的阳极压缩填充的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于燃料电池系统的操作方法。更具体地，本发明涉及一种用于在燃料电池系统的启动操作之前或期间利用氢气填充燃料电池系统阳极侧以最小化氢气排放的方法。
背景技术：
燃料电池系统利用燃料和氧化剂反应以在燃料电池堆中产生电力。一种类型的燃料电池系统采用质子交换膜(以下称为“PEM”)。PEM是一种固体聚合物电解质膜，有助于在通常配置于燃料电池系统中的每一块个体燃料电池内将质子从阳极向阴极传输。电极和薄膜一起构成了膜电极组件(MEA)。电极含有催化剂以催化地帮助燃料(例如氢气)和氧化剂(例如氧气或空气)反应从而生成电力。在典型的PEM燃料电池中，MEA被设置在气体扩散介质(GDM)之间。GDM和MEA被设置在一对导电板之间。如果板是双极板，那么板就在燃料电池系统内相邻的燃料电池之间传导电流。如果板是在燃料电池系统的一端的单极板，那么板就在燃料电池的外部传导电流。正如共同持有、同时待决的申请号为11/762,845的美国专利申请中所述，阳极供给歧管吹扫操作的目的是用氢气完全填充阳极供给歧管，因此通过引用其全部内容而并入本文。在启动期间用氢气填充阳极的活性区域之前，先用氢气填充阳极供给歧管。通常，通过打开阳极供给歧管顶部的歧管吹扫阀，同时形成流入阳极供给歧管底部的氢气流，以此来用氢气填充阳极供给歧管。吹扫阀可能会允许氢气由此流过排放到大气中，由此增加了操作燃料电池系统的成本和启动燃料电池系统的时间量。氢气的流速以及吹扫阀的流阻造成了阳极供气中的背压。因此要促使氢气均勻地流过活性区域。在此期间，电池中空气/空气部分内阴极上电极到电解质的电势差可能会由于被电池的氢气/空气部分驱动而相当高(高于测得的电池电压)。电池堆负载可以被用于抑制电池电压。为了限制在氢气填充充有空气的电池堆阳极时这些情况的累积效应， 希望可以快速地填充阳极。驻留在阳极内的气体通过排出阀从系统中排出到排出装置。但是，空气的阳极冲刷速率要受到阳极压力限制和该排出阀尺寸的约束。该排出阀必须在排出氢气之前被关闭以避免氢气排放问题，或者排出速率必须被进一步降低以使排气装置中的稀释空气能够携带任何排出的氢气以达到可接受的摩尔分数。希望可以研发一种用于在启动操作之前用氢气填充燃料电池系统中每一块燃料电池的阳极侧的活性区域的方法，其中用氢气快速填充阳极并且避免从系统中排出氢气。
发明内容
根据和依照本发明，出人意料地公开了一种用于在启动操作之前用氢气快速填充燃料电池系统中阳极侧的活性区域并且避免从系统中排出氢气的方法。在一个实施例中，一种用于在启动期间用燃料填充燃料电池系统的方法，该方法包括以下步骤提供具有多块燃料电池的燃料电池堆，每一块燃料电池都具有活性区域，燃料电池堆包括阳极供给歧管和阳极排出歧管，阳极供给歧管与燃料源流体连通；提供与燃料电池堆的阳极侧流体连通的阳极子系统；并且基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料以将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积内。在另一个实施例中，一种用于在启动期间用燃料填充燃料电池系统的方法，该方法包括以下步骤提供具有多块燃料电池的燃料电池堆，每一块燃料电池都具有活性区域， 燃料电池堆包括阳极供给歧管和阳极排出歧管，阳极供给歧管与燃料源流体连通；提供与燃料电池堆的阳极侧流体连通的子系统；确定每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积；并且基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料以将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积内。在另一个实施例中，一种用于在启动期间用燃料填充燃料电池系统的方法，该方法包括以下步骤提供具有多块燃料电池的燃料电池堆，每一块燃料电池都具有活性区域， 燃料电池堆包括阳极供给歧管和阳极排出歧管，阳极供给歧管与燃料源流体连通；提供与燃料电池堆的阳极侧流体连通的子系统；确定每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积；并且基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料以将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积内。方案1 一种用于在启动期间用燃料填充燃料电池系统的方法，所述方法包括以下步骤
提供具有多块燃料电池的燃料电池堆，每一块燃料电池都具有活性区域，燃料电池堆包括阳极供给歧管和阳极排出歧管，阳极供给歧管与燃料源流体连通； 提供与燃料电池堆的阳极侧流体连通的阳极子系统；并且
基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料以将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积内。方案2 如方案1所述的方法，其中通过用于分配流量的装置将燃料供应给燃料电池堆，所述装置被设置在与燃料电池流体连通的阳极供给歧管内并且适用于基本同时地和基本均勻地从燃料源向每一块燃料电池提供流量。方案3 如方案1所述的方法，进一步包括吹扫阳极供给歧管以有助于基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料的步骤。方案4 如方案1所述的方法，进一步包括在给阳极供给歧管供应燃料之前确定每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和燃料电池系统出口之间的容积的步骤。方案5 如方案4所述的方法，进一步包括在给阳极供给歧管供应燃料之前确定燃料源和每一块燃料电池的活性区域靠近阳极排出歧管的一端之间的容积的步骤。方案6 如方案5所述的方法，进一步包括以下步骤通过比较每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积以及燃料源和每一块燃料电池的活性区域靠近阳极排出歧管的一端之间的容积，确定将燃料电池堆内的流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统容积之间的容积内所需的来自于燃料源的燃料量。方案7 如方案1所述的方法，进一步包括以下步骤在给阳极供给歧管供应燃料之前，确定用燃料将燃料源和每一块燃料电池的活性区域靠近阳极排出歧管的一端之间的容积基本填满所需的时间和流速以及压力中的至少一个。方案8 如方案1所述的方法，其中燃料流入燃料电池的活性区域内的流速被最大化，由此使燃料-空气锋面存在于燃料电池的活性区域内的时间被最小化。方案9 如方案1所述的方法，其中用于分配流量的装置是在燃料源和每一块燃料电池之间提供基本均勻流长的设备以及从燃料源向每一块燃料电池提供基本均勻流量的设备中的至少一种。方案10 如方案1所述的方法，其中阳极子系统具有的容积是在给阳极供给歧管供应燃料之前燃料电池堆的阳极侧和每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端以及燃料电池系统出口的组合容积的大约0. 5倍到大约1. 5倍。方案11 如方案1所述的方法，进一步包括提供与阳极子系统和阳极供给歧管流体连通的循环系统的步骤。方案12 如方案1所述的方法，进一步包括设置在阳极子系统和排出系统之间的阀门，其中所述阀门在启动操作期间处于关闭位置。方案13 —种用于在启动期间用燃料填充燃料电池系统的方法，所述方法包括以下步骤
提供具有多块燃料电池的燃料电池堆，每一块燃料电池都具有活性区域，燃料电池堆包括阳极供给歧管和阳极排出歧管，阳极供给歧管与燃料源流体连通； 提供与燃料电池堆的阳极侧流体连通的子系统；
确定每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积；并且基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料以将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积内。方案14 如方案12所述的方法，进一步包括在给阳极供给歧管供应燃料之前确定燃料源和每一块燃料电池的活性区域靠近阳极排出歧管的一端之间的容积的步骤。方案15 如方案13所述的方法，进一步包括以下步骤通过比较每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统下游容积之间的容积以及燃料源和每一块燃料电池的活性区域靠近阳极排出歧管的一端之间的容积，确定将燃料电池堆内的流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统下游容积之间的容积内所需的来自于燃料源的燃料量。方案16 如方案14所述的方法，进一步包括以下步骤在给阳极供给歧管供应燃料之前，确定用燃料将燃料源和每一块燃料电池的活性区域靠近阳极排出歧管的一端之间的容积基本填满所需的时间和流速以及压力中的一个。方案17 如方案12所述的方法，其中阳极子系统具有的容积是在给阳极供给歧管供应燃料之前燃料电池堆阳极侧和每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端以及燃料电池系统出口的组合容积的大约0. 5倍到大约1. 5倍。方案18 如方案12所述的方法，进一步包括提供与阳极子系统和阳极供给歧管流体连通的循环系统的步骤。
方案19 一种用于在启动期间用燃料填充燃料电池系统的方法，所述方法包括以下步骤
提供具有多块燃料电池的燃料电池堆，每一块燃料电池都具有活性区域，燃料电池堆包括阳极供给歧管和阳极排出歧管，阳极供给歧管与燃料源流体连通； 提供与燃料电池堆的阳极侧流体连通的子系统；
确定每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积；并且基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料以将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积内。方案20 如方案18所述的方法，进一步包括以下步骤基于每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统下游容积之间的容积以及燃料源和每一块燃料电池的活性区域靠近阳极排出歧管的一端之间的容积，确定将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统下游容积之间的容积内所需的来自于燃料源的燃料量。
根据以下的详细说明，特别是在参考以下介绍的附图进行理解时，本公开上述以及其他的优点对于本领域技术人员将变得显而易见。图1是现有技术中已知的PEM燃料电池堆的示意性分解透视图2是现有技术中已知的燃料电池系统在燃料电池堆中阳极供给歧管的填充操作期间的示意性截面正视图3是图2中的燃料电池堆在阳极供给歧管填充操作之后的示意性截面正视图； 图4是根据本发明一个实施例的燃料电池堆在燃料电池堆中阳极供给歧管的填充操作期间的示意性截面正视图5是图4中的燃料电池堆在阳极供给歧管填充操作之后的示意性截面正视图；以及图6是根据本发明另一个实施例的燃料电池堆在燃料电池堆中阳极供给歧管的填充操作期间的示意性截面正视图。
具体实施例方式以下的说明内容实质上仅仅是示范性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。 还应该理解在所有附图中，对应的附图标记表示类似或对应的部件和特征。关于所公开的方法，给出的步骤在本质上是示范性的，并且因此并不是必须或关键因素。图1根据现有技术示出了 PEM燃料电池堆10。燃料电池堆10包括由导电的双极板16分离的一对膜电极组件(MEA) 12，140 MEA 12，14和双极板16被堆叠在一对夹板18，20 和一对单极端板22，24之间。夹板18，20通过衬垫或绝缘涂层(未示出)与端板22，24电绝缘隔离。每一块单极端板22，24的工作面26，28以及双极板16的工作面30，32都包括多个凹槽或槽道34，36，38，40，适用于帮助燃料(例如氢气和譬如氧气的氧化剂)从中流过。 绝缘衬垫42，44，46，48在燃料电池堆10的构件之间提供密封和电绝缘。气体可透过的扩散介质50，52，M，56 (例如碳或石墨扩散纸)充分接触MEA 12，14的每一个阳极面和阴极面。端板22，24被分别设置为靠近扩散介质50，56。双极板16被设置为靠近MEA 12阳极面上的扩散介质52。双极板16进一步被设置为靠近MEA 14阴极面上的扩散介质M。燃料电池堆10进一步包括阴极供给歧管58和阴极排出歧管60、冷却剂供给歧管 62、冷却剂排出歧管64、阳极供给歧管66和阳极排出歧管68。供给歧管58，62，66和排出歧管60，64，68通过对齐邻接的成形在双极板16内的孔、成形在衬垫42，44，46，48内的孔以及成形在端板22，24内的孔而构成。氢气通过阳极入口管路70经阳极供给歧管66提供给燃料电池堆10。氧气通过阴极入口管路72经阴极供给歧管58提供给燃料电池堆10。阳极出口管路74和阴极出口管路76被分别设置用于阳极排出歧管68和阴极排出歧管60。冷却剂入口管路78和冷却剂出口管路80与冷却剂供给歧管62和冷却剂排出歧管64流体连通以提供由此流过的冷却剂液流。应该理解图1中的各个入口 70，72，78和出口 74，76，80 的结构只是为了进行说明，并且根据需要也可以选择其他的结构。图2和图3根据现有技术示出了燃料电池系统182，例如共同持有、同时待决的申请号为 12/014，3 的美国专利申请“PROCEDURE FOR FILLING A FUEL CELL ANODE SUPPLY MANIFOLD WITH HYDROGEN FOR START-UP”中介绍的系统，因此通过引用其全部内容而并入本文。燃料电池系统182包括具有多块燃料电池184的燃料电池堆110。每一块燃料电池 184都具有阳极(未示出)和阴极(未示出)以及位于其间的电解质膜(未示出)。燃料电池堆110进一步包括第一端186和第二端188。如本文中所述，第一端186被称为“干燥端”，而第二端188被称为“潮湿端”。阳极供给歧管166与燃料电池184的阳极连通并在燃料源或氢气源197和燃料电池184之间提供流体连通。阳极供给歧管166适合用于通过阳极入口管路198从氢气源 197接收氢气气流190。阳极入口管路198界定出氢气源197和阳极供给歧管166之间的容积。应该理解阳极入口管路198可以具有任意所需的截面面积并且可以进一步包括譬如腔室。燃料电池系统182的阳极排出歧管168在多块燃料电池184的阳极和排出系统199 之间提供流体连通。阳极排出歧管168适合用于接收流过燃料电池184的阳极的流体。被促使流过阳极的流体可以是氢气、空气或水。如图所示，燃料电池系统10包括第一阀192，也被称为吹扫阀，与阳极供给歧管 166流体连通。第一阀被设置在燃料电池堆110的第一端186处，与阳极入口管路198间隔开。第二阀194与阳极排出歧管168流体连通并且被设置在燃料电池堆110的第二端188 处。第一阀192适合用于帮助吹扫来自于阳极供给歧管166的流体。第二阀194适合用于帮助吹扫来自于燃料电池184和阳极排出歧管168的流体。应该理解如果需要，第二阀194 可以被设置在燃料电池堆110的第一端186处。通过系统地打开和关闭阀192，194以在燃料电池系统182内造成压差，燃料电池系统182中的燃料电池184被基本平均地充入氢气 190。根据阀192，194的打开/关闭配置的不同组合，流入的氢气190可以造成燃料电池堆 110的阳极供给歧管166内的压力升高，或者阀192，194的配置可以造成流体压力的下降以促使氢气190基本均勻地流过燃料电池堆110，从而使得氢气流过每一块燃料电池184的阳极部分中的活性区域。例如，一旦达到燃料电池堆110内的期望压力，第一阀192即可被打开并促使氢气190流入和流过阳极供给歧管166。如果燃料电池堆110内的燃料电池184 中的活性区域被加压，那么即可促使氢气190流过阳极供给歧管166并流动至第一阀192， 但是不允许其流入燃料电池184的活性区域内。如图3中所示，以基本相同的流速促使氢气流过每一块燃料电池184的活性区域，从而导致在启动操作之前在整个燃料电池堆110上平均的反应物分布。平均的反应物分布就在燃料电池堆110的个体燃料电池184之间导致基本均勻的电压并且在例如从燃料电池堆110中引出电流时避免了由于燃料电池184中的氢气不足而导致的碳腐蚀。随着氢气流过燃料电池184中的活性区域，空气196被从燃料电池184和阳极排出歧管168吹出，经过第二阀194，然后被吹到排出系统199。应该理解氢气流过燃料电池184的活性区域的流速可以被最大化，目的是为了使所有氢气-空气锋面存在于燃料电池堆110的活性区域内的时间最小化。但是，现有技术中的系统要受到第二阀194的尺寸以及在氢气到达该阀时的氢气排放的限制。而且，例如无法获知在启动时电池堆中是否含有譬如来自于短暂关机时间的空气或氢气。为了用现有技术中已知的系统正确地执行阳极冲刷，在启动操作之前需要确定电池堆110的气体含量以确保电池堆110内空气的快速冲刷和/或避免包含氢气的排放物。 图4和图5根据本发明的一个实施例示出了燃料电池系统观2。燃料电池系统 282包括具有多块燃料电池观4的燃料电池堆210。每一块燃料电池284都具有阳极(未示出)和阴极(未示出)以及位于其间的电解质膜(未示出)。燃料电池堆210进一步包括第一端286和第二端观8。如本文中所述，第一端286被称为“干燥端”，而第二端288被称为“潮湿端”。 阳极供给歧管266包括用于分配流量的装置269，与燃料电池284的阳极连通并且在燃料源或氢气源297和燃料电池284之间提供流体连通。应该理解的是如果歧管266在冲刷电池堆210的阳极侧之前已经被吹扫，那么阳极供给歧管266可以不包括用于分配流量的装置沈9。阳极供给歧管266适合用于通过阳极入口管路298从氢气源297接收氢气气流四0。阳极入口管路298界定出氢气源297和阳极供给歧管266之间的容积。应该理解阳极入口管路298可以具有任意所需的截面面积并且可以进一步包括例如附加容积，譬如腔室。燃料电池系统282的阳极排出歧管268在多块燃料电池284的阳极和阳极子系统 300之间提供流体连通。下游的阳极子系统300提供的容积基本上等于燃料电池观4内的阳极容积，或者该容积可以是燃料电池堆210阳极侧容积的大约0. 5倍到大约1. 5倍。如图6中所示，阳极子系统300可以与循环系统304流体连通，循环系统304与阳极供给歧管 266流体连通。如图4和图5中所示，燃料电池系统282可以包括设置在阳极子系统300和排出系统299之间的阳极排出阀302，或者如图6中所示，阳极排出阀302也可以根据需要被设置在阳极子系统302和排出系统299之间。阳极排出歧管268适合用于接收流过燃料电池观4的阳极的流体。被促使流过阳极的流体可以是氢气、空气或水。
用于分配流量的装置269适合用于以基本平均的速率或者以基本平均的数量将氢气290基本同时且均勻地提供到每一块燃料电池观4的阳极侧。用于分配流量的装置 269可以是任意适合的设备或插件，适用于以基本平均的速率或者以基本平均的数量将氢气290基本同时且均勻地提供到每一块燃料电池观4的阳极侧，或者可以是采用头部吹扫阀的现有技术中的方法。用于分配流量的装置269的一个示例是共同持有的申请号为 12/725，697的美国专利申请中公开的设备，因此通过引用其全部内容而并入本文。‘697 申请中公开的装置包括基本均勻的流动路径，适用于以基本平均的速率或者以基本平均的数量将氢气基本同时地提供到燃料电池堆中每一块燃料电池的阳极侧。用于分配流量的装置269的另一个示例是共同持有的申请号为12/720，748的美国专利申请中公开的设备，因此通过引用其全部内容而并入本文。‘748申请中公开的装置包括锥体和挡板，适用于以基本平均的速率或者以基本平均的数量将基本均勻流量容积的氢气基本同时且均勻地提供到燃料电池堆中每一块燃料电池的阳极侧。在燃料电池堆210的填充操作之前，先要确定以下的每一项参数氢气源四7和每一块燃料电池观4阳极侧的活性区域285靠近阳极排出歧管沈8的一端之间的容积A。利用现有技术中头部吹扫的方法，这就应该包括每一块燃料电池观4的活性区域观5以及每一块燃料电池284在阳极入口歧管266和活性区域285之间的部分以及头部插入设备，该区域包括阳极入口管路四8、阳极入口歧管沈6、每一块燃料电池284在阳极入口歧管266 和每一块燃料电池观4的活性区域285之间的部分以及每一块燃料电池观4的活性区域 285 ；以及每一块燃料电池284的每一个活性区域285靠近阳极排出歧管268的一端和燃料电池系统观2中通往阳极排出阀302的出口之间的容积B，包括阳极排出歧管沈8和下游的阳极子系统300。已知容积A，B，即可预先确定将燃料电池系统观2内的全部流体压缩到容积B内所需氢气四0的量。一旦气体被压缩到容积B内，燃料电池堆210中的容积A就基本上全部用氢气290充满。如图4中所示，在燃料电池堆210的填充操作期间，如果使用的是用于分配流量的装置269而不是头部吹扫操作的话，那么就促使预定数量的氢气290从氢气源297流过阳极入口管路298并流入设置在阳极供给歧管沈6中的用于分配流量的装置沈9内。由流入阳极供给歧管266和用于分配流量的装置沈9内的氢气290造成的流体压力使得容积A内的全部流体(通常是空气四6)流过燃料电池堆210中每一块燃料电池观4的活性区域285 并且在阳极填充期间随着阳极排出阀302的关闭而被压缩到容积B内。燃料电池堆210内的流体压力通过继续经阳极入口管路四8引入氢气而增加，直到将预定数量的氢气四0引入燃料电池系统观2内或者达到了预定压力并且空气296和/或其他流体都被压缩到容积 B内为止。应该理解氢气290流入燃料电池洲4的活性区域观5内的流速可以被最大化以使氢气-空气锋面存在于燃料电池观4的活性区域观5内的时间最小化。如图5中所示，基本同时且平均地促使氢气以基本相同的流速流过每一块燃料电池观4的活性区域观5，从而导致在启动操作之前在整个燃料电池堆210上平均的反应物分布。平均的反应物分布就在燃料电池堆210的个体燃料电池284之间导致基本均勻的电压，从而允许从燃料电池堆中引出电流以抑制电池电压从而抑制阴极的碳腐蚀并且例如在从燃料电池堆210中引出电流时避免了由于燃料电池观4中的氢气不足而导致的碳腐蚀。 随着氢气流过燃料电池观4中的活性区域观5，空气296被从燃料电池观4吹出并吹入阳极排出歧管268和阳极子系统300内，而并不会吹入到排出系统四9内，因为在此期间阳极排出阀302已被关闭。应该理解氢气流过燃料电池284的活性区域285的流速可以被最大化，目的是为了使任何氢气-空气锋面存在于燃料电池堆210的活性区域内的时间最小化。本发明通过在用于启动的阳极冲刷期间不使用阳极排出阀302而使启动期间的氢气排放最小化。将空气296压入容积B内，通过将空气296压入容积B内远离燃料电池 284的活性区域285而对不允许使用排出阀进行了补偿。而且，因为燃料电池系统观2在启动的阳极冲刷期间并没有使用阳极排出阀，所以在此期间不需要吹扫或者用其他方式从中去除氢气四0，由此使启动燃料电池系统观2所需氢气290的量以及在启动期间从燃料电池系统282排放的氢气290都得以最小化。
尽管已经为了介绍本发明而示出了一些代表性的实施例和细节内容，但对于本领域技术人员显而易见的是可以进行各种修改而并不背离在下附权利要求中进一步描述的本公开的保护范围。
权利要求
1.一种用于在启动期间用燃料填充燃料电池系统的方法，所述方法包括以下步骤 提供具有多块燃料电池的燃料电池堆，每一块燃料电池都具有活性区域，燃料电池堆包括阳极供给歧管和阳极排出歧管，阳极供给歧管与燃料源流体连通； 提供与燃料电池堆的阳极侧流体连通的阳极子系统；并且基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料以将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积内。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过用于分配流量的装置将燃料供应给燃料电池堆，所述装置被设置在与燃料电池流体连通的阳极供给歧管内并且适用于基本同时地和基本均勻地从燃料源向每一块燃料电池提供流量。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括吹扫阳极供给歧管以有助于基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括在给阳极供给歧管供应燃料之前确定每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和燃料电池系统出口之间的容积的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括在给阳极供给歧管供应燃料之前确定燃料源和每一块燃料电池的活性区域靠近阳极排出歧管的一端之间的容积的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括以下步骤通过比较每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积以及燃料源和每一块燃料电池的活性区域靠近阳极排出歧管的一端之间的容积，确定将燃料电池堆内的流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统容积之间的容积内所需的来自于燃料源的燃料量。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤在给阳极供给歧管供应燃料之前，确定用燃料将燃料源和每一块燃料电池的活性区域靠近阳极排出歧管的一端之间的容积基本填满所需的时间和流速以及压力中的至少一个。
8.如权利要求1所述的方法，其中燃料流入燃料电池的活性区域内的流速被最大化， 由此使燃料-空气锋面存在于燃料电池的活性区域内的时间被最小化。
9.一种用于在启动期间用燃料填充燃料电池系统的方法，所述方法包括以下步骤 提供具有多块燃料电池的燃料电池堆，每一块燃料电池都具有活性区域，燃料电池堆包括阳极供给歧管和阳极排出歧管，阳极供给歧管与燃料源流体连通； 提供与燃料电池堆的阳极侧流体连通的子系统；确定每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积；并且基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料以将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积内。
10.一种用于在启动期间用燃料填充燃料电池系统的方法，所述方法包括以下步骤 提供具有多块燃料电池的燃料电池堆，每一块燃料电池都具有活性区域，燃料电池堆包括阳极供给歧管和阳极排出歧管，阳极供给歧管与燃料源流体连通； 提供与燃料电池堆的阳极侧流体连通的子系统；确定每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积；并且基本均勻地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料以将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积内。
全文摘要
公开了燃料电池的阳极压缩填充，即用于在启动期间用燃料填充燃料电池系统的方法，所述方法包括以下步骤提供具有多块燃料电池的燃料电池堆，每一块燃料电池都具有活性区域，燃料电池堆包括阳极供给歧管和阳极排出歧管，阳极供给歧管与燃料源流体连通；提供与燃料电池堆的阳极侧流体连通的阳极子系统；并且基本均匀地和基本同时地给燃料电池堆供应燃料以将燃料电池堆内的全部流体压缩到每一个活性区域靠近阳极排出歧管的一端和阳极子系统出口之间的容积内。
文档编号H01M8/04GK102214834SQ201110081879
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者D·I·哈里斯, G·M·罗布, S·G·格贝尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司