专利名称：燃料电池的排气和净化方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在燃料电池(fuel cell)动力系统中用于燃料电池堆的关闭和排气的装置及方法。
背景技术：
燃料电池动力系统将燃料和氧化剂转换成电能。引起浓厚兴趣的一种燃料电池动力系统类型采用质子交换膜(此后称为“PEM”)以催化促进燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气/氧)的反应而发电。PEM是一种固体聚合物电解质，其在燃料电池动力系统通常采用的燃料电池堆的每个单个燃料电池中便利地从阳极传输质子到阴极。
在燃料电池动力系统的典型燃料电池组件集(assembly)(燃料电池堆)中，单个燃料电池具有含有通往流体歧管的入口的流场；这些歧管共同地提供了用于在燃料电池堆中反应的各种反应物和冷却流体的通道以流入每个燃料电池。气体扩散组件集随后提供最后的流体分配以进一步从流场空间分散反应性流体到反应性阳极和阴极。
协同关闭是有效操作燃料电池堆或者燃料电池堆机组的一个因素。在这点上，氢是供给燃料电池堆反应性阳极的燃料的主要成分，以及关闭时，含氢燃料的运转总量都存在于燃料电池堆的燃料反应物通道中。尽管由于较高浓度氢不具有固有的可燃性，但是该堆叠体中的剩余燃料承受与空气中氧混合的可能性，特别是如果燃料电池在一段时间周期内不能操作时。这种氧的混合可能在燃料电池堆中以某种界限组成产生潜在的可燃性混合物。
两个通常的关闭策略或模式表示了燃料电池系统的关闭方法的范围“正常”关闭模式和“快速”关闭模式。“正常”关闭通过如下过程进行(a)断开负载，(b)消耗过量氢，以及(c)以最小化热变化引起的内应力的方式来冷却系统。对于“快速”关闭，关闭的条件例如为故障或误差检测，其需要以不具有用于消耗过量氢所需要的时间的方式来关闭燃料电池。当实施“快速”关闭时，通过排出重整产物或氢到大气中来处理剩余燃料。
在燃料电池动力系统的常规燃料电池堆中典型地具有两个用于燃料反应物的排气电磁阀(solenoid valve)在产生燃料的燃料处理器的出口的第一阀和在该堆叠体的阳极歧管的出口的第二阀。在正常操作期间，关闭这些排气阀以防止氢泄漏和/或排放到大气中。不具有燃料处理器的常规燃料电池动力系统典型地利用至少一个在堆叠体阳极上的排气阀。在“快速”关闭期间，打开每个排气阀以将氢排放到大气中。这种方法快速地清除了来自系统的势能和热能，并且排出燃料电池中的剩余氢。
这些排气阀已经传统地用作常开阀，其中通过弹力复位来偏置打开该阀门。正如应该显而易见的是，在断电(powered-down)状态下，这些阀开着，因此允许流体流入和流出阳极歧管。配置了出故障时自动打开的阀以使得即使在系统动力(通常是最显著的“快速”关闭情况)完全损失期间，系统也将燃料排出可燃性排气孔。正如应该显而易见的是，常开排气阀在系统关闭后在连续没有任何电能的情况下仍保持打开。例如当关掉系统时。
然而，使用常开排气阀的一个缺点在于，在一些排气阀保持打开的特殊关闭情况下，一些剩余氢残留在燃料电池歧管中。当接下来发生长的停机时间时，空气可能流经排气孔以随着时间流逝直到可燃性混合物出现在系统的某部分中。在执行没有净化的“正常”关闭后，当发生电源故障时还可能释放出可燃性混合物(例如，由于功率损耗在受控条件下启动的“正常关闭”恶化为“快速”关闭)。
使用常开排气阀的另一缺点是在关闭燃料电池和功率损耗后催化剂失活随之发生。在这点上，一些催化剂在空气中失活，特别是催化剂仍然在热量上“温度高”时立即关闭之后。处理这方面的一个方法是使用耐空气的催化剂；但是这种方法严重地妨碍了可能的催化剂的选择。另一方法是提供净化装置，借此将氢排出系统，而该系统具有诸如氮的惰性气体以在活性催化剂元件上提供氮覆盖层。这些选择限定了比采用非耐空气的催化剂的方法更加昂贵的设计。
使用常开排气阀的另外一缺点是，在断电模式中，向灰尘和其它潜在有害成分提供了通往燃料处理器和/或堆叠体歧管的通路，从而污染了内部通道以及燃料电池的表面。与没有污染的燃料电池相比，这种污染缩短了燃料电池的寿命并且还降低了燃料电池的性能。
使用常开排气阀的另外缺点来自控制器锁定，其中用于燃料电池系统的控制计算机设立了最终失败时的控制元件定位。同样，常开排气阀可能恰当地维持在关闭位置。
使用常开排气阀的另外一缺点来自所有常开阀必须给予能量才能保持关闭-排气阀的主要操作状态这样一个事实。在这点上，这些常开排气阀在正常的实时操作中构成了在燃料电池动力系统上的寄生动力负担，内在地降低了整个操作系统的效率。
所需要的是对燃料电池排气和净化的整体方法，该方法提供低成本燃料电池的协同关闭；在燃料电池动力系统中电源发生故障后提供对催化剂的保护；当条件共同表明这种操作事件的需要时，提供适当关闭燃料电池堆和/或燃料电池堆组的基础；以及提供燃料电池动力系统操作的最优效率。本发明致力于实现这种需要。
发明内容
本发明提供了一种燃料电池，其具有与一个(或多个)燃料反应物流场流体连接的常闭阀，以将燃料反应物气体排出该一个(或多个)燃料反应物流场。常闭阀可操作地放置在激励电路(energizing circuit)中，该激励电路被配置为当控制信号小于关闭阈值时打开常闭阀。
关于方法，本发明提供了一种燃料电池，其中当控制信号的值小于关闭阈值时采用常闭阀将燃料反应物从一个(或多个)燃料反应物流场中排出。本发明还规定在燃料电池中的燃料反应物被排出达到安全量之后，关闭常闭阀。
在一种形式中，本发明规定在控制电路中使用常闭电磁开关(solenoidswitch)，以使得在低于关闭阈值电压值的电压下给螺管式继电器电路提供动力时，常闭阀将燃料反应物从燃料电池中排出。在另一种形式中，本发明规定采用具有激励电路的电磁阀，该激励电路直接与该阀的继电器电路连接。
本发明还规定了在螺管式继电器电路中使用安全开关。采用控制计算机测量输出电压，采用该计算机的可执行逻辑从输出电压测量中定义了操作状态变量，以及当操作状态变量被定义为关闭值时采用安全开关使得螺管式继电器电路接地。
本发明还规定了使用充分大小的离散电能存储器(例如电容器)，来打开常闭阀直至燃料反应物排出燃料电池。在这点上，本发明规定了存储充足的电能以将常闭阀维持在打开位置，直至在排气步骤中排出燃料反应物达到满意的水平；规定了采用存储的电能打开常闭阀以排出燃料反应物；以及规定了在已经耗尽存储的电能后关闭常闭阀。
从本发明得到的好处包括(a)由于消除了使用空气兼容性催化剂的需要，降低了成本；(b)使得燃料电池堆排气系统的功率输出的寄生损失最小化；(c)使得排气后内部的燃料电池堆歧管和表面的污染最小化；以及(d)避免了关闭后阳极中的可燃性空气/燃料混合物。
从以下提供的详细描述中本发明的另外适用性方面将变得显而易见。应当理解的是详细描述和具体实施例尽管示出了本发明的优选实施方式，但目的仅是用于解释并不倾向于限制本发明的范围。
附图简述通过详细的描述和附图将更完整地理解本发明，其中
图1示出了燃料电池动力系统的方块流程图；图2示出了解扣(tripped)状态(对电路中的电容器放电的闭合位置)的排气阀控制电路，用于通过一个正常关闭控制器接口和一个能量存储电容器控制两个排气阀；图3示出了解扣状态(对电路中的电容器放电的闭合位置)的排气阀控制电路，用于通过两个正常关闭控制器接口和一个能量存储电容器控制两个排气阀；以及图4示出了都为解扣状态的(对电路中的电容器放电的闭合位置)双排气阀控制电路，用于通过两个正常关闭控制器接口和两个能量存储电容器控制两个排气阀。
优选实施方式详细说明优选实施方式的以下描述本质上仅是示意性的，并且不倾向于限制本发明、其应用或用途。
实时计算机过程控制通常被实现为控制在此描述的燃料电池动力系统。在这点上，实时计算机处理被广泛地定义为计算机处理方法，其中，在实际时间限制内事件导致发生给定反应，其中计算机动作在外部条件和实际时间的背景下具体地受到外部条件和实际时间的控制。如同在过程控制领域的相关说明，实时计算机控制处理与相关的过程控制逻辑判定的性能有关，并且定量的操作与与过程控制判定程序内在地相关，该过程控制判定程序起到执行一个过程的控制装置的一部分(例如，收益于本发明的燃料电池)的作用，其中该过程控制判定程序以相当高的频率周期性地执行，对于战术控制通常具有20ms-2s之间的周期。
优选实施方式采用至少一个常闭阀以将燃料反应物从燃料电池堆排出。在这点上，常闭阀是用于自动控制的阀，并且当该阀的致动器没有电能(或者气压)时，该常闭阀关闭流体传输。还应当注意的是常闭开关通常是装有弹簧的开关，该开关设置为(“电关闭”)当该(装有弹簧的)开关的启动继电器电路没有电能(或者作用于弹簧的任何相反力)时使得电流通过。
在一个实施方式中，当电路的电磁继电器处于停电或关闭条件时，具有电容器的电子电路从电容器给常闭排气阀提供能量，从而与继电器机械连接的(第一)电开关电“关闭”一段时间，以通过该阀的致动器使得电容器放电。电容器的大小设置为使得常闭排气阀保持打开足够的时间周期以在该系统中将燃料电池燃料反应物排出达到满意的水平。
在优选实施方式中的正常(非快速关闭模式)操作期间，实时计算机控制器给电磁继电器提供能量到一位置，以使得计算机控制器在实时操作中通过螺线管的第二电开关控制排气阀。应该注意的是该实施方式中具有两个有源电开关的没有通电的电磁继电器提供了闭合电路，该闭合电路使得储能电容器放电，正如具有动力的电磁继电器提供了在控制计算机和排气阀之间通过第二电开关的第一闭合接触，以及提供了通过第一电开关使得电容器充电的第二闭合接触。通过第一电开关的该电容器的充电电路还通过二极管进行稳定。
系统中阈值以下的功率损耗释放电磁继电器为如下的位置，其中第一电开关相称地设置为通过出故障时自动关闭的阀的致动器使得电容器放电。该电容器在特定的持续时间内放出存储的能量，直到其已经基本上完全放出其存储的能量。在该能量放电过程中，排气阀被提供能量，从而保持为打开位置直到来自螺线管的电磁力被该阀的弹力所克服，该弹力导致该阀关闭。由于不再有充足的动力保持该阀处于与其闭合弹力相对的打开位置，因此排气阀默认处于流体关闭配置。这个动作重新密封了该燃料电池堆，以防止在已经将剩余燃料排出或清除出该燃料电池后的关闭状态下该燃料电池的阳极侧继续暴露于大气中。
本发明可通过参照通常的燃料电池动力系统来理解。因此，在进一步描述本发明之前，提供了其中提供本发明操作的动力系统的概述。在该系统中，在燃料处理器中处理碳氢燃料，例如通过重整和部分氧化处理以产生重整气体，该重整气体具有相对较高的基于体积或或摩尔的氢含量。因此参照具有相对较高的氢含量的含氢气体。下文由含H2重整产物作为燃料的燃料电池的背景下来描述本发明，而与制备这种重整产物的方法无关。应当理解在此表示的原理可应用于被从任何源获得的H2作为燃料的燃料电池，该源包括可重整的碳氢化合物和含氢燃料，例如甲醇、乙醇、汽油、碱(alkaline)或其它脂肪族或芳香族碳氢化合物，或者储氢基系统。
如图1所示，燃料电池动力系统100包括用于催化反应可重整的碳氢燃料流114和来自水流116的以流体形式的水的燃料处理器112。在一些燃料处理器中，空气还用于部分氧化/流体重整反应的组合。在这种情况下，燃料处理器112还接收空气流118。燃料处理器112含有一个或多个反应器，在该反应器中流114中的可重整的碳氢燃料在流116中流和流118中空气(可选地，来自储氧罐118的氧气)的存在下进行分解以产生含氢重整产物，并从燃料处理器112中以重整产物流120排出。燃料处理器112典型地还包括一个或多个下游反应器，例如水气转换(WGS)和/或优选的氧化剂(PrOx)反应器，这些反应器用于减少重整产物流120中的一氧化磁含量到可接受的水平，例如，低于20ppm。含H2重整产物120或阳极原料流流入燃料电池堆系统122的阳极侧流场。同时，以流124中空气的形式的阴极原料流流入燃料电池堆系统122的阴极侧流场。来自重整产物流120中的氢和来自氧化剂流124中的氧在燃料电池堆系统122中反应以产生电。
来自燃料电池堆系统122的阳极侧的阳极废气(或流出物)126含有一些未反应的氢。来自燃料电池堆系统122的阴极侧的阴极废气(或流出物)128含有一些末反应的氧。这些未反应的气体代表了在燃烧室130中重新获得的以热能形式的附加能量，并用于动力系统100中的各种热需要。具体地，根据动力系统100的操作条件，碳氢燃料132和/或阳极流出物126与从流134中空气或从阳极流出物流128提供给燃烧室130的氧在燃烧室130中进行催化地燃烧、或热燃烧。燃烧室130向环境释放出废气流154，以及由此产生的热根据需要引导到燃料处理器112。
排气阀172可操作地放置在氢源112和燃料电池122之间的阳极原料流120中。同样地，排气阀174可操作地放置在阳极废气流126中。排气阀172、174提供常闭阀，用于当传感器170测量的诊断参数在可接受的工作范围之外从而表明应当启动关闭过程时，将燃料反应物从燃料电池堆122排出到大气中。实时计算机164的作用发出控制信号以控制排气阀172、174，以响应于来自传感器170的信号。通过实时计算机164相对于传感器170的测量操纵排气阀172、174从而部分地控制供应到燃料电池堆系统122的氢，以使得含氢气体流入燃料电池系统122。
传感器170在图1中示出为用于测量与燃料电池堆122有关的或燃料电池堆122内部的诊断参数。代表性的电池堆诊断参数包括电池、电池组或燃料电池堆的电压；穿过该电池堆入口(即，阳极和阴极入口)的压力差；燃料电池堆中的相对湿度；或燃料电池堆的操作温度。该诊断参数还可以与在燃料电池堆122的外部以外的燃料电池动力系统100的其它部件有关，例如燃料处理器112；燃料、供给原料流114、116、118的空气或水；或燃烧室130。代表性的系统诊断参数包括提供空气原料流118的空气压缩器的操作参数，例如压缩机速度或排出空气的温度。诊断参数可以由图1所示的传感器170直接确定(即测量)，例如测量的电池电压。作为选择，诊断参数可以间接(基于分析模型或经验模型进行计算)确定，例如根据燃料电池堆上的压力、温度和负载来计算相对湿度。因此，本领域技术人员将认识到本发明具有诊断参数的广泛多样性的应用，该诊断参数用于表明应当启动关闭过程。
在实时计算机164中提供了控制器逻辑166，用于由计算机164来实时执行。在这点上，控制器逻辑166还表示为在实时计算机164中的“软件”和/或“程序”和/或“可执行程序”，并作为控制数据和/或公式信息和/或程序执行指令的数据模式。在优选实施方式中控制器逻辑166是存在于计算机164的物理存储器(即，没有限制，“RAM”“ROM”或计算机磁盘)中的机器代码。控制器逻辑166优选来自被编译产生机器代码的源语言程序。物理存储器与计算机164的中央处理单元(CPU)进行电子数据通信，该计算机164从物理存储器中读出数据；将读出的数据计算地修改为最终的数据；并将该最终数据写入物理存储器。计算机164还从传感器170中读出控制信号，并根据控制器逻辑166的供给，使得控制信号影响阀172和174。在一个实施方式中，计算机164和用于控制器逻辑166的可执行代码被提供作为ASIC(专用集成电路)。
传感器170用作反馈传感器以产生用于启动关闭燃料电池堆122的控制信号。连同其它反馈回路和控制判定(未示出)一起，由计算机实现的通过传感器170的测量对燃料电池操作参数的确定用于排气阀172、174的计算机实现的控制(在控制器逻辑66中实现)中。此外，用于启动关闭的控制信号可以基于一个或多个诊断参数的评估。
图2表示了在解扣状态或非通电(S2)位置的单个排气阀控制电路300，以通过一个正常关闭控制器接口和一个储能电容器330来控制两个排气阀。控制电路300包括控制器接口302、304和一对由继电器306操作的开关308。控制器电路300还包括具有电阻器310、二极管312和电容器330的充电电路。在图3中，排气阀172和174分别通过电路300中的电阻器320和322来表示。当继电器306保持开关308为通电(S1)位置(注意在图3中开关308被示出为在S2位置给电容器330放电)时，通过充电电阻310和二极管312对电容器330充电，以及当继电器306释放开关308为S2位置时，通过二极管314给电容器330放电从而打开常闭阀320和322。
控制器304代表控制计算机164、在控制器逻辑166中的快速关闭逻辑和通过计算机164控制以使得继电器306的继电器电路接地的安全开关。控制计算机164通过传感器170测量输出电压，通过控制器逻辑166中的可执行逻辑从测量的电压中定义可操作状态变量，以及当可操作状态变量被定义为关闭值时，使得继电器306的电磁继电器电路电接地。
控制器302还代表控制器计算机164、在控制器逻辑166中的可操作和正常的关闭逻辑以及通过计算机164控制的晶体管314，以当开关308处于S1位置时在实时操作中通过二极管316调整阀172和174的位置。注意二极管316通过电磁开关308的第二电开关传导电到电阻器320和322。实质上，电路300有效地提供了三个单独的条件操作内部电子电路，其中第一电路在螺线管的非通电位置是电激活的，以及其它两个电路在该螺线管的补偿通电位置下也是电激活的。在这点上，注意在S2位置“关闭”的和非通电的电磁开关308提供了第一电闭合电路，以使得能量存储电容器330能够放电；以及在S1位置中“断开的”和通电的电磁开关308提供了(a)在控制计算机164和排气阀172和174之间经由电阻器320和322的第二电闭合电路；以及(b)在电阻器310、二极管312和电容器330之间用于给电容器330充电的第三电闭合电路。
简要参照图1，在计算机164和每个排气阀172、174之间描述了控制线。这些控制线分别简要地参考图2中的独立控制器输出302、304，也参考在图3和4中示出用于每个阀的在正常关闭控制器和快速关闭控制器之间的划分。注意在图1中，功率损耗继电器306和双掷开关308(示于图2-4)在控制器164内部，因此没有分别示出。
回来重新参考图2，当电磁开关308在S1位置时，通过电路300中的充电电阻310和二极管312对电容器330充电。在开关308的S1位置通过二极管312阻止电容器330放电。电路300的电压降是正电压源极340和负电压漏极342之间的差。
简化的排气系统实施方式是考虑到没有控制器302和304、二极管316和电阻器322的电路300，开关308在(在S1位置)充电电阻器310、二极管312和电容器330之间；以及在(在S2位置)在电容器330、二极管314和电阻器320之间仅提供一个电接触。在这个实施方式中，在对传感器170的测量反应时，没有提供排气阀172的实时计算机控制和安全开关关闭；然而，这种实施方式确实提供了与燃料电池堆122的一个(或多个)燃料反应物流场进行流体连接的常闭阀172，从而将反应物气体从该一个(或多个)燃料反应物流场排出，在该反应物流场中常闭阀172放置在通电电路中，该通电电路配置为当输出电压的值小于关闭阈值电压值时打开常闭阀172，该关闭阈值电压值是保持继电器306的弹力以将开关308保持在S1位置所必须的。
现在转到图3，可替换的实施方式示出了与控制电路300相似的排气阀控制电路400。控制电路400处于解扣状态(使得电路400的电容器430放电的S2位置)，以通过两个正常关闭的控制器接口302和402以及一个能量存储电容器430控制排气阀172和174。该电路源于电路300，并很多元件重复图2并相应地标记。然而，控制器402和二极管410与控制器302和二极管316并联配置以使得能够分开、实时和独立地操纵由电阻器302、322代表的阀172、174。注意电磁开关404在继电器306上具有三个电开关，以代替电磁开关308的两个电开关。
参照图4，可替换的实施方式示出了与电路300和400相似的双排气阀控制电路500。控制电路500示出了在解扣状态下(使得它们电路的电容器放电的S2位置)的每个开关308和开关508，用于通过两个正常关闭控制器接口302和402以及两个能量存储电容器530和532控制排气阀172和174。控制器304代表控制计算机164、在控制器逻辑166中的快速关闭逻辑和通过计算机164控制以使得继电器306的继电器电路接地的安全开关。控制器502代表控制计算机164、在控制器逻辑166中的快速关闭逻辑和通过计算机164控制以使得继电器504的继电器电路接地的安全开关。图4的双电路每一个被理解为基本上是电路300的复制品，除了电阻器320、322代表的阀172、174的完全独立控制。这种设置规定了与每个阀分别相应的所有电路元件的定制和独立尺寸，从而，例如电阻器310和电阻器506具有独立的大小，电容器530和电容器532以及它们可比较的充电电阻器310和506以及它们可比较的二极管312和512都具有独立的大小，以及放电二极管520和522也具有独立的大小，从而使得完全独立地操作阀174和172。控制器502、402、304和302中的可执行逻辑166的完全独立的可执行逻辑段也能够在电路500中。
应当理解的是，在可替换实施方式中，在对燃料电池系统100提供控制和关闭时，也通过计算机164来调整其它控制元件(未示出)。在一个实施方式中，例如，在正常关闭中氮净化(未示出)作用为强有力地替换燃料电池堆122中的剩余氢。在另一实施方式中，在燃料电池堆122和阀172之间的流体连接之前，关闭燃料处理器112之间的隔断阀，从而在关闭期间燃料处理器112与燃料电池堆122隔离。
本发明的好处是提供燃料电池的关闭；在燃料电池动力系统的电源发生故障后提供对催化剂的保护；当条件共同地表明这种操作事件的需要时，提供适当关闭燃料电池堆和/或燃料电池堆组的基础；以及提供燃料电池动力系统操作的最优效率，因为最小化了排气系统中的寄生电力的使用。在排气后的排气阀关闭后，还防止了剩余氢燃料和空气的关闭后混合以及燃料电池堆的内部通道的污染。最小化燃料电池部件故障的“多米诺效应”也是关闭时恰当排气管理的附加好处。在一些实施方式中，电容器设计为在燃料电池系统维持充足的氢以使得能够快速重新启动。本发明还使得空气敏感催化剂的设计选择能够使用在燃料电池动力系统的燃料处理器中。
本发明的描述本身仅是示意性的，因此不脱离本发明要点的各种变化均包含在本发明的范围内。不能认为这些变化超出了本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种燃料电池系统，包括具有阳极入口和阳极出口的燃料电池；与所述阳极入口流体连接的反应物燃料源；放置在所述反应物燃料源和所述阳极入口之间的常闭阀，响应于控制信号可操作来选择性地将反应物燃料从所述燃料电池排出；以及与所述常闭阀通信的控制器，该控制器包括产生所述控制信号的关闭控制电路，当所述控制信号小于关闭阈值时，该关闭控制电路选择性地打开所述常闭阀。
2.权利要求1的燃料电池，还包括耦合到所述常闭阀以定位所述常闭阀的电磁开关，所述电磁开关可定位在第一位置和第二位置之间，当所述控制信号大于或等于所述关闭阈值时该第一位置用于将所述常闭阀定位在关闭位置；当所述控制信号电路小于所述关闭阈值时将该第二位置所述常闭阀定位在打开位置，以将所述反应物燃料排出所述燃料电池。
3.权利要求1的燃料电池，还包括与所述控制器通信的所述继电器电路中的开关，以及用于为所述安全开关定义可操作状态变量的所述控制器中的可执行逻辑，其中当所述可执行逻辑定义了所述操作状态变量的关闭值时，所述开关使得所述继电器电路电接地以电闭合所述关闭控制电路，从而打开所述常闭阀，从而所述常闭阀将所述反应物燃料排出所述燃料电池。
4.权利要求1的燃料电池，其中，所述关闭控制电路还包括离散电能存储器，它充分大以便打开常闭阀直至将相当大体积的所述反应物燃料排出所述燃料电池。
5.权利要求4的燃料电池，其中，所述离散电能存储器包括电容器。
6.权利要求1的燃料电池，其中，所述常闭阀是电磁阀，响应于所述控制信号，所述电磁阀可定位在关闭位置和打开位置之间。
7.权利要求6的燃料电池，还包括在与所述控制器计算机通信的所述电磁阀的继电器电路中的开关，在所述控制器中的可执行逻辑，用于为所述开关定义可操作状态变量，其中当所述可执行逻辑为所述可操作状态变量定义了关闭值时，所述开关使得所述继电器电路电接地，从而打开所述电磁阀。
8.权利要求6的燃料电池，其中，所述关闭控制电路还包括足以打开所述电磁阀直至将所述反应物燃料排出所述燃料电池的离散电能存储器。
9.权利要求8的燃料电池，其中，所述离散电能存储器包括电容器。
10.一种用于给燃料电池动力系统中的燃料电池堆排气的方法，包括提供放置在燃料源和燃料电池堆入口之间的常闭排气阀；确定燃料电池动力系统的诊断参数；当所述诊断参数不在可接受的工作范围内时，产生关闭控制信号；以及响应于所述关闭控制信号，通过打开与燃料电池堆流体连接的常闭阀将反应物燃料排出燃料电池堆。
11.权利要求10的方法，还包括在将相当大体积的所述反应物燃料排出所述燃料电池后关闭所述常闭阀。
12.权利要求10的方法，其中，所述排气还包括响应于发送控制信号给螺线管通电以打开所述常闭阀，此后断开对所述螺线管的通电以允许所述常闭阀关闭。
13.权利要求12的方法，还包括存储充足的电能以将所述常闭阀维持在打开位置直到相当大体积的所述反应物燃料排出所述燃料电池，以及通过所述充足的电能操作所述螺线管。
14.权利要求13的方法，其中，所述存储包括将所述充足的电能存储在电能存储元件中。
15.权利要求10的方法，还包括通过控制器确定所述诊断参数，通过所述控制器中的可执行逻辑从所述诊断参数中定义关闭控制信号，以及当所述诊断参数在所述可接受的工作范围之外时，将所述关闭控制信号从所述控制器传送至所述常闭阀。
16.权利要求15的方法，其中，所述排气还包括响应于发送控制信号给螺线管通电以打开所述常闭阀，此后给所述螺线管断电以允许所述常闭阀关闭。
17.权利要求16的方法，还包括存储充足的电能以将所述常闭阀维持在打开位置直到相当大体积的所述反应物燃料排出所述燃料电池，以及通过所述充足的电能操作所述螺线管。
18.权利要求17的方法，其中，所述存储包括将所述充足的电能存储在电能存储元件中。
全文摘要
当诊断参数在容许的工作范围之外时，采用出故障时自动关闭的阀利用存储的能量(例如，来自电容器)排出和清除燃料电池中的氢。该阀在耗尽存储的能量之后关闭。电磁开关(或电磁阀)的继电器电路中的安全开关仍然通过计算机实现的关闭而接地。本发明的好处包括使用空气可容性催化剂、使得功率输出的寄生损失最小化、使得排气后燃料电池内表面的污染最小化、使得形成爆炸性混合物的危险最小化以及能够有效地操作。
文档编号H01M8/04GK1833332SQ200480022758
公开日2006年9月13日 申请日期2004年7月28日 优先权日2003年8月8日
发明者B·J·克林格尔曼, K·马拉瓦拉普, B·蒂普顿, R·J·罗德斯, R·查尔范特 申请人:通用汽车公司