本公开大体上涉及用于从燃料电池堆吹扫水或气体的系统和方法。
背景技术：
1、燃料电池堆可从在燃料电池中发生的电化学反应以直流（dc）的形式发电。燃料电池堆大体上包括串联电连接、压缩和结合以提供简单紧凑电源的多于一个燃料电池组件。堆可由附加的子系统（例如，燃料处理子系统、空气处理子系统和/或冷却剂子系统）支持以实现操作。
2、燃料电池堆的阳极或燃料侧可作为关闭系统操作，以防止意外损失燃料，并且改进燃料消耗和效率。然而，液体和气体形式的水和其它气体（例如，n2）可在阳极入口处积聚。为了控制或管理水和气体的积聚，通常需要定期吹扫关闭的阳极系统。吹扫的气体可由新鲜燃料（例如，新鲜h2）替换以保持燃料电池堆内的燃料的浓度。
3、从燃料电池堆吹扫水和/或气体的管理可主导吹扫策略，并且指导吹扫方法的实施。本文中描述的是用于设计、实施和/或控制燃料电池或燃料电池堆中的吹扫策略的系统和方法。本文中还描述了确定针对液体和气体排放物的组合吹扫策略或分开吹扫策略的实施的系统和方法。
技术实现思路
1、包括本发明的实施例以满足这些和其它需要。
2、一方面，本文中描述的是一种燃料电池系统，其包括：包括端板的燃料电池堆、构造成连接到燃料电池堆的端板以用于从阳极排放物去除水和气体的排放阀系统，以及构造成连接到排放阀系统以用于调节排放阀系统的操作的控制器。排放阀系统包括多相阀系统或分开阀系统。由控制器对排放阀系统的操作包括打开多相阀系统或分开阀系统以在从阳极排放物去除气体之前去除水。
3、在一些实施例中，排放阀系统可为至少包括第一阀和第二阀的分开阀系统。在一些实施例中，第一阀可包括用于去除水的排出阀并且第二阀包括用于去除气体的气体阀。排出阀可包括水位传感器或水分离器装置。
4、在一些实施例中，控制器可基于燃料电池堆操作条件、操作的时间、反馈回路、燃料电池堆压力、一个或多个查找映射、或一个或多个模型来控制或管理排放阀系统。在一些实施例中，燃料电池系统可进一步包括喷射器，并且控制器可基于通过喷射器的再循环回路中的压力的任何变化来调节排放阀系统的操作。在一些实施例中，燃料电池系统可进一步包括喷射器，并且控制器可基于喷射器中的喷嘴的尺寸来补偿吹扫。在一些实施例中，排放阀系统可包括比例阀。在一些实施例中，排放阀系统可包括在燃料电池堆的第一端处的用于去除水和气体的多相阀系统，以及在燃料电池堆的第二端处的分开阀系统。分开阀系统可包括用于去除水的第一阀和用于去除气体的第二阀。在一些实施例中，燃料电池系统的第一端是干端，并且燃料电池系统的第二端是湿端，或其中燃料电池系统的第一端可为湿端，并且燃料电池系统的第二端可为干端。
5、另一方面，本文中描述了一种操作燃料电池系统的方法。该方法包括使用排放阀系统从阳极排放物去除水和气体；监测包括阳极入口、阳极出口、阴极入口和阴极出口的燃料电池堆的性能；以及基于包括一个或多个查找映射的燃料电池堆的操作条件，使用控制器控制排放阀系统。
6、在一些实施例中，一个或多个查找映射包括基于在不同电流密度下在阳极出口处收集的水、阴极化学计量、使用电池电压监测测量的最大电池电压差、使用电池电压监测测量的最小电池电压差、跨过阳极出口和阳极入口的压力差、或不同环境条件下的3d吹扫映射的数据或信息。在一些实施例中，监测燃料电池堆的性能可包括控制器使用电池电压监测电路板分析跨过燃料电池堆的电池电压。在一些实施例中，排放阀系统可包括分开阀系统，分开阀系统包括用于去除水的第一阀和用于去除气体的第二阀。第一阀和第二阀两者可在燃料电池堆的湿端处或干端处。
7、在一些实施例中，控制包括分开阀系统的排放阀系统可包括：在液位开关检测到水位高于阈值时打开第一阀达时间段，以及与第一阀的打开协调或相反地打开第二阀。该时间段可由控制器基于包括第一查找映射的操作条件来确定。第一阀或第二阀的打开可基于开环控制策略。
8、在一些实施例中，第二阀的打开可由控制器基于第二模型来确定，该第二模型校准以基于燃料电池堆的操作条件来估计跨越气体的积聚。在一些实施例中，排放阀系统可包括比例阀。
9、在一些实施例中，包括用于去除水的第一阀和用于去除气体的第二阀的分开阀系统可在湿端处。控制排放阀系统可包括控制器：在液位开关检测到水位高于阈值时打开第一阀以用于排出水达第一时间段，并且在排出水之后保持第一阀打开达第二时间段以用于吹扫气体。第一时间段或第二时间段可基于包括一个或多个查找映射的燃料电池堆的操作条件。在一些实施例中，排放阀系统可包括比例阀。
10、在一些实施例中，排放阀系统可包括在干端处的用于去除水和用于去除气体的多相阀系统，以及在湿端处的用于去除水和用于去除气体的分开阀系统。控制排放阀系统可包括控制器：在燃料电池堆以防止水由分开阀系统收集在湿端处的定向倾斜时打开多相阀系统，保持多相阀系统打开达第一时间段以用于吹扫水，并且在吹扫水之后保持多相阀打开达第二时间段以用于吹扫气体。第一时间段或第二时间段可基于燃料电池堆的操作条件、燃料电池堆操作的持续时间、燃料电池堆中的反馈回路、燃料电池堆压力、一个或多个查找映射、或一个或多个模型。在一些实施例中，排放阀系统可包括比例阀。
1.一种燃料电池系统，包括：
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述排放阀系统是至少包括第一阀和第二阀的分开阀系统。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括喷射器，并且所述控制器基于通过所述喷射器的压力的任何变化来调节所述排放阀系统的操作。
4.根据权利要求1所述的燃料电池堆系统，进一步包括喷射器，并且所述控制器基于所述喷射器中的喷嘴的尺寸来补偿吹扫。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述排放阀系统包括比例阀。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述排放阀系统包括在所述燃料电池堆的第一端处的用于去除水和气体的多相阀系统，以及在所述燃料电池堆的第二端处的分开阀系统，其中所述分开阀系统包括用于去除水的第一阀和用于去除气体的第二阀。
7.一种操作燃料电池系统的方法，包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或多个查找映射包括基于在不同电流密度下在所述阳极出口处收集的水、阴极化学计量、使用电池电压监测测量的最大电池电压差、使用电池电压监测测量的最小电池电压差、跨过阳极出口和阳极入口的压力差、或不同环境条件下的3d吹扫映射的数据或信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，监测所述燃料电池堆的性能包括所述控制器使用电池电压监测电路板分析跨过所述燃料电池堆的电池电压。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述排放阀系统包括分开阀系统，所述分开阀系统包括用于去除水的第一阀和用于去除气体的第二阀，并且其中所述第一阀和所述第二阀两者处于所述燃料电池堆的湿端处或干端处。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，控制包括所述分开阀系统的所述排放阀系统包括：
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二阀的打开由所述控制器基于第二模型来确定，所述第二模型校准以基于所述燃料电池堆的操作条件来估计跨越气体的积聚。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述排放阀系统包括比例阀。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，包括用于去除水的所述第一阀和用于去除气体的所述第二阀的所述分开阀系统在所述湿端处，并且其中控制所述排放阀系统包括所述控制器：
15.根据权利要求7所述的方法，其中，所述排放阀系统包括在干端处的用于去除水和用于去除气体的多相阀系统，以及在湿端处的用于去除水和用于去除气体的分开阀系统，并且其中控制所述排放阀系统包括所述控制器：