專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于使陰
極催化劑還原并容易去除燃料電池內(nèi)部產(chǎn)生的反應(yīng)物和未反應(yīng)物的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是利用燃料(例如氫或重整氣)和氧化劑(例如氧或空氣)以電化學(xué)方 式產(chǎn)生電功率的裝置。即，燃料電池從外部裝置連續(xù)地接收燃料(例如氫或重整氣)和氧 化劑(例如氧或空氣)，并將燃料和氧化劑通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換為電能。
純氧或富氧空氣(g卩，含大量氧的空氣)被用作燃料電池的氧化劑，純氫或富氫燃 料(即，含大量氫的燃料)被用作燃料。富氫燃料可以是通過重整碳化氫燃料(例如液化 天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)和CH30H)來生產(chǎn)的燃料。 聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)是燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)示例。PEMFC具有高輸 出強(qiáng)度和高能量轉(zhuǎn)換效率，并且在低溫(例如8(TC以下)下可操作。另外，PEMFC能夠縮小 尺寸、能夠關(guān)閉并且能夠密封。因此，PEMFC通?？梢栽谠S多領(lǐng)域(例如，電動(dòng)車、家用功率 發(fā)生器、移動(dòng)通信設(shè)備、軍事設(shè)備和醫(yī)用設(shè)備)中用作電源。 PEMFC包括用于從燃料產(chǎn)生包含大量氫的重整氣的重整器，以及用于從重整氣產(chǎn) 生電功率的燃料電池堆(fuel cell stack)。燃料電池堆接收氧和重整氣，并通過氧和氫的 反應(yīng)來產(chǎn)生電功率。 以高驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)PEMFC，能夠減少燃料的使用，使得驅(qū)動(dòng)效率高。然而，PEMFC的 高電壓驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致燃料電池堆中的陰極被氧化，從而使陰極催化劑活性劣化。在燃料電池堆 的陰極中通常使用碳負(fù)載鉑催化劑(即，碳顆粒中負(fù)載有鉑顆粒)作為陰極催化劑。當(dāng)氧 化劑被供應(yīng)給燃料電池堆時(shí)，在陰極催化劑上形成氧化膜。該氧化膜使催化劑活性劣化，并 且氧化劑使碳粒子在驅(qū)動(dòng)時(shí)氧化。 另外，在反應(yīng)過程中產(chǎn)生未反應(yīng)物。如果不去除未反應(yīng)物，則未反應(yīng)物堵塞堆的通 道。結(jié)果，會(huì)產(chǎn)生淹沒問題(flooding problem)。淹沒問題是燃料電池堆的壽命縮短的主 要原因。 提出該背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅僅是為了增加對(duì)本發(fā)明的理解，因此， 它可包括未形成為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的部分的信息。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，燃料電池系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法通過同時(shí)抑制燃料電池堆的劣 化并容易地去除未反應(yīng)物實(shí)現(xiàn)了改善了的壽命。 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，一種驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的方法包括以下步驟 在持續(xù)地將燃料供應(yīng)到燃料電池堆的同時(shí)，將第一量的氧化劑(比正常量的氧化劑少)供 應(yīng)到燃料電池堆；將第二量的氧化劑(比正常量的氧化劑多)供應(yīng)到燃料電池堆；將第三 量的氧化劑(正常量)供應(yīng)到燃料電池堆。如在此使用的，氧化劑的"正常量"指的是在正常驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下供應(yīng)的氧化劑的量，該正常量可根據(jù)采用的燃料電池的類型及其容量而改變 (這是本領(lǐng)域所公知的)。 在供應(yīng)第一量的氧化劑的同時(shí)，燃料電池堆的電壓可降低至在陰極內(nèi)部形成還原 氣氛的還原電壓。還原電壓可以從大約0. 5V至0. 0V。 供應(yīng)到燃料電池堆的第一量的氧化劑可以是第三量(S卩，正常量)的大約75%至 大約85%。第一量的氧化劑可被供應(yīng)大約2秒至大約5秒的時(shí)間段。第二量的氧化劑可以 是第三量的大約120%至大約150%。第二量的氧化劑可被供應(yīng)大約2秒至大約5秒的時(shí) 間段。在供應(yīng)第二量的氧化劑過程中，可去除殘留在燃料電池堆中的未反應(yīng)物和反應(yīng)物。
燃料電池系統(tǒng)還可包括用來控制氧化劑的供應(yīng)的氧化劑泵或氧化劑控制閥。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，一種燃料電池系統(tǒng)包括膜電極組件、燃料電池 堆、燃料供應(yīng)單元、氧化劑供應(yīng)單元和控制器。膜電極組件包括電解質(zhì)膜、在電解質(zhì)膜一側(cè) 的陰極和在電解質(zhì)膜另一側(cè)的陽極。燃料電池堆包括多個(gè)功率發(fā)生器，功率發(fā)生器具有在 膜電極組件的兩側(cè)的分隔件。燃料供應(yīng)單元將燃料供應(yīng)到燃料電池堆，氧化劑供應(yīng)單元將 氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆。控制器控制燃料電池系統(tǒng)的組成元件，以順序地將第一量的氧 化劑供應(yīng)到燃料電池堆、將第二量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆、將第三量的氧化劑供應(yīng)到 燃料電池堆。第一量的氧化劑是量比正常量的氧化劑少的氧化劑，第二量的氧化劑是量比 正常量的氧化劑多的氧化劑，第三量的氧化劑是正常量的氧化劑。如上所述，氧化劑的"正 常量"指的是在正常驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下供應(yīng)的氧化劑的量。 控制器可將是第三(正常)量的大約75%至大約85%的第一量的氧化劑供應(yīng)到 燃料電池堆，從而使燃料電池堆的電壓降低至在陰極內(nèi)部形成還原氣氛的還原電壓。還原 電壓可以是大約0.5V至大約0.0V?？刂破骺蓪⑹堑谌?正常)量的大約120%至大約 150%的第二量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆。 燃料電池系統(tǒng)還可包括與控制器連通的氧化劑泵或氧化劑控制閥，以控制供應(yīng)到 燃料電池堆的氧化劑的量。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過減少氧化劑的供應(yīng)來形成還原氣氛，從而使被氧化的 陰極催化劑還原，顯著地防止了燃料電池堆的劣化。另外，隨后增加氧化劑的供應(yīng)能夠使殘 留在燃料電池堆內(nèi)部的反應(yīng)物和未反應(yīng)物容易去除。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。
圖2是圖1的燃料電池堆的分解透視圖。 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法的流程圖。 圖4是比較由根據(jù)示例1的方法驅(qū)動(dòng)的燃料電池系統(tǒng)的性能與由對(duì)比示例1的方
法驅(qū)動(dòng)的燃料電池系統(tǒng)的性能的曲線圖。 圖5是由根據(jù)示例1的方法驅(qū)動(dòng)的燃料電池堆的壽命的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以以各種不同的方式來修改
5示出和描述的實(shí)施例。 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。參照附圖，燃料電 池系統(tǒng)100可采用聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC) ， PEMFC通過重整燃料來產(chǎn)生氫，并通 過氫和氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電能。然而，應(yīng)該理解的是，可使用任何合適的燃料電池， 并且本發(fā)明不限于PEMFC。例如，燃料電池系統(tǒng)可采用含氫的液態(tài)燃料或氣態(tài)燃料，例如，甲 醇、乙醇、液化石油氣(LPG)、液化天然氣(LNG)、汽油和丁烷氣。合適的可選燃料電池的非 限制性示例包括直接氧化燃料電池(D0FC)，在D0FC中，燃料電池堆20利用功率發(fā)生器通過 使氧與液態(tài)燃料或氣態(tài)燃料直接反應(yīng)來產(chǎn)生電能。 一種示例性的DOFC是直接甲醇燃料電 池，在直接甲醇燃料電池中，甲醇與氧直接反應(yīng)來產(chǎn)生電能。 用于燃料電池系統(tǒng)100的燃料可以是液態(tài)或氣態(tài)碳?xì)淙剂?，例如，甲醇、乙醇、?然氣和LPG。燃料電池系統(tǒng)100可使用空氣或儲(chǔ)存在氧化劑儲(chǔ)存單元中的氧氣作為與氫反 應(yīng)的氧化劑。 在一個(gè)實(shí)施例中，燃料電池系統(tǒng)100包括重整器30，用于通過燃料產(chǎn)生重整氣； 燃料電池堆20，連接到重整器30，用于通過重整氣和氧化劑的反應(yīng)來產(chǎn)生電功率；燃料供 應(yīng)單元10 ，用于向重整器30供應(yīng)燃料；氧化劑供應(yīng)單元50 ，用于向燃料電池堆20供應(yīng)氧化 劑。 重整器30通過重整反應(yīng)將液態(tài)燃料重整為重整氣。燃料電池堆20利用重整的重
整氣來產(chǎn)生電功率。另外，重整器30使重整氣中含有的一氧化碳的濃度降低。
重整器30包括重整單元，通過將液態(tài)燃料重整來產(chǎn)生重整氣；一氧化碳減少器
(reducer)，用于使重整氣中的一氧化碳的濃度降低。重整單元通過諸如蒸汽重整反應(yīng)、部
分氧化反應(yīng)和放熱反應(yīng)的催化反應(yīng)將燃料轉(zhuǎn)化為富氫重整氣(即，含大量氫的重整氣)。 —氧化碳減少器利用諸如水煤氣變換反應(yīng)(water-gas shift reaction)和選擇
氧化的催化反應(yīng)或利用使用膜的氫凈化來使重整氣中含有的一氧化碳的濃度降低。 在可選實(shí)施例中，可省略重整器。如上所述，本發(fā)明的一些實(shí)施例包括不需要重整
器的燃料電池。例如，由于直接氧化燃料電池的燃料不需要被重整，而是直接提供到燃料電
池堆，所以直接氧化燃料電池不需要包括重整器。 燃料供應(yīng)單元10連接到重整器30。燃料供應(yīng)單元10包括用于儲(chǔ)存液態(tài)燃料的燃 料箱51和連接到燃料箱51的燃料泵11。燃料泵11以特定的抽汲功率(pumping power) 將儲(chǔ)存在燃料箱51內(nèi)部的液態(tài)燃料輸送到重整器。 氧化劑供應(yīng)單元50連接到燃料電池堆20，并且氧化劑供應(yīng)單元50包括以特定的 抽汲功率吸入外部空氣并將外部空氣供應(yīng)到燃料電池堆20的氧化劑泵13。氧化劑泵13可 與控制器70連通，控制器70控制氧化劑泵13，從而控制對(duì)燃料電池堆的氧化劑的供應(yīng)。
在可選實(shí)施例中，燃料電池系統(tǒng)還可包括在燃料電池堆20和氧化劑供應(yīng)單元50 之間的氧化劑控制閥(未示出)。氧化劑控制閥與控制器70連通，控制器70控制氧化劑控 制閥，從而控制氧化劑的供應(yīng)。在該實(shí)施例中，控制器70控制閥門而不是氧化劑泵13。然 而，在省略該閥門的實(shí)施例中，控制器控制氧化劑泵13來控制氧化劑的供應(yīng)。
圖2是圖1的燃料電池堆的分解透視圖。參照?qǐng)D1和圖2，燃料電池系統(tǒng)100的燃 料電池堆20包括通過引起重整氣和氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)來產(chǎn)生電能的多個(gè)功率發(fā) 生器24。每個(gè)功率發(fā)生器24是產(chǎn)生電功率的單元電池，并且包括膜電極組件(MEA)21以及分隔件23和25。 MEA使燃料中的氫氧化并且使氧化劑中的氧還原，分隔件23和25將燃料 和氧化劑供應(yīng)到膜電極組件21。分隔件23和25也可稱為雙極板。 每個(gè)功率發(fā)生器24包括膜電極組件21以及在膜電極組件21的兩側(cè)的分隔件23 和25。膜電極組件21包括電解質(zhì)膜，在膜電極組件21中心；陰極，在電解質(zhì)膜的一側(cè)；陽
極，在電解質(zhì)膜的另一側(cè)。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過順序地排列多個(gè)功率發(fā)生器24來形成燃料電池 堆20。這里，在燃料電池堆20的最外側(cè)的分隔件被稱為端板27。 如上所述，燃料電池系統(tǒng)100還包括控制器70?？刂破?0連接到燃料供應(yīng)單元 10、氧化劑供應(yīng)單元50、氧化劑控制閥和負(fù)載60，控制器70控制燃料電池系統(tǒng)100的整體 操作。如在上面所討論的，控制器70控制氧化劑供應(yīng)單元中的泵13，或者控制閥，從而控制 氧化劑的供應(yīng)。 負(fù)載60電連接到燃料電池堆20，并消耗燃料電池堆20產(chǎn)生的電能。負(fù)載60可以 是任何種類的電子裝置，例如汽車的馬達(dá)、將直流(DC)轉(zhuǎn)換為交流(AC)的轉(zhuǎn)換器、家用電 加熱設(shè)備。 圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法的流程圖。參照?qǐng)D 3，燃料電池系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟在步驟S101，在連續(xù)地將燃料供應(yīng)到燃料電池 堆的同時(shí)，將第一量的氧化劑(少于氧化劑的正常量)供應(yīng)到燃料電池堆，從而降低燃料電 池堆的電壓；在步驟S102，將第二量的氧化劑(多于正常量)供應(yīng)到燃料電池堆；在步驟 S103，將第三量的氧化劑(正常量)供應(yīng)到燃料電池堆。如上所述，氧化劑的"正常量"是 在正常驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下供應(yīng)的氧化劑的量，"正常量"可根據(jù)燃料電池的種類和容量而變化。
在步驟S101供應(yīng)第一量的氧化劑中，在驅(qū)動(dòng)燃料電池堆期間持續(xù)供應(yīng)燃料的同 時(shí)，通過減少氧化劑的供應(yīng)，將量減少了的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆。第一量的氧化劑是第 三量(正常量)的氧化劑的大約75%至大約85%。如果第一量的氧化劑少于正常量的大 約75% ，則反向電壓被施加到燃料電池堆，并且燃料電池系統(tǒng)會(huì)劣化，或者在隨后供應(yīng)正常 量的氧化劑時(shí)碳粒子會(huì)腐蝕。如果第一量的氧化劑多于正常量的大約85%，則可能要更長 的時(shí)間來降低燃料電池堆20的電壓，將難以形成還原氣氛，并且可能不能使催化劑穩(wěn)定地 還原。 在氧化劑的供應(yīng)被降低至第一量的同時(shí)，可通過控制恒壓來使燃料電池堆20的 電壓降低至大約OV。這里，燃料電池堆20的電壓被降低至在陰極內(nèi)部形成還原氣氛的還原 電壓。所述還原電壓可被設(shè)為從大約0.5V至大約0.0V。當(dāng)燃料電池堆20的內(nèi)部電壓在減 少氧化劑供應(yīng)的同時(shí)被降低至還原電壓時(shí)，由于在陰極中形成了還原氣氛，所以可在幾秒 內(nèi)使被氧化的催化劑還原。 在驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的過程中，陰極的被氧化的鉑Pt催化劑不期望地降低了活 性。因此，根據(jù)本實(shí)施例的實(shí)施例，如果在陰極中形成還原氣氛，則通過使Pt催化劑還原， 能夠容易且基本地去除催化劑中毒。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如果在減少氧化劑的供應(yīng)(而不是完全切斷氧化劑的供 應(yīng))之后，電壓降低，則能夠防止反向電壓施加到燃料電池堆20 。 在步驟S102供應(yīng)第二量的氧化劑中，在降低電壓之后，增加供應(yīng)到燃料電池堆20 的氧化劑的量。當(dāng)氧化劑供應(yīng)增加時(shí)，可通過將第二量(增大的量)的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆20來去除未反應(yīng)物和反應(yīng)物。這里，第二量的氧化劑比第三量(正常量)的氧化劑 多。第二量的氧化劑可以是第三量(正常量)的大約120%至大約150%，并且第二量的氧 化劑被可供應(yīng)大約2秒至大約5秒的時(shí)間段。 如果第二量的氧化劑少于第三量(正常量)的大約120%，則不能完全去除反應(yīng)產(chǎn) 物。如果第二量的氧化劑多于第三量(正常量)的大約150%，則會(huì)由于急劇氧化(abrupt oxidization)而使催化劑劣化。 當(dāng)在第一量(即，減少的量)的氧化劑之后供應(yīng)第二量的氧化劑時(shí)，在燃料電池堆
內(nèi)部由氧化劑產(chǎn)生的水和雜質(zhì)能夠被在高壓(即，比正常驅(qū)動(dòng)條件下的壓強(qiáng)高的壓強(qiáng))下
供應(yīng)的過量(即，第二量)的氧化劑容易地去除。由于沒有完全切斷氧化劑的供應(yīng)，所以能
夠防止碳粒子被氧化，切斷氧化劑然后重新供應(yīng)氧化劑時(shí)會(huì)出現(xiàn)碳粒子的氧化。 在步驟S103將第三(正常)量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆20中，通過在利用供
應(yīng)增加的氧化劑去除雜質(zhì)之后將正常量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆20，來在正常驅(qū)動(dòng)條件
下驅(qū)動(dòng)燃料電池堆20。然后，可在正常驅(qū)動(dòng)條件下產(chǎn)生電能。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100的方法通過供應(yīng)量減少了的氧化劑 來使催化劑還原。另外，可通過隨后供應(yīng)量增加了的氧化劑來容易地并基本地去除雜質(zhì)。結(jié) 果，能夠基本防止燃料電池堆的劣化，并且改善燃料電池堆的壽命。 燃料電池系統(tǒng)100包括控制器70，用來控制燃料電池系統(tǒng)的組成元件，以執(zhí)行驅(qū) 動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的方法?？刂破?0連接到燃料供應(yīng)單元10、氧化劑供應(yīng)單元50、氧化劑控 制閥(未示出)和負(fù)載60。控制器70控制燃料電池系統(tǒng)的組成元件，從而通過減少對(duì)燃 料電池堆20的氧化劑的供應(yīng)，順序地將第一量的氧化劑(少于正常量)供應(yīng)到燃料電池堆 20，降低燃料電池堆20的電壓；將第二量的氧化劑(多于正常量)供應(yīng)到燃料電池堆20 ; 將第三(正常)量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆。 此外，控制器70將供應(yīng)到燃料電池堆的氧化劑的量控制為第一 (減少的)量的氧 化劑，并控制供應(yīng)第一量的氧化劑的時(shí)間段?？刂破?0還控制燃料電池堆的電壓、電壓降 低的程度以及降低了的電壓施加的時(shí)間段。此外，控制器70將供應(yīng)到燃料電池堆的氧化劑 的量控制為第二 (增多的)量的氧化劑，并控制供應(yīng)第二量的氧化劑的時(shí)間段，以使燃料電 池堆中的催化劑還原，并去除內(nèi)部反應(yīng)物和未反應(yīng)物。 提出下面的示例僅僅是出于舉例說明的目的，并且不限制本發(fā)明的范圍。
示例1 這樣驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)，S卩，將第一量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆，其中，第一量 的氧化劑比正常量的氧化劑少。第一量的氧化劑供應(yīng)大約2秒至3秒。然后，將第二量的 氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆，其中，第二量的氧化劑比正常量的氧化劑多。第二量的氧化劑供 應(yīng)大約2秒至3秒。然后，將第三量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆，其中，第三量的氧化劑是 正常量的氧化劑(即，在正常驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下供應(yīng)的氧化劑的量)。以1小時(shí)的時(shí)間段來執(zhí)行整 個(gè)驅(qū)動(dòng)方法。 按示例1的方法驅(qū)動(dòng)的燃料電池系統(tǒng)在0. 65V和6(TC下顯示出了 450mW/cm2的初 始性能。陽極潤濕率(h咖idification rate)為80%，陰極處于干燥狀態(tài)。另外，燃料^。 與氧化劑stoi。的比(燃料stoi。氧化劑stoi。)為1. 2 : 2. 5。燃料stQl。是供應(yīng)到燃料電池的 燃料相對(duì)于產(chǎn)生電所需的最小量的燃料的測量值。相似地，氧化劑st。i。是供應(yīng)到燃料電池的氧化劑相對(duì)于產(chǎn)生電所需的最小量的氧化劑的測量值。
對(duì)比示例1 通過將正常量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆來驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)。 圖4是比較由根據(jù)示例1的方法驅(qū)動(dòng)的燃料電池系統(tǒng)的性能與由對(duì)比示例1的方
法驅(qū)動(dòng)的燃料電池系統(tǒng)的性能的曲線圖。如圖4所示，由對(duì)比示例1的方法驅(qū)動(dòng)的燃料電池
系統(tǒng)的性能明顯比根據(jù)示例1驅(qū)動(dòng)的燃料電池系統(tǒng)的性能差。具體地說，由示例1的方法
驅(qū)動(dòng)的燃料電池系統(tǒng)顯示出的劣化明顯比由對(duì)比示例1的方法驅(qū)動(dòng)的燃料電池的劣化低。
因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例1的方法基本上防止了燃料電池堆的劣化。 圖5是示出由示例1的方法驅(qū)動(dòng)的燃料電池堆的壽命的曲線圖。在驅(qū)動(dòng)燃料電池
堆200小時(shí)(包括10小時(shí)的驅(qū)動(dòng)和2小時(shí)的休息的序列)之后分析壽命。如圖5所示，即
使燃料電池堆被驅(qū)動(dòng)100小時(shí)以上，燃料電池的性能也沒有劣化。 雖然已經(jīng)參照特定的示例性實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)所描述 的實(shí)施例進(jìn)行各種修改和改變。
權(quán)利要求
一種燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆，被構(gòu)造為使燃料與氧化劑反應(yīng)來產(chǎn)生電能；氧化劑供應(yīng)單元，被構(gòu)造為將氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆；控制器，被構(gòu)造為控制氧化劑從氧化劑供應(yīng)單元向燃料電池堆的供應(yīng)，其中，控制器被構(gòu)造為順序地將第一量的氧化劑、第二量的氧化劑和第三量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆，其中，第一量的氧化劑比第三量的氧化劑少，第二量的氧化劑比第三量的氧化劑多。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)還包括被構(gòu)造為將燃料供應(yīng) 到燃料電池堆的燃料供應(yīng)單元。
3. 如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)還包括重整器。
4. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)還包括氧化劑控制閥，通過 氧化劑控制閥將氧化劑從氧化劑供應(yīng)單元供應(yīng)到燃料電池堆，其中，氧化劑控制閥響應(yīng)于 控制器來打開和關(guān)閉，從而控制供應(yīng)到燃料電池堆的氧化劑的量。
5. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)還包括氧化劑泵，通過氧化 劑泵將氧化劑從氧化劑供應(yīng)單元供應(yīng)到燃料電池堆，其中，氧化劑泵響應(yīng)于控制器來控制 供應(yīng)到燃料電池堆的氧化劑的量。
6. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，燃料電池堆包括多個(gè)功率發(fā)生器。
7. 如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，每個(gè)功率發(fā)生器包括膜電極組件和至少 一個(gè)分隔件，其中，膜電極組件包括被電解質(zhì)膜分隔開的陽極和陰極。
8. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，第一量的氧化劑是第三量的氧化劑的 75%至85%。
9. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，第二量的氧化劑是第三量的氧化劑的 120%至150%。
10. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)還包括連接到燃料電池堆 的負(fù)載，所述負(fù)載被構(gòu)造為消耗由燃料電池堆產(chǎn)生的電能。
11. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)還包括燃料供應(yīng)單元，被 構(gòu)造為將燃料供應(yīng)到燃料電池堆；負(fù)載，連接到燃料電池堆，被構(gòu)造為消耗由燃料電池堆產(chǎn) 生的電能，其中，控制器還被構(gòu)造為控制對(duì)燃料電池堆的燃料的供應(yīng)，并控制對(duì)負(fù)載的電能 的供應(yīng)。
12. —種驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 提供包括燃料電池堆的燃料電池系統(tǒng)； 將燃料供應(yīng)到燃料電池堆；首先，將第一量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆，以降低燃料電池堆的電壓； 第二，將第二量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆；第三，將第三量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆，從而驅(qū)動(dòng)燃料電池堆，其中，第一量的氧 化劑比第三量的氧化劑少，第二量的氧化劑比第三量的氧化劑多，燃料和氧化劑在燃料電 池堆中反應(yīng)以產(chǎn)生電能。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，第一量的氧化劑是第三量的氧化劑的75%至 85%。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，第二量的氧化劑是第三量的氧化劑的120%至
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，燃料電池堆包括多個(gè)功率發(fā)生器，每個(gè)功率發(fā)生 器包括膜電極組件，所述膜電極組件包括被電解質(zhì)膜分隔開的陽極和陰極，第一量的氧化 劑是足以使燃料電池堆的電壓降低以在功率發(fā)生器的陰極中產(chǎn)生還原氣氛的量。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，在首先將第一量的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆的 步驟中，燃料電池堆的電壓被降低至0V和0. 5V之間的電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃料電池系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池的驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟在持續(xù)地將燃料供應(yīng)到燃料電池堆的同時(shí)，將第一量的氧化劑(比正常量的氧化劑少)供應(yīng)到燃料電池堆；將第二量的氧化劑(比正常量多)供應(yīng)到燃料電池堆；將第三量的氧化劑(在正常驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下供應(yīng)的正常量的氧化劑)供應(yīng)到燃料電池堆。
文檔編號(hào)H01M8/06GK101752588SQ20091017191
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者安圣鎮(zhèn), 徐晙源, 樸俊泳, 李致承, 李辰華 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社