专利名称：寒冷条件下精准测量压力的燃料电池模块设计的制作方法
技术领域：
0001本发明涉及燃料电池系统，更具体地，涉及包含燃料电池堆和压
力传感器的燃料电池系统，其中提供了在其中设有流量限制装置的旁路管道，以使流体在燃料电池堆的周围旁路通过，从而抑制了湿气在与压力传感器流体连通的管道中的积聚。
背景技术：
0002燃料电池组件将燃料和氧化剂转化为电。一种类型的燃料电池组件使用质子交换膜(下文称作"PRM")来使燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气或氧)的催化反应更便利以生成电。PEM是一种固体聚合物电解质
更便利地从阳极到"极转;。
0003在一种典型的燃料电池组件中，单独的燃料电池板包括沟渠，各种反应物、冷却流体和由反应物在该组件工作期间所形成的副产品水流经该沟渠。当燃料电池组件比周围环境更暖时，燃料电池组件中的水蒸气可凝结。在零度以下的环境温度下，凝结物可在燃料电池组件中形成冰。凝结物和冰的存在可影响燃料电池組件的性能，
0004在燃料电池组件工作期间，来自燃料电池反应的废热加热了该组件并抑制了在该组件中蒸汽的凝结和冰的形成。然而，凝结物可流经该系统并在遍及燃料电池系统的管道中积聚，例如在燃料电池系统中与压力传感器流体连通的管道。凝结物对与压力传感器流体连通的管道的阻塞可导致传感器获得错误的压力读数，这会引起燃料电池中的低的反应物压力。低的反应物压力可导致生产所期望的电输出所需要的反应物的供应不足。可替代地，传感器的错误压力读数可引起高的反应物压力。当燃料电池在零度以下的温度下工作时，压力传感器也容易受到错误读数的影响，当冻结的凝结物阻塞了反应物流动路径和传感器之间的连通时，冻结的凝结物可导致错误的读数。
0005期望开发一种燃料电池系统，它能抑制在与压力传感器流体连通的管道中凝结物或冰的积聚，而不影响流经燃料电池系统的燃料电池堆的反应物的化学计量或压力。
发明内容
0006根据本发明，惊人地发明了一种燃料电池系统，它可抑制凝结物或冰在与压力传感器流体连通的管道中的积聚，而不影响流经燃料电池系统的燃料电池堆的反应物的化学计量或压力。
0007在一个实施例中，燃料电池系统包括第一燃料电池堆，其至少包含阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口，其中使氧化剂从氧化剂源经所迷第 一燃料电池堆的阴极入口流向阴极出口 ，使燃料从燃料源经所述第一燃料电池堆的阳极入口流向阳极出口；笫一旁路，与燃料源和阳极出口流体连通；第二旁路，与氧化剂源和阴极出口流体连通；第一压力传感器，与所述第一旁路流体连通，并适于测量流经其的燃料的压力；以及笫二压力传感器，与所述第二旁路流体连通，并适于测量流经其的氧化剂的压力。
0008在另一个实施例中，燃料电池系统包括第一燃料电池堆，其至少包含阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口，其中使氧化剂从氧化剂源经所迷第 一燃料电池堆的阴极入口流向阴极出口 ，使燃料从燃料源经所述第一燃料电池堆的阳极入口流向阳极出口；第二燃料电池堆，其至少包含阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口，其中使燃料从所述笫一燃料电池堆的阳极出口流向所述第二燃料电池堆的阳极入口，使氧化剂从氧化剂源流向所迷第二燃料电池堆的阴极入口；第一旁路，与燃料源、所述第一燃料电池堆的阳极出口以及所述第二燃料电池堆的阳极入口流体连通；第二旁路，与氧化剂源以及所述第一燃料电池堆和所述第二燃料电池堆的阴极出口流体连通；笫一压力传感器，与所述笫一旁路流体连通，并适于测量流经其的燃料的压力，其中使一部分燃料经过所述第一压力传感器流经所述第一旁路，以及其中流经所述第一旁路的燃料抑制了湿气在所述第一旁路中的积聚；以及第二压力传感器，与所述第二旁路流体连通，并适于测量流经其的氧化剂的压力，其中使一部分氧化剂经过所述第二压力传感器流经所迷第二旁路，以及其中流经所述第二旁路的氧化剂抑制了湿气在所述笫二旁路中的积聚，
0009在另一个实施例中，操作燃料电池系统的方法包括以下步骤提供第一燃料电池堆，该堆至少包含与氧化剂源流体连通的阴极入口、阴极出口、与燃料源流体连通的阳极入口以及阳极出口；提供与燃料源流体连
通的第一旁路；提供与氧化剂源流体连通的笫二旁路；提供第一压力传感器，其适于测量从燃料源流经笫一旁路的燃料的压力，提供第二压力传感
器，其适于测量从氧化剂源流经第二旁路的氧化剂的压力；使一部分燃料经过第一压力传感器流经第一旁路，其中流经笫一旁路的燃料抑制了湿气在笫一旁路中的积聚；以及使一部分氧化剂经过第二压力传感器流经笫二旁路，其中流经第二旁路的氧化剂抑制了湿气在第二旁路中的积聚.
0010从下面对优选实施例的详细描述并根据附图考虑时，本发明的上述优点及其它优点对本领域技术人员而言将变得显而易见，在附图中
0011图l是根据本发明的一个实施例的燃料电池系统的示意性流程图；以及
0012图2是根据本发明的另一个实施例的燃料电池系统的示意性流程图。
具体实施例方式
0013下文的具体实施方式
和附图描述和阐明了本发明的多种示例性实施例，该描述和附图用于使本领域技术人员能够制造和使用本发明，但并非用于以任何方式限制本发明的范围。关于所公开的方法，所介绍的步骤实质上为示例性的，因此各步骤的顺序不是必须或者关键的。
0014图l示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池系统IO,典型的燃料电池系统可包括若干系统构件，其包括增湿器、压缩机、排气系统和热交换器。在序列号为ll/684， 906的共有的美国专利申请中公开了这样的燃料电池系统，在本文中以参见的方式引入其全部内容，燃料电池系统IO包括多个与燃料电池堆14流体连通的压力传感器12和12，、第一旁路16以及第二旁路17.
0015在图l所示的实施例中，压力传感器12适于测量流自燃料电池堆14的阴极侧的氧化剂的压力，而压力传感器12，适于测量流自燃料电池堆14的阳极侧的燃料的压力。压力传感器12，与第一旁路16流体连通，第一旁路16与燃料源28流体连通。压力传感器12与第二旁路17流体连通，第二旁路17与增湿器18流体连通。增湿器18进一步与氧化剂源26流体连通。压力传感器12和12，都与控制器13电通信。控制器13适于向计算机或者操作者提供表示传感器12、 12，的压力测量值的信号或数据，使得可以调节流体流量以维持燃料电池堆14的最佳工作状态。控制器13可以是任何适于接收由压力传感器12、12，所产生的信号的装置，例如，诸如可编程逻辑控制器(PLC)。应当理解，氧化剂可以是任何含氧的流体，例如，诸如空气.燃料可以是任何燃料，例如，诸如氢.
0016增湿器18是一种水蒸气转移单元，适于在氧化剂进入燃料电池堆14之前增湿氧化剂。水蒸气转移单元包括干燥侧和湿润侧，它们由水蒸气可透过的膜(未示出)等隔开。干燥倒具有入口lga和出口18b，湿润倒具有入口18c和出口18d。入口18a与压缩机24流体连通。出口18b与燃料电池堆14的阴极入口14a流体连通。入口18c与燃料电池堆14的阴极出口14b以及笫二旁路17流体连通。出口18d与排气系统30流体连通。
0017压缩机24包括入口24a和出口24b。压缩机24的入口 24a与氧化剂源26流体连通，压缩机24的出口24b与增湿器18的入口18a以及第二旁路17流体连通。氧化剂源26通常为空气源。应当理解，氧化剂源26根据需要可以是，例如，氧存储箱或者大气。压缩机24可以是任何传统的压缩机，例如，i者如离心式空气压缩机、涡轮机组、离心式压缩机、混流式压缩机、送风机和排风机。
0018燃料电池堆14包括一堆燃料电池。应当理解，燃料电池堆14中燃料电池的数量可以变化。燃料电池堆14中的每个燃料电池都具有由导电双极板隔开的膜电极组件(MEA) 。 MEA和双极板在夹板或端面板和端面接触元件之间堆叠在一起.端面接触元件和双极板包含多个槽或沟渠，用于将燃料气体和氧化剂气体分配到MEA中。
0019燃料电池堆14包括阴极入口14a、阴极出口14b、阳极入口14c和阳极出口14d。阴极入口14a与增湿器18的出口18b流体连通。阴极出口14b与增湿器18的入口 18c以及第二旁路17流体连通，阳极入口 14c与燃料源28流体连通，阳极出口14d与排气系统30以及第一旁路16流体连通，燃料电池堆14中的入口和出口的数量可以基于使用时的燃料电池堆14的尺寸、所需的来自燃料电池堆14的输出能量的量以及其它设计考虑而变化。应当理解，燃料源28可以是，例如氢存储箱或其他系统构件。也应当理解，阳极出口14d可以根据需要与大气、另一个燃料电池堆(未示出)或者其它系统构件流体连通。
0020第一旁路16是向压力传感器12，、排气系统30提供来自燃料源28的、所需量的流体流的管道，从而绕过了燃料电池堆14。第一旁路16可包括流量限制装置32，适于限制经过其的流体的流量。应当理解，流量限制装置32可以是任何适于限制流体流量的装置，例如，诸如孔帽、孔桩(orifice spud )。
0021第二旁路17是向压力传感器12、增湿器18的入口18c提供来自压 缩机24的出口24b的、所需量的流体流的管道，从而绕过了增湿器18和燃 料电池堆14中的增湿作用。第二旁路17可包括流量限制装置34，适于限制 经过其的流体的流量。应当理解，流量限制装置34可以是任何适于限制流 体流量的装置，例如，诸如孔帽、孔桩。
0022使用时，使氢气从燃料源28经管道36流向燃料电池堆14的阳极入 口14c。使来自燃料源28的氢气的一部分经第一旁路16流向压力传感器12，, 并随后流向排气系统30。经旁路16流向压力传感器12，的氢的湿度被最小 化，这是因为绕过了当氢流经燃料电池堆14时在其中所形成的产物水对氢 的增湿作用.由压力传感器12，所测量的压力基本等于来自燃料电池堆14 的阳极出口14d的流体的压力，这是因为经过第一旁路16的氢气流是与经 过燃料电池堆14的主氢气流平行的流体流，其中主氢气流始于阳极入口 14c并终于阳极出口14d。设置在第一旁路16中的流量限制装置32对流经其 的氢气的流量引入了限制，从而导致了压力降。优化流量限制装置32的尺 寸以使流经第一旁路16的氢气的流量最小化，从而确保流经第一旁路16的 氢气的量不会显著地减少流经燃料电池堆14的反应物的化学计量。由于第 一旁路16的一部分设置在压力传感器12，和与排气系统30流体连通的管道 36之间，因此流量限制装置32的尺寸被优化以解决在压力传感器12，之后 的第一旁路16的那部分管道中的压力降，从而使压力传感器12，的压力测量 的精确度最大化。
0023流经燃料电池堆14的阳极出口14d的氢可包含由燃料电池堆14中 的反应所生成的产物水.因此，水可在旁路管道16的接合点16a处积聚并 经管道36从阳极出口14d流向排气系统30。在接合点16a处的湿气积聚可阻 塞干燥流体经旁路16的流动.然而，流经笫一旁路16的氢气，通过产生经 过第一旁路16的连续流体流动，来抑制湿气在第一旁路16中的积聚。干燥 流体的连续流动抑制了已增湿流体的流入。由于在流体不流经第一旁路16 时，例如在关闭了燃料电池組件10时，湿气可积聚在接合点16a处，因此 当再次使流体流经第一旁路16时，流经旁路管道16的流体将使湿气蒸发， 从而抑制了湿气在其中的积聚。
0024在氢气流经燃料电池组件10的同时，也使空气从氧化剂源26经管 道36流向压缩机24的入口 24a。在压缩机24中，空气的体积被减小，从而增大了空气的压力。来自压缩机24的出口24b的一部分空气流向增湿器18 的第一入口18a并经过增湿器18的干燥侧以进行增湿。在增湿器18中，使 比流经干燥侧的空气含有更高湿气含量的空气流经湿润侧，水蒸气经过膜 转移到流经干燥侧的空气中.使湿润侧的空气流经增湿器18的第二出口 18d并流向排气系统30。使干燥侧的空气经第一出口18b流向燃料电池堆14 的阴极入口14a。
0025使来自压缩机24的出口24b的另一部分空气经第二旁路17流向压 力传感器12并随后流向增湿器18的第二入口 18c。经第二旁路17流向压力 传感器12的空气的湿度被最小化，这是因为绕过了增湿器18，从而绕过了 增湿器18中对空气的增湿作用。由压力传感器12所测量的压力基本等于来 自燃料电池堆14的阴极出口14b的流体的压力，这是因为经过第二旁路17 的空气流是与经过燃料电池堆14的主空气流平行的流体流，其中主空气流 始于阴极入口14a并终于阴极出口14b。设置在第二旁路17中的流量限制装 置34对流经其的空气的流量引入了限制，从而导致了压力降。优化流量限 制装置34的尺寸以使流经第二旁路17的空气的流量最小化，从而确保流经 第二旁路17的空气的量不会显著地减少流经燃料电池堆14的反应物的化 学计量。由于第二旁路17的一部分设置在压力传感器12和管道36之间，因 此流量限制装置34的尺寸被优化以解决在压力传感器12之后的第二旁路 17的那部分管道中的压力降，从而使压力传感器12的压力测量的精确度最 大化。
0026流经燃料电池堆14的阴极側的空气在进入燃料电池堆14之前在 增湿器18中被增湿。从燃料电池堆14的阴极出口14b排出的空气可包含由 燃料电池堆14中的反应所生成的产物水。因此，水可在旁路管道17的接合 点17a处积聚并经管道36流向增湿器18的湿润侧。在接合点17a处的湿气积 聚可阻塞干燥流体经第二旁路17的流动。然而，流经第二旁路17的空气， 通过产生经过第二旁路17的连续空气流动，抑制了湿气在第二旁路17中的 积聚。干燥流体的连续流动抑制了已增湿流体的流入。由于在干燥流体不 流经第二旁路17时，例如在关闭了燃料电池组件10时，湿气可积聚在接合 点17a处，因此当再次使流体流经第二旁路17时，流经第二旁路管道17的 流体将使湿气蒸发，从而抑制了湿气在其中的积聚。
0027将压力传感器12的压力测量值和压力传感器12，的压力测量值电 传递给控制器13。控制器13将来自传感器12和12，的压力测量值进行比较并将表示压力测量值的信号或数据提供给计算机或者操作者，使得可以调
节反应物流体的流量以维持燃料电池堆14中反应物的化学计量以及维持 燃料电池堆14的最佳工作状态.
0028在燃料电池堆14中，空气中的氧与氢发生电化学反应以生成电 力，从而驱动车辆或者本领域中已知的其它系统。使未反应的氢流出燃料 电池堆14，经过阳极出口14d并流向排气系统30。使未反应的氧经阴极出 口14b流到大气中。
0029图2示出了根据本发明的另一个实施例的燃料电池系统110。燃料 电池系统110包括与燃料电池堆114流体连通的压力传感器112、第二燃料 电池堆115、第一旁路116以及第二旁路117。
0030在图2所示的实施例中，压力传感器112适于测量流自燃料电池堆 114的阴极侧的氧化剂的压力，而压力传感器112，适于测量流自燃料电池 堆114的阳极侧的燃料的压力。压力传感器112，与第一旁路116流体连通， 笫一旁路116与燃料源128以及第一燃料电池堆114的阳极出口11化流体连 通。压力传感器112与第二旁路117流体连通，第二旁路117与压缩机124以 及增湿器118流体连通，压力传感器112和112，都与控制器113电通信。控 制器113适于向计算机或者操作者提供表示传感器112、 112，的压力测量值 的信号或数据，使得可以调节流体流量以维持燃料电池堆1H、 115的最佳 工作状态。控制器113可以是任何适于接收由压力传感器112、 112，所产生 的信号的装置，例如，诸如PLC。应当理解，氧化剂可以是任何含氧的流 体，例如，诸如空气。燃料可以是任何燃料，例如，诸如氢。
0031增湿器118是一种水蒸气转移单元，适于在氧化剂进入第一燃料 电池堆114之前增湿氧化剂。水蒸气转移单元包括干燥侧和湿润侧，它们 由水蒸气可透过的膜(未示出)等隔开。干燥侧具有入口118a和出口118b， 湿润侧具有入口118c和出口118d。入口 118a与压缩机12々流体连通。出口 118b与第一燃料电池堆114的阴极入口 114a以及第二燃料电池堆115的阴 极入口115a流体连通。入口118c与旁路管道117、第一燃料电池堆114的阴 极出口114b以及第二燃料电池堆115的阴极出口115b流体连通。出口118d 与排气系统130流体连通。
0032压缩机124包括入口 124a和出口 124b。压缩机124的入口 124a与 氧化剂源126流体连通，压缩机124的出口124b与增湿器118的入口118a以 及第二旁路117流体连通。氧化剂源126通常为空气源。应当理解，氧化剂源126根据需要可以是，例如，氧存储箱或者大气。压缩机124可以是用于 压缩流体的任何传统设备，例如，诸如离心式空气压缩机、涡轮机组、离 心式压缩机、混流式压缩机、送风机和糸夂风机，
0033燃料电池堆114、 115，每个都包括一堆燃料电池，如本文中前面 所讨论的。应当理解，燃料电池堆114、 115中燃料电池的数量可以变化。 燃料电池堆114、 115中的每个燃料电池都具有由导电双极板(未示出)隔 开的膜电极組件MEA (未示出)。MEA和双极板在夹板或端面板(未示出) 和端面接触元件(未示出)之间堆叠在一起，端面接触元件和双极板包含 多个槽或沟渠，用于分配燃料和氧化剂。
0034第一燃料电池堆1H包括阴极入口11"、阴极出口1141)、阳极入 口 114c和阳极出口 114d。阴极入口 114a与增湿器118的出口 118b流体连通。 阴极出口114b与增湿器118的入口118c以及压力传感器112流体连通。阳极 入口114c与氢源128以及第一旁路116流体连通，阳极出口114d与第二燃料 电池堆115的阳极入口 115c以及压力传感器112，流体连通。第一燃料电池 堆114中的入口和出口的数量可以基于使用时的该堆的尺寸、所需的来自 该堆的输出能量的量以及其它设计考虑而变化。应当理解，氢源128按照 需要可以是，例如燃料箱或其他系统构件。
0035第二燃料电池堆115包括阴极入口115a、阴极出口115b、阳极入 口 115c和阳极出口 115d。阴极入口 115a与增湿器118的出口 118b流体连通。 阴极出口 115b与增湿器118的入口 118c流体连通。阳极入口 115c与第一燃 料电池堆114的阳极出口114d以及第一旁路116流体连通。阳极出口115d与 排气系统130流体连通。第二燃料电池堆115中的入口和出口的数量可以基 于使用时的该堆的尺寸、所需的来自该堆的输出能量的量以及其它设计考 虑而变化。应当理解，阳极出口115d根据需要可以与大气、另一个燃料电 池堆(未示出)或者其它系统构件流体连通，
0036第一旁路116是向压力传感器112，提供来自氢源128的、所需量的 流体流的管道，从而绕过了第一燃料电池堆114。第一旁路116可包括流量 限制装置132,适于限制经过其的流体的流量。应当理解，流量限制装置 132根据需要可以是任何适于限制流体流量的装置，例如，诸如孔桩。
0037第二旁路117是向压力传感器112提供来自压缩机124的、所需量 的流体流的管道，从而绕过了增湿器118和燃料电池堆1"、 U5中的增湿 作用。第二旁路117可包括流量限制装置134，适于限制经过其的流体的流量.应当理解，流量限制装置134按照需要可以是任何适于限制流体流量 的装置，例如，诸如孔桩。
0038使用时，使氢气从氢源128经管道136流向第一燃料电池堆114的 阳极入口114c。使来自燃料源128的氢气的一部分经第一旁路116流向压力 传感器112，，并流向第二燃料电池堆115的阳极入口115c'经旁路116流向 压力传感器112，的氢的湿度被最小化，这是因为绕过了当氢流经第一燃料 电池堆114时在其中所形成的产物水对氢的增湿作用。由压力传感器112， 所测量的压力基本等于来自第一燃料电池堆114的阳极出口114d的流体的 压力，这是因为经过第一旁路116的氢气流是与经过第一燃料电池堆114的 主氢气流平行的流体流，其中主氢气流始于阳极入口114c并终于阳极出口 114d。设置在第一旁路116中的流量限制装置132对流经其的氢气的流量引 入了限制，从而导致了压力降。优化流量限制装置132的尺寸以使流经第 一旁路116的氬气的流量最小化，从而确保流经第一旁路116的氢气的量不 会显著地减少流经第一燃料电池堆114的反应物的化学计量。由于第一旁 路116的一部分设置在压力传感器112，和管道136之间，因此流量限制装置 132的尺寸被优化以解决在压力传感器112，之后的第一旁路116的那部分 管道中的压力降，从而使压力传感器112，的压力测量的精确度最大化。
0039流经第一燃料电池堆114的阳极出口114d的氢可包含由第一燃料 电池堆114中的反应所生成的产物水。因此，水可在旁路管道116的接合点 116a处积聚并经管道136从阳极出口114d流向排气系统130。在接合点116a 处的湿气积聚可阻塞干燥流体经旁路116的流动。然而，流经第一旁路116 的氢气，通过产生经过第一旁路116的连续流体流动，来抑制湿气在第一 旁路116中的积聚。干燥流体的连续流动抑制了已增湿流体的流入。由于 在干燥流体不流经第一旁路116时，例如在关闭了燃料电池组件110时，湿 气可积聚在接合点116a处，因此当再次使流体流经旁路管道116时，流经 旁路管道116的流体将使湿气蒸发，从而抑制了湿气在其中的积聚。
0040在氬气流经第一燃料电池堆114的同时，也使空气从氧化剂源126 经管道136流向压缩机124的入口124a。在压缩机124中，空气的体积被减 小，从而增大了空气的压力。来自压缩机124的出口124b的一部分空气流 向增湿器118的笫一入口118a并经过增湿器118的干燥侧以进行增湿。在增 湿器118中，使比流经干燥侧的空气含有更高湿气含量的空气流经湿润侧。 水蒸气经过膜转移到流经干燥侧的空气中。使湿润侧的空气流经增湿器118的第二出口118d并流向排气系统130。使干燥侧的空气经第一出口118b 流向第一燃料电池堆114的阴极入口114a。
O(Ml使来自压缩机124的出口124b的另一部分空气经笫二旁路117流 向压力传感器112，并流向增湿器118的第二入口118c。经第二旁路117流 向压力传感器112的空气的湿度被最小化，这是因为绕过了增湿器118和电 池堆114、 115，从而绕过了其中对空气的增湿作用。由压力传感器112所 测量的压力基本等于来自燃料电池堆114、 115的阴极出口114b、 115b的流 体的压力，这是因为经过笫二旁路117的空气流是与经过燃料电池堆114、 115的主空气流平行的流体流，其中主空气流始于阴极入口114a、 115a并 终于阴极出口114b、 115b。设置在第二旁路117中的流量限制装置134对流 经其的空气的流量引入了限制，从而导致了压力降。优化流量限制装置134 的尺寸以使流经第二旁路117的空气的流量最小化，从而确保流经第二旁 路117的空气的量不会显著地减少流经燃料电池堆114、 115的反应物的化 学计量。由于第二旁路117的一部分设置在压力传感器112和管道136之间， 因此流量限制装置134的尺寸被优化以解决在压力传感器112之后的第二 旁路117的那部分管道中的压力降，从而使压力传感器112的压力测量的精 确度最大化。
0042流经燃料电池堆114、115的阴极侧的空气在进入燃料电池堆114、 115之前在增湿器118中被增湿。从燃料电池堆114、 115的阴极出口114b、 115b排出的空气可包含由燃料电池堆114、 115中的反应所生成的产物水。 因此，水可在旁路管道117的接合点117a处积聚并经管道136流向增湿器18 的湿润侧，在接合点117a处的湿气积聚可阻塞干燥流体经第二旁路117的 流动。然而，流经第二旁路117的空气，通过产生经过第二旁路117的连续 空气流动，抑制了湿气在第二旁路117中的积聚。干燥流体的连续流动抑 制了已增湿流体的流入。由于在干燥流体不流经第二旁路117时，例如在 关闭了燃料电池组件110时，湿气可积聚在接合点117a处，因此当再次使 流体流经笫二旁路117时，流经第二旁路管道117的流体将使湿气蒸发，从 而抑制了湿气在其中的积聚。
0043将压力传感器112的压力测量值和压力传感器112，的压力测量值 电传递给控制器113。控制器113将来自传感器112和112，的压力测量值进 行比较并将表示压力测量值的信号或数据提供给计算机或者操作者，使得 可以调节反应物流体的流量以维持燃料电池堆ll4、 115中反应物的化学计量以及维持燃料电池堆114、 115的最佳工作状态。
0044在第一燃料电池堆114中，空气中的氧与氢发生电化学反应以生 成电力，从而驱动车辆或者本领域中已知的其它系统.使未反应的氢流出 第一燃料电池堆114，经过阳极出口114d并流向第二燃料电池堆115的阳极 入口115c'使未反应的氧流经阴极出口 114b,经管道136流向第二入口 118c,经过增湿器118流向排气系统130,
0045在第二燃料电池堆115中，空气中的氧与氢发生电化学反应以生 成电力，从而驱动车辆或者本领域中已知的其它系统。使未反应的氢流出 第二燃料电池堆115,经过阳极出口115d流向排气系统130。使未反应的氧 流经阴极出口115b，经管道136流向第二入口118c，经过增湿器118流向排 气系统130。
0046前文的讨论仅仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域技 术人员将从此讨论中以及从附图和权利要求中认识到，在不偏离如权利要 求中所限定的本发明的精神和范闺的前提下，可以对本发明做出各种改 变、1奮改和变形。
权利要求
1.一种燃料电池系统，包括第一燃料电池堆，至少包含阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口，其中使氧化剂从氧化剂源经所述第一燃料电池堆的阴极入口流向其阴极出口，以及使燃料从燃料源经所述第一燃料电池堆的阳极入口流向其阳极出口；第一旁路，与燃料源和阳极出口流体连通；第二旁路，与氧化剂源和阴极出口流体连通；第一压力传感器，与所述第一旁路流体连通，并适于测量流经其的燃料的压力；以及第二压力传感器，与所述第二旁路流体连通，并适于测量流经其的氧化剂的压力。
2. 权利要求1的燃料电池系统，还包括第二燃料电池堆，其至少包含阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口，其中使燃料从所述第一燃料电池堆的阳极出口流向所述第二燃料电池堆的阳极入口，使氧化剂从氧化剂源流向所述第二燃料电池堆的阴极入口 。
3. 权利要求1的燃料电池系统，还包括流量限制装置，其设置在所迷第一旁路中，适于限制经过所述第一旁路的燃料的流量。
4. 权利要求1的燃料电池系统，还包括流量限制装置，其设置在所述第二旁路中，适于限制经过所述第二旁路的氧化剂的流量。
5. 权利要求1的燃料电池系统，其中氧化剂为包括氧的空气，燃料为氢。
6. 权利要求1的燃料电池系统，还包括增湿器，其与氧化剂源和所述第 一燃料电池堆流体连通，其中所迷增湿器适于增湿氧化剂。
7. 权利要求6的燃料电池系统，其中所述增湿器是水蒸气转移单元。
8. 权利要求6的燃料电池系统，还包括压缩机，其与氧化剂源和所述增湿器流体连通，其中所述压缩机适于使来自氧化剂源的氧化剂的体积最小化以增大氧化剂的压力，从而提供氧化剂流以维持所述第一燃料电池堆的阴极入口处所需的化学计量。
9. 权利要求1的燃料电池系统，还包括控制器，其与所述第一压力传感器和第二压力传感器通信。
10. —种燃料电池系统，包括第一燃料电池堆，其至少包含阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口 ，其中使氧化剂从氧化剂源经所述第一燃料电池堆的阴极入口流向其阴极出口 ，使燃料从燃料源经所述笫 一燃料电池堆的阳极入口流向其阳极出口；第二燃料电池堆，其至少包含阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口，其中使燃料从所述笫一燃料电池堆的阳极出口流向所迷第二燃料电池堆的阳极入口 ，使氧化剂从氧化剂源流向所述第二燃料电池堆的阴极入口；第一旁路，与燃料源、所述第一燃料电池堆的阳极出口以及所述第二燃料电池堆的阳极入口流体连通；第二旁路，与氧化剂源以及所述第一燃料电池堆和所述第二燃料电池堆的阴极出口流体连通；第一压力传感器，与所述笫一旁路流体连通，并适于测量流经其的燃料的压力，其中使一部分燃料经过所述第一压力传感器流经所述笫一旁路，以及其中流经所述第一旁路的燃料抑制了湿气在所述第一旁路中的积聚；以及第二压力传感器，与所述第二旁路流体连通，并适于测量流经其的氧化剂的压力，其中使一部分氧化剂经过所述第二压力传感器流经所述第二旁路，以及其中流经所述第二旁路的氧化剂抑制了湿气在所迷第二旁路中的积聚。
11. 权利要求10的燃料电池系统，还包括流量限制装置，其设置在所述第一旁路中，适于限制经过所述第一旁路的燃料的流量。
12. 权利要求10的燃料电池系统，还包括流量限制装置，其设置在所述第二旁路中，适于限制经过所述第二旁路的氧化剂的流量。
13. 权利要求10的燃料电池系统，其中氧化剂为包括氧的空气，燃料为氢。
14. 权利要求10的燃料电池系统，还包括增湿器，其与氧化剂源、所述第一燃料电池堆以及所述第二燃料电池堆流体连通，其中所述增湿器适于增湿氧化剂。
15. 权利要求14的燃料电池系统，其中所述增湿器是水蒸气转移单元。
16. 权利要求14的燃料电池系统，还包括压缩机，其与氧化剂源和所述增湿器流体连通，其中所述压缩机适于使来自氧化剂源的氧化剂的体积最小化以增大氧化剂的压力，从而提供氧化剂流以维持所述笫一燃料电池堆的阴极入口处所需的化学计量。
17. 权利要求10的燃料电池系统，还包括控制器，其与所述第一压力传感器和第二压力传感器通信。
18. —种操作燃料电池系统的方法，包括以下步骤提供第一燃料电池堆，该堆至少包含与氧化剂源连通的阴极入口、阴极出口、与燃料源连通的阳极入口以及阳极出口；提供与燃料源流体连通的第一旁路；提供与氧化剂源流体连通的笫二旁路；提供笫一压力传感器，其适于测量从燃料源流经第一旁路的燃料的压力，提供第二压力传感器，其适于测量从氧化剂源流经第二旁路的氧化剂的压力；使一部分燃料经过第一压力传感器流经第一旁路，其中流经第一旁路的燃料抑制了湿气在第一旁路中的积聚；以及使一部分氧化剂经过第二压力传感器流经第二旁路，其中流经第二旁路的氧化剂抑制了湿气在第二旁路中的积聚。
19. 权利要求18的操作燃料电池系统的方法，还包括步骤提供第二燃料电池堆，该堆至少包含阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口 ，其中使燃料从所述笫一燃料电池堆的阳极出口流向所述第二燃料电池堆的阳极入口 ，使氧化剂从氧化剂源流向所述第二燃料电池堆的阴极入口。
20. 权利要求18的操作燃料电池系统的方法，还包括步骤提供设置在所述第一旁路中的流量限制装置以限制燃料的流量，以及提供设置在所述笫二旁路中的流量限制装置以限制氧化剂的流量。
全文摘要
寒冷条件下精准测量压力的燃料电池模块设计。公开了一种燃料电池系统，其包括燃料电池堆和压力传感器，其中提供了在其中设置有流量限制装置的旁路管道，以使流体在燃料电池堆的周围旁路通过，从而抑制湿气在与压力传感器流体连通的管道中积聚。
文档编号H01M8/04GK101567460SQ20091013215
公开日2009年10月28日 申请日期2009年4月24日 优先权日2008年4月24日
发明者D·J·达加, M·T·施吕恩茨, S·L·皮德蒙特 申请人:通用汽车环球科技运作公司