JP2007335409A - スタック入口のｒｈを増大させるためのシステムレベル調整 - Google Patents

スタック入口のｒｈを増大させるためのシステムレベル調整 Download PDF

Info

Publication number
JP2007335409A
JP2007335409A JP2007152729A JP2007152729A JP2007335409A JP 2007335409 A JP2007335409 A JP 2007335409A JP 2007152729 A JP2007152729 A JP 2007152729A JP 2007152729 A JP2007152729 A JP 2007152729A JP 2007335409 A JP2007335409 A JP 2007335409A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
stack
fuel cell
temperature
cooling fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007152729A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4871219B2 (ja
Inventor
Abdullah B Alp
アブドゥラー・ビー・アルプ
David A Arthur
デーヴィッド・エイ・アーサー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of JP2007335409A publication Critical patent/JP2007335409A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4871219B2 publication Critical patent/JP4871219B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04335—Temperature; Ambient temperature of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/0441—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04455—Concentration; Density of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H01M8/04507—Humidity; Ambient humidity; Water content of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04723—Temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04731—Temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04791—Concentration; Density
    • H01M8/04798—Concentration; Density of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04835—Humidity; Water content of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04843—Humidity; Water content of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04059—Evaporative processes for the cooling of a fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】燃料電池スタックへのカソード入口空気の相対湿度を制御するためのシステム及び方法。
【解決手段】燃料電池スタックのための制御システムは、カソード入口空気を加湿するため水蒸気輸送装置により使用されるカソード排気ガスの相対湿度を増大させることが必要となるとき、スタック冷却流体温度を低下させる工程、カソード圧力を増大させる工程、及び／又は、カソード化学量論係数を減少させる工程のうち１つ以上を実行することによって、カソード入口空気の相対湿度制御を所定のパーセンテージより高く維持する。本制御システムは、カソード入口空気の相対湿度を所定のパーセンテージよりも高く維持するためスタックのパワー出力を制限することもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して、燃料電池スタックへのカソード入口空気の相対湿度を制御するためのシステム及び方法に係り、より詳しくは、選択的に、スタック冷却剤の温度を減少させ、カソード圧力を増大させ、カソード化学量論係数を減少させ、及び／又は、スタックのパワー出力を制限する、各工程を備える、燃料電池スタックへのカソード入口空気の相対湿度を制御するためのシステム及び方法に関する。
水素は、クリーンで燃料電池内に電気を効率的に生成するため使用することができるため、非常に魅力的な燃料である。水素燃料電池は、アノード及びカソードを備え、それらの間に電解質を備える電気化学式装置である。アノードは、水素ガスを受け取り、カソードは、酸素又は空気を受け取る。水素ガスは、自由な水素陽子及び電子を発生するためアノード内で分解される。陽子は、電解質を通ってカソードへと至る。水素陽子は、カソードにおいて、酸素及び電子と反応し、水を発生する。アノードからの電子は、電解質を通過することができず、よって、負荷を通るように差し向けられ、カソードに送られる前に仕事を実施する。
陽子交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、車両のための人気のある燃料電池である。ＰＥＭ燃料電池は、一般に、過フッ化スルホン酸等の固体ポリマー電解質陽子伝達膜を備えている。アノード及びカソードは、典型的には、通常ではプラチナ（Ｐｔ）等の細かく分割された触媒粒子を含んでおり、これらの粒子は、炭素粒子上に支持され、イオノマーと混合されている。触媒混合物は、膜の両側に配置されている。アノード触媒混合物、カソード触媒混合物及び膜の組み合わせは、膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を形成する。膜電極アッセンブリは、製造する上で比較的高価であり、効率的な作動のため幾つかの条件を必要としている。
幾つかの燃料電池は、典型的には、所望の電力を発生させるため燃料電池内に結合されている。例えば、車両のための典型的な燃料電池スタックは、２百個以上も積み重ねられた燃料電池を持ち得る。燃料電池スタックは、カソード入力ガス、典型的には、コンプレッサによりスタックを通して流された空気の流れを受け取る。酸素の必ずしも全てが、スタックにより消費されるわけではなく、空気の中には、スタック副産物として水を含み得るカソード排気ガスとして出力されるものがある。燃料電池スタックは、アノード水素入力ガスを受け取り、該ガスは、スタックのアノード側部へと流れていく。
燃料電池スタックは、スタック中の幾つかのＭＥＡの間に配置された、一連の二極式プレートを備える。二極式プレート及び膜電極アッセンブリは２つの端部プレートの間に配置される。二極式プレートは、スタック内の隣接する燃料電池のためアノード側部及びカソード側部を備える。アノードガス流れチャンネルは、二極式プレートのアノード側部に設けられ、アノードガスが各々の膜電極アッセンブリへと流れることを可能にする。カソードガス流れチャンネルは、二極式プレートのカソード側部上に設けられ、カソードガスが各々の膜電極アッセンブリへと流れることを可能にする。一方の端部プレートはアノードガス流れチャンネルを備え、他方の端部プレートはカソードガス流れチャンネルを備えている。二極式プレート及び端部プレートは、例えばステンレス鋼又は導電性複合物等、導電性材料から作られている。端部プレートは、燃料電池により発生された電気をスタックから伝達する。二極式プレートは、流れチャンネルを更に備え、該流れチャンネルを通って、冷却流体が流れる。
過度のスタック温度は、膜及びスタック内の他の材料に損傷を及ぼし得る。燃料電池システムは、従って、燃料電池スタックの温度を制御するため熱的なサブシステムを用いている。特に、冷却流体は、スタック消費熱を散逸させるためスタック内の二極式プレートの冷却流体流れチャンネルを通してポンプで送り出しされる。通常の燃料電池スタック作動の間、ポンプの速度は、スタックの作動温度が最適な温度、例えば８０℃で維持されるように、スタックの負荷、周囲温度及び他の因子に基づいて制御される。ラジエータは、典型的にはスタック外部の冷却剤ループ内に設けられており、該ラジエータは、スタックにより加熱された冷却流体を冷却し、冷却された冷却流体はスタックを通して循環される。
当該技術分野で良く理解されているように、燃料電池の膜は、膜に亘るイオン抵抗が陽子を効率的に伝導させるのに十分に低くなるように一定の相対湿度（ＲＨ）で作動する。例えば、スタック圧力、温度、カソード化学量論係数、及び、スタック内に入るカソード空気の相対湿度等の幾つかのスタック作動パラメータを制御することによって膜の相対湿度を制御するため、燃料電池スタックからのカソード出口ガスの相対湿度が制御される。スタックの耐久性の目的のためには、膜の相対湿度サイクルの数を最小にすることが望ましい。ＲＨの極端な状態は膜の寿命を大幅に制限することが示されたからである。膜のＲＨ循環は、水の吸収及び引き続く乾燥の結果として膜を伸縮させる。膜のこの伸縮は、膜内にピンホールを発生させ、膜を通した水素及び酸素の交差を形成し、膜内の孔のサイズを更に増大させるホットスポットを形成し、よってその寿命を減少させる。更には、燃料電池は、カソード出口ＲＨが１００％よりも低い場合に、溢れ状態となる傾向が少なくなる。また、スタック内の液体水を減少させることによって、スタック凍結の可能性を減少させるため停止時により容易にスタックを脱気することができる。
燃料電池の作動中には、膜電極アッセンブリからの湿気及び外部の湿気は、アノード及びカソードの流れチャンネルに入ることができる。低い電池パワー要求、典型的には０．２Ａ／ｃｍ２では、水は流れチャンネル内に蓄積し得る。反応ガスの流速は、非常に低く、水をチャンネルから流れ出させることができないからである。水が蓄積するにつれて、該水は、プレート材料の相対的な疎水性特性の故に、膨張し続ける液滴を形成する。液滴は反応ガスの流れに実質的に垂直に流れチャンネル内に形成する。液滴のサイズが増大するにつれて、流れチャンネルは、閉塞され、反応ガスは他の流れチャンネルへと逸らされる。チャンネルは、共通の入口及び出口マニホルドの間で平行になっているからである。反応ガスが、水でせき止められたチャンネルを通って流れることができないので、反応ガスは、水をチャンネルの外部に押し出すことはできない。チャンネルがせき止められた結果として反応ガスを受け取らない膜のこれらの領域は、電気を発生せず、よって、非均等な電流分布を形成し、燃料電池全体の効率を減少させる。水によりせき止められる流れチャンネルが多くなればなるほど、燃料電池により生成される電気は減少し、２００ｍＶより低い電池電位は電池の故障とみなされる。燃料電池は一般に電気的に直列に連結されているので、燃料電池の一つが実行停止されるならば、燃料電池スタック全体が実行停止し得る。
上述されたように、水は、スタック作動の副産物として発生される。従って、スタックからのカソード排気ガスは、水蒸気及び液体水を含む。当該技術分野では、カソード排気ガス内で水を捕捉し、該水をカソード入力空気流れを加湿するように使用するため、水蒸気輸送（ＷＶＴ）ユニットを使用することが知られている。ＷＶＴ装置は、高価であり、燃料電池システムの設計において大量の空間を占める傾向がある。従って、ＷＶＴ装置のサイズを最小にすることは、システムのコストを減少させるのみならず、組み立て収容する際に必要とされる空間を減少させる。更には、既知のＷＶＴ装置は、時間の経過と共に劣化する傾向にある。特に、膜又は他の構成部品が装置の寿命にあるとき、それらの水輸送能力が減少し、かくしてそれらの効率全体を減少させる。
更には、スタックに関してパワー要求が増大するとき、コンプレッサの速度は、要求されたパワーに対して適切な量のカソード空気を提供するため増大する。しかし、コンプレッサの速度が増大するとき、ＷＶＴ装置を通過する空気の流れは、より高い速度を持ち、所望のレベルへと加湿される機会が減少する。また、幾つかの燃料電池システムの設計では、カソード排気ガスの流れの相対湿度は、ほぼ一定値、典型的には約８０％に維持されており、この場合、冷却流体流れの温度は、その温度がスタックにかかる負荷が増大するとき増大するように制御される。
本発明の教えによれば、燃料電池スタックのための制御システムが開示され、該制御システムは、カソード入口空気を加湿するため水蒸気輸送装置により使用されるカソード排気ガスの相対湿度を増大させることが必要となるとき、スタック冷却流体温度を低下させる工程、カソード圧力を増大させる工程、及び／又は、カソード化学量論係数を減少させる工程のうち１つ以上を実行することによって、カソード入口空気の相対湿度制御を所定のパーセンテージより高く維持する。本制御システムは、カソード入口空気の相対湿度を所定のパーセンテージよりも高く維持するためスタックのパワー出力を制限することもできる。
本発明の追加の特徴は、添付図面を参照して、次の説明及び添付された請求の範囲から明らかとなろう。
スタック冷却流体温度を低下させる工程、カソード圧力を増大させる工程、カソード化学量論係数を減少させる工程、及び／又は、スタックのパワー出力を制限する工程のうち１つ以上を必要時に実行することによって、カソード入口空気の相対湿度を所定値より高く維持する燃料電池スタックのための制御システムに関する本発明の実施例の次の説明は、本質上単なる例示にしか過ぎず、本発明又はその用途又は使用方法を制限することを意図したものではない。
図１は、燃料電池スタック１２を備える燃料電池システム１０の概略ブロック図である。スタック１２は、カソード入力ライン１４と、カソード出口ライン１６とを備える。コンプレッサ１８は、加湿されるべくＷＶＴ装置２０を通して送られるスタック１２のカソード側部のための空気流れを発生する。流量計２２は、コンプレッサからの空気の流速を測定する。加湿された空気は、ライン１４でスタック１２へと入力され、加湿されたカソード排気ガスは出力ライン１６で提供される。ライン１６のカソード排気ガスは、カソード入力空気を加湿するための水蒸気を提供するようにＷＶＴ装置２０を通して送られる。ＷＶＴ装置２０は、本明細書で説明した目的のため任意の適切なＷＶＴ装置とすることができる。
システム１０は、冷却剤ループ２８を通して冷却流れをポンプ出力するポンプ２４を備え、該冷却流れはスタック１２を通して流れる。スタック１２からの加熱された冷却流れは、ラジエータ３０を通して送られ、該ラジエータでは、該冷却流れが冷却剤ループ２８を通してスタック１２へと戻るため冷却される。システム１０は、スタック１２のカソード側部の圧力を制御するためＷＶＴ装置２０の後段にカソード排気ガスライン１４に配置された背圧バルブ４２を更に備えている。
システム１０は、幾つかの作動パラメータを検知するための幾つかのセンサを備えている。特に、システム１０は、ライン１４内でカソード入口空気の相対湿度を測定するためのＲＨセンサ３６と、ライン１４内でカソード入口空気の温度を測定するための温度センサ３４と、を備えている。ＲＨセンサ３６及び温度センサ３４の組み合わせの代わりに露点センサを使用することが知られている。温度センサ３８はスタック１２に入る冷却剤ループ２８内の冷却流体の温度を測定し、温度センサ２６はスタック１２から出る冷却流体の温度を測定する。圧力センサ３２は、ライン１６内のカソード排気ガスの圧力を測定する。当該技術分野で知られているように、カソード入口空気の測定された相対湿度は、スタック１２の温度が入口ライン１４の空気の温度と異なっているので、修正される必要がある。スタック１２に入る冷却流体の入口ＲＨ及び温度を知ることによって、カソード空気の修正された相対湿度を計算することができる。
コントローラ４０は、流量計２２からの流量信号、ＲＨセンサ３６からの相対湿度信号、温度センサ３４からの温度信号、温度センサ３８からの温度信号、温度センサ２６からの温度信号、及び、圧力センサ３２からの圧力信号を受け取る。コントローラ４０は背圧バルブ４２も制御する。
本発明によれば、コントローラ４０は、カソード入口空気を加湿するためＷＶＴ装置２０により使用されるカソード排気ガスの相対湿度を増大させることが必要であるとき、スタック冷却流体温度を低下させる工程、カソード圧力を増大させる工程、カソード化学量論係数を減少させる工程、及び／又は、スタックのパワー出力を制限する工程のうち１つ以上を実行することによって、カソード入口空気の相対湿度を所定値より高く維持しようとする。コントローラ４０は、カソード入口空気の相対湿度を所定のパーセンテージを超えて維持するためスタック１２のパワー出力を制限することもできる。
コントローラ４０は、ポンプ２４の速度、及び／又は、冷却ファン等によるラジエータ２８の冷却能力を増大させることによってスタック冷却流体温度を低下させることができる。コントローラ４０は、背圧バルブ４２を開閉することによってスタック１２内のカソード圧力を増減させることができる。圧力センサ３２は、カソード圧力の変化を測定する。更には、コントローラ４０は、特定の出力電流に対してコンプレッサ１８の速度を減少させることによってカソード化学量論係数を減少させることができる。流量計２２からの信号は、コントローラ４０により読み取られ、この信号に基づいて、コントローラ４０はコンプレッサ１８の速度を所望のカソード化学量論係数の設定ポイントへと制御する。これらの作業のうち１つ以上の組み合わせは、ライン１６上のカソード排気ガスの相対湿度を増大させ、よって、カソード入口空気を加湿するためＷＶＴ装置２０においてより多くの湿度を提供する。
上記３つの作業のうち１つ以上がカソード入口空気の修正された相対湿度を所望のパーセンテージを超えて増大させない場合には、コントローラ４０は、スタック１２からのパワー出力を制限する。これは、燃料電池スタック１２とスタック負荷との間で可変である「最大電流変数」を変更することによってなすことができる。当該変数の値は、カソード入口加湿が十分となるまで適切な量だけ減少される。変数を減少させることにより、スタックの負荷は、より少ないパワーを引き出すべきとなり、これによって、流れチャンネルを溢れさせかねない副産物の水を減少させる。また、コンプレッサ１８のためのカソード空気流れの設定ポイントが減少し、ＷＶＴ装置２０を通して、低速の空気流れと、より大きいカソード入口空気湿度とを生じさせる。
ライン１６におけるカソード排気ガスの相対湿度が入口空気の相対湿度を満足させるため増大された場合、スタック１２における燃料電池の出力電圧は、電池、特に端部電池が溢れ状態になり得るか否かを判定するため監視される。水が流れチャンネル内に蓄積しているという示唆が存在した場合、コントローラ４０は、上述した作業のうち任意のものによってカソード排気ガスの相対湿度を減少させることができる。
この制御設計によれば、長いスタック寿命に対して必要とされる最小のカソード入口加湿を犠牲にすること無く、産業上典型的に使用されるものを超えてＷＶＴ装置２０のサイズを減少させることが可能となる。従って、ＷＶＴ装置２０のために要求されるコスト、重量及び空間の要求事項を減少させることができる。
カソード出口相対湿度、カソードの化学量論係数及びカソード入口ＲＨを計算するための方程式が知られている。カソード出口相対湿度は次式によって計算することができる。
Figure 2007335409
カソード化学量論係数は次式によって計算することができる。
Figure 2007335409
カソード入口相対湿度のパーセンテージは次式によって計算することができる。
Figure 2007335409
ここでＣＳはカソード化学量論係数であり、Ｔｉは摂氏単位でのスタック冷却流体出口温度、Ｐ１はｋＰａ単位でのカソード出口圧力、Ｔ２は摂氏単位でのカソード入口温度、Ｐ２は既知のモデルに基づいて計算されたｋＰａ単位のカソード圧力降下、及び、Ｔ３は摂氏単位でのスタック冷却流体入口温度である。
上記説明は、本発明の一例としての実施例を開示し説明したに過ぎない。当業者は、添付された請求の範囲で画定される本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く、様々な変更、改良及び変形をなすことができることを、上記説明、添付図面及び請求の範囲から容易に認識するであろう。
図１は、本発明の一実施例に係る、カソード入口湿度を制御するためのコントローラを備える燃料電池システムの概略ブロック図である。

Claims (21)

  1. 燃料電池システムであって、
    カソード入口空気流れを受け取り、カソード排気ガス流れを排出する燃料電池スタックと、
    前記カソード入口空気流れを前記スタックに提供するためのコンプレッサと、
    前記カソード入口空気流れを前記コンプレッサから受け取り、前記カソード排気ガスを前記燃料電池スタックから受け取る水蒸気輸送装置であって、該水蒸気輸送装置は、前記カソード入口空気を加湿するため前記カソード排気ガス内の水蒸気を使用する、前記水蒸気輸送装置と、
    スタック温度を制御するため前記スタックを通して冷却流体を流すための冷却剤ループと、
    前記カソード入口空気の相対湿度が所定のパーセンテージより低下しないように該相対湿度を制御するためのコントローラであって、該コントローラは、前記カソード入口空気の相対湿度が前記所定のパーセンテージより低くなることを防止するため前記カソード排気ガスの相対湿度を増大させるように、前記冷却流体の温度を低下させる工程、カソード圧力を増大させる工程、及び、カソード化学量論係数を減少させる工程のうち１つ以上を実行する、前記コントローラと、
    を備える、燃料電池システム。
  2. 前記コントローラは、前記スタック冷却流体の温度を低下させるため前記冷却剤ループを通して前記冷却流体の流れを増大させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記コントローラは、前記スタック冷却流体の温度を低下させるため前記冷却剤ループ内のラジエータの冷却能力を増大させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
  4. カソード排気ライン内に配置された背圧バルブを更に備え、前記コントローラは、前記カソード圧力を増大させるため前記背圧バルブを閉じる、請求項１に記載の燃料電池システム。
  5. 前記コントローラは、前記カソード化学量論係数を減少させるため前記コンプレッサの速度を減少させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
  6. 前記コントローラは、前記カソード入口空気の相対湿度が前記所定のパーセンテージより低くなることを防止する上で、前記冷却流体の温度を低下させる工程、カソード圧力を増大させる工程、及び、カソード化学量論係数を減少させる工程のいずれもが有効でない場合、前記燃料電池スタックのパワー出力を制限する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  7. 前記スタックから出る冷却流体の温度を測定するための温度センサと、前記カソード排気ガスの圧力を測定するための圧力センサとを更に備え、前記コントローラは、前記カソード排気ガスの相対湿度を次式により計算し、
    Figure 2007335409
     ここでＴ１は前記スタックの冷却流体出口温度、Ｐ１はカソード出口ガスの圧力、及び、Ｐ２はカソード圧力降下量である、請求項１に記載の燃料電池システム。
  8. 前記カソード入口空気の流量を測定するための流量計を更に備え、前記コントローラは、前記カソード化学量論係数を次式により計算する、請求項１に記載の燃料電池システム。
    Figure 2007335409
  9. 前記カソード入口空気の温度を測定するための第１の温度センサと、前記スタックから出る冷却流体の温度を測定するための第２の温度センサと、を更に備え、前記コントローラは、前記カソード入口の相対湿度のパーセンテージを次式により計算し、
    Figure 2007335409
     ここでＴ２はカソード入口温度であり、Ｔ３は前記冷却流体の出口温度である、請求項１に記載の燃料電池システム。
  10. 前記システムは、車両に搭載されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
  11. 燃料電池システムであって、
    カソード入口空気流れを受け取り、カソード排気ガス流れを排出する燃料電池スタックと、
    カソード排気ライン内に配置された背圧バルブと、
    前記カソード入口空気流れを前記スタックに提供するためのコンプレッサと、
    前記カソード入口空気流れを前記コンプレッサから受け取り、前記カソード排気ガスを前記燃料電池スタックから受け取る水蒸気輸送装置であって、該水蒸気輸送装置は、前記カソード入口空気を加湿するため前記カソード排気ガス内の水蒸気を使用する、前記水蒸気輸送装置と、
    スタック温度を制御するため前記スタックを通して冷却流体を流すための冷却剤ループと、
    前記カソード入口空気の相対湿度が所定のパーセンテージより低下しないように該相対湿度を制御するためのコントローラであって、該コントローラは、前記冷却流体の温度を低下させるように冷却流体の流れを増大させる工程、前記冷却流体の温度を低下させるためラジエータの冷却容量を増大させる工程、前記背圧バルブを閉じることにより前記カソード圧を増大させる工程、及び、カソード化学量論係数を減少させるように前記コンプレッサの速度を減少させる工程のうち１つ以上を実行することによって、前記カソード入口空気の相対湿度が前記所定のパーセンテージより低くなることを防止するため前記カソード排気ガスの相対湿度を増大させる、前記コントローラと、
    を備える、燃料電池システム。
  12. 前記コントローラは、前記カソード入口空気の相対湿度が前記所定のパーセンテージより低くなることを防止する上で、前記冷却流体の温度を低下させる工程、カソード圧力を増大させる工程、及び、カソード化学量論係数を減少させる工程のいずれもが有効でない場合、前記燃料電池スタックのパワー出力を制限する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
  13. 前記スタックから出る冷却流体の温度を測定するための温度センサと、前記カソード排気ガスの圧力を測定するための圧力センサとを更に備え、前記コントローラは、前記カソード排気ガスの相対湿度を次式により計算し、
    Figure 2007335409
     ここでＴ１は前記スタックの冷却流体出口温度、Ｐ１はカソード出口ガスの圧力、及び、Ｐ２はカソード圧力降下量である、請求項１１に記載の燃料電池システム。
  14. 前記カソード入口空気の流量を測定するための流量計を更に備え、前記コントローラは、前記カソード化学量論係数を次式により計算する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
    Figure 2007335409
  15. 前記カソード入口空気の温度を測定するための第１の温度センサと、前記スタックから出る冷却流体の温度を測定するための第２の温度センサと、を更に備え、前記コントローラは、前記カソード入口の相対湿度のパーセンテージを次式により計算し、
    Figure 2007335409
     ここでＴ２はカソード入口温度であり、Ｔ３は前記冷却流体の出口温度である、請求項１１に記載の燃料電池システム。
  16. 燃料電池スタックへのカソード入口空気流れの相対湿度が所定のパーセンテージより低下することを防止するための方法であって、
    水蒸気輸送装置を通してカソード排気ガスを流れさせ、
    前記カソード排気ガスにより提供される湿度を増すため前記水蒸気輸送装置を通してカソード入口空気流れを流れさせ、
    前記カソード入口空気の相対湿度が前記所定のパーセンテージより低くなることを防止するため前記カソード排気ガスの相対湿度を増大させるように、前記スタックを冷却する冷却流体の温度を低下させる工程、前記スタックのカソード圧力を増大させる工程、及び、カソード化学量論係数を減少させる工程のうち１つ以上を実行する、各工程を備える、方法。
  17. 前記カソード入口空気の相対湿度が所定のパーセンテージより低下することを防止するため燃料電池スタックパワーを制限する工程を更に備える、請求項１６に記載の方法。
  18. 冷却流体の温度を低下させる前記工程は、前記冷却流体の流れを増大させる工程を備える、請求項１６に記載の方法。
  19. 冷却流体の温度を低下させる前記工程は、ラジエータの冷却容量を増大させる工程を備える、請求項１６に記載の方法。
  20. 前記カソード圧力を増大させる工程は、カソード排気ガスライン内で背圧バルブを閉じる工程を備える、請求項１６に記載の方法。
  21. 前記カソードの化学量論係数を減少させる工程は、前記カソード入口空気流れを提供するコンプレッサの速度を減少させる工程又は前記スタックの出力電流を増大させる工程を備える、請求項１６に記載の方法。
JP2007152729A 2006-06-09 2007-06-08 スタック入口のｒｈを増大させるためのシステムレベル調整 Expired - Fee Related JP4871219B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/449,933 2006-06-09
US11/449,933 US20070287041A1 (en) 2006-06-09 2006-06-09 System level adjustments for increasing stack inlet RH

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007335409A true JP2007335409A (ja) 2007-12-27
JP4871219B2 JP4871219B2 (ja) 2012-02-08

Family

ID=38777143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007152729A Expired - Fee Related JP4871219B2 (ja) 2006-06-09 2007-06-08 スタック入口のｒｈを増大させるためのシステムレベル調整

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20070287041A1 (ja)
JP (1) JP4871219B2 (ja)
CN (1) CN101127402B (ja)
DE (1) DE102007026331B4 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101282679B1 (ko) 2010-07-07 2013-07-12 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 운전 방법
US8518592B2 (en) 2009-07-29 2013-08-27 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell system

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7517600B2 (en) * 2006-06-01 2009-04-14 Gm Global Technology Operations, Inc. Multiple pressure regime control to minimize RH excursions during transients
US8173311B2 (en) * 2007-02-26 2012-05-08 GM Global Technology Operations LLC Method for dynamic adaptive relative humidity control in the cathode of a fuel cell stack
JP2008277115A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US8415067B2 (en) 2008-02-14 2013-04-09 GM Global Technology Operations LLC Three-way diverter assembly for a fuel cell system
US8308938B2 (en) 2008-06-18 2012-11-13 GM Global Technology Operations LLC Three-way diverter assembly for a fuel cell system
JP5506182B2 (ja) * 2008-11-14 2014-05-28 パナソニック株式会社 燃料電池スタックを備える燃料電池システムおよび燃料電池スタックの製造方法
WO2010125652A1 (ja) * 2009-04-28 2010-11-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR101090715B1 (ko) * 2009-05-27 2011-12-08 현대자동차주식회사 연료전지의 공기 공급량 제어 방법
CN101944625B (zh) * 2009-07-08 2013-02-06 上海攀业氢能源科技有限公司 一种空冷燃料电池系统
US9368817B2 (en) * 2009-10-16 2016-06-14 GL Global Technology Operations LLC In-situ fuel cell stack reconditioning
US9306230B2 (en) * 2009-11-19 2016-04-05 GM Global Technology Operations LLC Online estimation of cathode inlet and outlet RH from stack average HFR
US8927165B2 (en) 2010-06-28 2015-01-06 GM Global Technology Operations LLC Stack cathode inlet RH (relative humidity) control without RH sensing device feedback
WO2012127348A1 (en) * 2011-03-23 2012-09-27 Tata Motors Limited System and method for controlling temperature of a fuel cell stack
EP2720306B8 (en) * 2011-06-06 2016-09-07 Nissan Motor Co., Ltd. Wet state control device for fuel cell
CN103733407B (zh) * 2011-09-02 2016-05-04 日产自动车株式会社 燃料电池系统
KR101417345B1 (ko) * 2012-09-19 2014-07-08 기아자동차주식회사 연료전지 시스템의 제어 방법
KR101755781B1 (ko) * 2015-01-19 2017-07-10 현대자동차주식회사 차량 연료전지의 제어방법
DE102017102354A1 (de) 2017-02-07 2018-08-09 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems und zum Einstellen einer relativen Feuchte eines Kathodenbetriebsgases während einer Aufheizphase
CN110212221B (zh) * 2019-05-16 2020-06-05 苏州市华昌能源科技有限公司 燃料电池、其湿度控制方法
CN110190307B (zh) * 2019-05-16 2020-07-24 苏州市华昌能源科技有限公司 燃料电池系统、其湿度控制方法
US12512486B2 (en) * 2020-02-07 2025-12-30 ZeroAvia, Inc. Electric power generation system based on pressurized fuel cell power system with air cooling and recirculation and method for electric power generation by the system
DE102021213328A1 (de) 2021-11-26 2023-06-01 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
US20260058177A1 (en) 2024-08-23 2026-02-26 Caterpillar Inc. Systems and methods for fuel cell cathode exhaust humidity control

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001143732A (ja) * 1999-11-12 2001-05-25 Toshiba Corp 固体高分子型燃料電池発電システム及びその運転方法
JP2001351655A (ja) * 2000-06-05 2001-12-21 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用ガス供給装置
JP2002373694A (ja) * 2001-05-23 2002-12-26 General Motors Corp <Gm> 圧力及びガス組成の変化に関して補償する相対湿度センサ
JP2003036871A (ja) * 2001-07-24 2003-02-07 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の発電量制御装置
JP2003163018A (ja) * 2001-09-24 2003-06-06 General Motors Corp <Gm> 燃料電池システム及び作動方法
JP2004172125A (ja) * 2002-11-15 2004-06-17 General Motors Corp <Gm> 乾燥したカソード供給による燃料電池システム
JP2005285396A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100527469B1 (ko) * 2003-10-10 2005-11-09 현대자동차주식회사 연료 전지 스택의 온도/습도 제어장치 및 방법
CN2733612Y (zh) * 2004-02-27 2005-10-12 上海神力科技有限公司 一种带有动态控制装置的燃料电池
DE102004022312B4 (de) * 2004-05-04 2009-04-16 Daimler Ag Feuchtigkeitsaustauschmodul mit einem Bündel von für Feuchtigkeit durchlässigen Hohlfasermembranen
CN100448082C (zh) * 2004-08-27 2008-12-31 亚太燃料电池科技股份有限公司 燃料电池加湿模组的瞬间启动及调温装置
US7976991B2 (en) * 2005-05-17 2011-07-12 GM Global Technology Operations LLC Relative humidity control for a fuel cell
US7517600B2 (en) * 2006-06-01 2009-04-14 Gm Global Technology Operations, Inc. Multiple pressure regime control to minimize RH excursions during transients

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001143732A (ja) * 1999-11-12 2001-05-25 Toshiba Corp 固体高分子型燃料電池発電システム及びその運転方法
JP2001351655A (ja) * 2000-06-05 2001-12-21 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用ガス供給装置
JP2002373694A (ja) * 2001-05-23 2002-12-26 General Motors Corp <Gm> 圧力及びガス組成の変化に関して補償する相対湿度センサ
JP2003036871A (ja) * 2001-07-24 2003-02-07 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の発電量制御装置
JP2003163018A (ja) * 2001-09-24 2003-06-06 General Motors Corp <Gm> 燃料電池システム及び作動方法
JP2004172125A (ja) * 2002-11-15 2004-06-17 General Motors Corp <Gm> 乾燥したカソード供給による燃料電池システム
JP2005285396A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8518592B2 (en) 2009-07-29 2013-08-27 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell system
KR101282679B1 (ko) 2010-07-07 2013-07-12 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 운전 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN101127402A (zh) 2008-02-20
CN101127402B (zh) 2010-09-15
DE102007026331A1 (de) 2008-01-03
JP4871219B2 (ja) 2012-02-08
DE102007026331B4 (de) 2012-08-02
US20070287041A1 (en) 2007-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4871219B2 (ja) スタック入口のｒｈを増大させるためのシステムレベル調整
JP5324756B2 (ja) 過渡の間にｒｈ偏位を最小にするための多圧力支配制御
US9306230B2 (en) Online estimation of cathode inlet and outlet RH from stack average HFR
US7862935B2 (en) Management via dynamic water holdup estimator in a fuel cell
US8168343B2 (en) Humidification control during shutdown of a fuel cell system
US9281532B2 (en) Remedial actions for air flow errors in a fuel cell system
US8399142B2 (en) Relative humidity profile control strategy for high current density stack operation
US8623564B2 (en) Method for remedial action in the event of the failure of the primary air flow measurement device in a fuel cell system
US9099703B2 (en) Fast MEA break-in and voltage recovery
US20080081238A1 (en) Water transfer efficiency improvement in a membrane humidifier by reducing dry air inlet temperature
US10333161B2 (en) Low-temperature startup method for fuel cell system
US8524408B2 (en) Stack operation method aimed at cell reversal prevention
US8660819B2 (en) Utilization of HFR-based cathode inlet RH model in comparison to sensor feedback to determine failed water vapor transfer unit and utilize for a diagnostic code and message
US8231989B2 (en) Method for improving FCS reliability after end cell heater failure
US9379396B2 (en) Controls giving −25° C. freeze start capability to a fuel cell system
JP2006210004A (ja) 燃料電池システム
US20170250426A1 (en) Power generation stopping method for fuel cell system and fuel cell system
US9153828B2 (en) Method to diagnose fuel cell humidification problems
JP2006351506A (ja) 燃料電池システム
US8927165B2 (en) Stack cathode inlet RH (relative humidity) control without RH sensing device feedback
JP4603920B2 (ja) 燃料電池用加湿装置及びこれを備えた燃料電池システム
JP7422122B2 (ja) 燃料電池システム
JP2006339103A (ja) 燃料電池システム
JP5060185B2 (ja) スタック端部電池ヒーター制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110128

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110428

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20110913

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111020

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141125

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees