CN102097634B - 用于在关闭后加氢的燃料电池操作方法 - Google Patents

用于在关闭后加氢的燃料电池操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在关闭后加氢的燃料电池操作方法。具体地，公开了一种降低在燃料电池堆中产生空气/氢气锋面的可能性的方法，该方法包括：关闭燃料电池堆阳极侧的阳极阀，从而在系统关闭时允许期望量的氢气留在阳极侧，并且在燃料电池堆被关闭的时间期间确定喷射氢气的调度计划。确定阳极输入管道内的压力，并且基于沿阳极输入管道的预定压力通过打开阳极输入管道阀，从而按照所述确定的调度计划将不连续量的氢喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中，以便将氢喷射入所述燃料电池堆的阳极侧。

Description

用于在关闭后加氢的燃料电池操作方法
技术领域
本发明总体上涉及一种用于降低燃料电池堆中的空气/氢锋面(front)的发生频率的方法；更具体地说，本发明涉及一种这样的方法，该方法在系统关闭后周期性地向燃料电池堆中喷射氢，以在低浓度水平的氧扩散回到燃料电池堆中时对其进行消耗，从而增加在燃料电池堆的内容物从氢/氮混合物转变为氧/氮混合物之前的时间长度。
背景技术
氢是一种非常有吸引力的燃料，因为它是可再生的并且可以用于在燃料电池中高效率地产生电而没有有害的排放。氢燃料电池是一种电化学装置，该装置包括阳极和阴极，并且在这两个电极之间有电解质。阳极接收氢气，而阴极接收氧或空气。氢气在阳极催化剂处被分离以产生自由的质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。质子在阴极催化剂处与氧和电子发生反应以产生水。来自阳极的电子不能穿过电解质，因此这些电子在被送到阴极之前被引导着经过负载而进行作功。
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是用于车辆的流行的燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极电极和阴极电极或者催化剂层通常包括支撑于碳颗粒上并与离聚物混合的细碎的催化颗粒(一般为铂(Pt))。该催化混合物沉积在所述膜的相对侧上。阳极催化混合物、阴极催化混合物与膜的组合限定了膜电极组件(MEA)。各MEA通常被夹在两片多孔材料的气体扩散层(GDL)之间，所述气体扩散层保护膜的机械完整性并且还有助于使反应物和湿度的分布均匀。MEA的生产成本相对较高，并且其有效运行需要某些条件。
通常将若干燃料电池组合于燃料电池堆中，以产生期望的功率。例如，典型的用于车辆的燃料电池堆可以具有200个或更多的堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入气体(通常是被压缩机强制流经燃料电池堆的空气流)。燃料电池堆还接收流入燃料电池堆阳极侧的阳极氢输入气体。不是所有的氧都被燃料电池堆消耗掉，一部分的空气作为阴极排气被输出，所述阴极排气可以包括作为燃料电池堆中发生的化学反应的副产物的水。
燃料电池堆包括位于燃料电池堆中的数个MEA之间的一系列双极板，其中双极板和MEA定位于两块端板之间。双极板包括用于燃料电池堆中相邻的燃料电池的阳极侧及阴极侧流动分配器、或者流场。在双极板的阳极侧设置有允许阳极反应气体流到各自MEA中的阳极气体流动通道。在双极板的阴极侧设置有允许阴极反应气体流到各自MEA中的阴极气体流动通道。一个端板包括阳极气体流动通道，而另一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板是用导电材料(例如不锈钢或导电复合材料)制成。端板将由燃料电池产生的电导出燃料电池堆。双极板还包括冷却流体流经其中的流动通道。
当燃料电池系统关闭时，燃料电池堆中可以留有过剩的氢或氧，或者该系统可以试图同时消耗这两种反应物。在第一种情况下，未反应的氢气停留在燃料电池堆的阳极侧。该氢气能够扩散经过或穿过所述膜而与燃料电池堆阴极侧的氧反应。当该氢气扩散到阴极侧时，燃料电池堆阳极侧的总压力下降。一部分氧将会留在阴极管路中并且将会利用对流力或扩散力缓慢地再次进入阴极流场。大部分的氧将会与局部存在于电池中的氢反应。最终，电池中的局部的氢将被消耗，而氧将开始浓缩。最终，氧气将局部性地渗透所述膜而到达阳极。
当空气进入燃料电池堆的阳极侧时，会产生导致在阳极侧发生短路的空气/氢锋面，从而导致氢离子从阳极侧的氢充斥部分到阳极侧的空气充斥部分的横向流动。该横向电流同所述膜的高的横向离子电阻组合，从而产生了跨越膜的显著的横向电位差(～0.5伏)。在阴极侧和与之相对的阳极侧的空气加注部之间产生了局部性的高电位。与电解质膜相邻的高电位会促进快速的碳腐蚀，并导致电极碳层变薄。这会减弱对催化剂颗粒的支撑，从而降低燃料电池的性能。
在汽车应用中，在燃料电池系统的使用寿命期间存在大量的启动和停止循环，每次循环都可能产生如上所述的空气/氢锋面。一般认为40,000次启动和停止循环的目标值是合理的。在系统关闭时，使燃料电池堆处于富氧环境中会导致在关闭和启动时均发生有害的空气/氢事件，其中每次启动和停止循环产生2μV至5μV的退化是可能的。因此，在40,000次的启动和停止循环事件之后，总的退化大约为100mV或更多的量级。如果燃料电池堆在关闭时留有氢/氮混合物，并且在已积聚了可感知浓度的氧之前使系统再启动，则在关闭和随后的再启动期间可避免电池腐蚀。
在本技术领域，已知在系统关闭时通过以高压使空气自压缩机中强制进入阳极侧，从而可将氢气吹扫出燃料电池堆的阳极侧。然而，该空气吹扫会产生导致至少部分碳支撑物发生腐蚀的空气/氢锋面，如上所述。本技术领域的另一种已知方法是在系统关闭时提供阴极再循环以降低碳腐蚀；如标题为“Method for Mitigating Cell DegradationDue to Startup and Shutdown Via Cathode Re-Circulation Combined withElectrical Shorting of Stack”的于2006年8月10日提交的共同所有的美国非临时专利申请11/463,622中所述的，将其内容在此引入作为参考。尤其是，已知在系统关闭时泵送空气和少量氢的混合物通过燃料电池堆的阴极侧，以使氢和氧在阴极侧混合从而减少氧气的量，因此降低引起碳腐蚀的可能性。
还已知在系统关闭时停止阴极空气流同时保持正的阳极侧氢压力，然后使燃料电池堆短路以允许氧被氢消耗掉，接着封闭阳极侧和阴极侧的进口阀和出口阀；如标题为“Method of Mitigating Fuel CellDegradation Due to Startup and Shutdown Via Hydrogen/NitrogenStorage”的于2006年12月18日提交的共同所有的美国非临时专利申请11/612,120中所述的，将其内容在此引入作为参考。
虽然已显示这些技术确实有助于缓解碳支撑物的腐蚀，但这些技术可能不会除去所有氧，并且可能需要额外的用于阴极再循环的部件。此外，所述阀可能不是密封的，并且在系统关闭后的气体冷却和水汽凝结会产生将空气吸入燃料电池堆中的真空。因此，在本技术领域，需要在燃料电池系统的关机时间内保持充分的氢浓度，以防止氧在燃料电池堆中积聚。此外，需要限制所消耗氢的量和电力同时保持缓减腐蚀所需的充分的氢气浓度。
发明内容
根据本发明的教示，公开了一种用于降低燃料电池堆中的空气/氢锋面的产生可能性的方法；该方法包括：关上燃料电池堆阳极侧的阳极阀从而允许在系统关闭时有期望量的氢留在阳极侧，并且在燃料电池堆关闭的时间期间确定喷射氢的调度计划(schedule)。确定阳极输入管道内的压力，并且基于沿阳极输入管道的确定压力并按照确定的调度计划通过打开阳极输入管道阀，来将不连续量的氢喷射入燃料电池堆的阳极侧中，从而将氢喷射入燃料电池堆的阳极侧。
本发明还包括以下方案：
方案1.一种用于降低燃料电池堆中的空气/氢锋面的发生可能性的方法，所述方法包括：
确定燃料电池系统已关闭；
保持所述燃料电池系统的关闭状态，直到被调度计划的氢喷射；
确定会阻止发生氢喷射的错误是否存在；
确定在到所述燃料电池堆的阳极输入管道内有充分的压力以便施行所述氢喷射；
按照预定的被调度计划的氢喷射并利用所述阳极输入管道内的压力，将不连续量的氢喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中；以及
返回到关闭状态，直到下一次被调度计划的氢喷射。
方案2.如方案1所述的方法，其特征在于，每次按照所述预定的被调度计划的氢喷射并利用所述阳极输入管道内的压力将不连续量的氢喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中，是发生在氧或空气开始在所述燃料电池堆的阳极侧占优势之前。
方案3.如方案1所述的方法，还包括：通过以级联的方式打开所述阳极输入管道内的阀，来增加所述阳极输入管道内的压力。
方案4.如方案1所述的方法，其特征在于，当在所述燃料电池堆的阳极侧上获得预定的压力时，利用所述阳极输入管道中的压力在每次预定的被调度计划的氢喷射期间将所述量的氢喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中的过程结束。
方案5.如方案4所述的方法，其特征在于，在所述燃料电池堆阳极侧上的预定压力是小于200千帕。
方案6.如方案1所述的方法，其特征在于，无论在所述燃料电池堆阳极侧上是否获得期望的压力，在预定的阈值时段之后，利用所述阳极输入管道中的压力并按照所述预定的被调度计划的氢喷射的所述氢喷射结束。
方案7.如方案1所述的方法，其特征在于，不管已经经过的时间量并且无论是否获得期望的阳极侧压力，在已经计量出预定的阈值量的氢之后，利用所述阳极输入管道中的压力并按照所述预定的被调度计划的氢喷射的所述氢喷射结束。
方案8.如方案1所述的方法，其特征在于，利用所述阳极输入管道内的压力来喷射氢的所述预定的调度计划最初是基于所述燃料电池系统的校准测试和来自所述燃料电池系统的传感器反馈。
方案9.如方案8所述的方法，其特征在于，利用所述阳极输入管道内的压力来喷射氢的所述预定的调度计划被定期调整，以便考虑所述燃料电池堆的老化情况。
方案10.如方案8所述的方法，其特征在于，利用所述阳极输入管道内压力的所述预定的被调度计划的氢喷射的最初氢喷射，相对于以后的氢喷射而言是发生在经过了较短的时段之后，用以补偿因所述燃料电池堆的冷却所致的最初的气体收缩和水汽凝结。
方案11.如方案1所述的方法，还包括：在每次按照所述预定的调度计划进行的氢喷射期间、或者在所述燃料电池堆的启动期间，通过测量所述燃料电池堆中的燃料电池的电压来检测所述燃料电池堆中的氧或空气。
方案12.如方案11所属的方法，其特征在于，在先前按照所述预定的调度计划进行的氢喷射期间，如果测出电压中的预定阈值升高，那么每次氢气喷射都是发生在调度计划之前。
方案13.如方案1所述的方法，还包括：在关闭所述燃料电池堆时关闭阴极进口阀和阴极出口阀，以防止氧或空气进入所述燃料电池堆。
方案14.如方案1所述的方法，其特征在于，在每次氢喷射期间，所述燃料电池堆的阳极侧的压力增加到大约200千帕。
方案15.一种用于降低燃料电池堆中的空气/氢锋面的发生可能性的方法，所述方法包括：
关闭在所述燃料电池堆阳极侧中的阳极阀，从而在系统关闭时允许期望量的氢留在所述阳极侧中；
在所述燃料电池堆关闭的时间内，确定用于喷射氢的调度计划；
确定阳极输入管道上的压力并且确定在所述燃料电池堆的阳极侧中的压力；以及
通过基于沿着所述阳极输入管道确定的压力打开所需的一个或多个阳极输入管道阀以按照所述确定的调度计划将氢喷射到所述燃料电池堆的阳极侧中，从而将氢喷射到所述燃料电池堆的阳极侧中。
方案16.如方案15所述的方法，其特征在于，当所述燃料电池堆的阳极侧获得预定的压力时，按照所述确定的调度计划将所述量的氢气喷射入所述燃料电池堆阳极侧中的过程结束。
方案17.如方案15所述的方法，其特征在于，当所述燃料电池堆阳极侧的压力低于200千帕时，在所述确定的调度计划期间喷射所述氢的过程结束。
方案18.如方案15所述的方法，其特征在于，在预定的阈值时段之后，无论是否获得期望的阳极侧压力，按照所述确定的调度计划将所述量的氢气喷射入所述燃料电池堆阳极侧中的过程结束。
方案19.如方案15所述的方法，其特征在于，不管所经过的时间量以及无论是否获得期望的阳极侧压力，在已经计量出预定的阈值量的氢之后，按照所述确定的调度计划的氢喷射结束。
方案20.如方案15所述的方法，其特征在于，按照所述确定的调度计划将氢喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中的调度计划最初基于所述燃料电池系统的校准测试和来自所述燃料电池系统的传感器反馈。
方案21.如方案15所述的方法，其特征在于，定期调整根据所确定的调度计划将氢喷射到所述燃料电池堆的阳极侧中的调度计划，以便考虑所述燃料电池堆的老化情况。
方案22.如方案15所述的方法，还包括：在按照所述确定的调度计划的每次氢喷射期间或者在启动所述燃料电池堆期间，通过测量所述燃料电池堆中的燃料电池的电压，由此检测所述燃料电池堆中的氧或空气。
方案23.如方案22所述的方法，其特征在于，在氢喷射期间如果测量出所述燃料电池堆的燃料电池的电压的预定阈值升高，则氢气喷射是在调度计划之前发生。
方案24.如方案15所述的方法，还包括：在关闭所述燃料电池堆时关闭阴极进口阀和阴极出口阀，以防止氧或空气进入所述燃料电池堆。
方案25.如方案15所述的方法，其特征在于，在每次氢喷射期间，所述燃料电池堆的阳极侧中的压力增加到大约200千帕。
方案26.一种用于降低燃料电池堆中的空气/氢锋面的发生可能性的方法，所述方法包括：
确定所述燃料电池系统已经被关闭；
关闭阳极侧的阀，以允许期望量的氢留在所述燃料电池堆的阳极侧中；
关闭所述燃料电池堆中的阴极侧的阀，以防止氧或空气进入所述燃料电池堆；
在所述燃料电池堆关闭的时间内，确定用于喷射氢的调度计划；
保持关闭状态，直到达到被调度计划的氢喷射时间；
确定将阻止发生氢喷射的错误是否存在；
确定在到所述燃料电池堆的阳极输入管道内有充分的压力，以便施行所述氢喷射；
按照所述预定的调度计划并利用喷射器将不连续量的氢气喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中；以及
在所述氢喷射结束之后或者如果存在任何错误状态，则返回到关闭状态。
方案27.如方案26所述的方法，其特征在于，当在所述燃料电池堆的阳极侧上获得预定的压力时，则在各预定的氢喷射期间将所述量的氢喷射入所述阳极侧的过程结束。
方案28.如方案27所述的方法，其特征在于，所述氢气被喷射，直到所述燃料电池堆阳极侧内的压力低于200千帕。
方案29.如方案26所述的方法，其特征在于，无论在所述燃料电池堆的阳极侧中是否获得期望的压力，在预定的阈值时段之后在各预定的氢喷射期间将所述量的氢喷射入所述阳极侧中的过程结束。
方案30.如方案26所述的方法，其特征在于，不管所经过的时间量以及无论是否获得所述的期望的阳极压力，在已经计量出预定的阈值量的氢之后，在各预定的调度计划的氢喷射期间将所述量的氢喷射入所述阳极侧中的过程结束。
方案31.如方案26所述的方法，其特征在于，所述预定的喷射氢的调度计划最初是基于所述燃料电池系统的校准测试和来自所述燃料电池系统的传感器反馈。
方案32.如方案26所述的方法，其特征在于，所述预定的被调度计划的氢喷射的最初氢喷射是在经过了比最初调度计划的时段更短的时段之后发生，以补偿因所述燃料电池堆的冷却所致的最初的气体收缩和水汽凝结。
方案33.如方案26所述的方法，还包括：通过在按照所述预定的调度计划的各氢喷射期间测量所述燃料电池堆中的燃料电池的电压，来检测所述燃料电池堆中的氧或空气。
方案34.如方案33所述的方法，其特征在于，如果在氢喷射期间检测出电压的阈值升高，那么接下来的氢气喷射是在所述预定的调度计划之前发生。
方案35.如方案26所述的方法，其特征在于，在每次氢气喷射期间，所述燃料电池堆的阳极侧的压力增加到大约200千帕。
从以下的描述和所附权利要求中，并结合附图，本发明的其他特征将会变得显而易见。
附图说明
图1是燃料电池系统的示意性方框图。
图2A和图2B是例示出用于在系统关闭后进行加氢的方法的非限制性实施例的流程图。
具体实施方式
以下针对用于在系统关闭后进行不连续的氢喷射的方法的本发明实施例的论述，在本质上仅仅是示例性的，而绝不是意图限制本发明或者其应用或用途。
图1是包括燃料电池堆12的燃料电池系统10的示意性方框图，燃料电池堆12具有阳极侧和阴极侧。喷射器24将氢自阳极输入管道16中的氢源14喷射入燃料电池堆12中。喷射器24可以是任何适合于本文所述目的的喷射器、喷射器/喷出器、或者成排的喷射器。氢源14上的罐上阀20控制来自氢源14的氢流量。在阳极输入管道16中位于氢源14和喷射器24之间设置有隔离阀22，用以控制阳极输入管道16中的压力，如以下更详细的论述那样。阳极输入管道16中还可以包括压力调节器28，用以调节阳极输入管道16中的氢压力。
在该实施例中，燃料电池系统10采用阳极再循环，其中将阳极再循环气体自燃料电池堆12中输出并利用阳极再循环管道38使之经过喷射器24而再循环回到阳极输入部，以减少自燃料电池堆12中排放出的氢气的量。利用设置在阳极再循环管道38中的水分离装置30从再循环的阳极气体中除去水。水分离装置30以本领域技术人员所熟知的方式收集并容纳水。在阳极排气管道18上设置有阀26，并且基于预定的过程(例如时间调度计划、采用闭环控制的传感器、模型等)定期(或周期性)将阀打开以使水自水分离器30的储罐中排出，并且将阀定期打开从而自燃料电池堆12的阳极侧除去氮气，正如本领域技术人员所熟知的。
在罐上阀20和隔离阀22之间设置有第一压力传感器34，在隔离阀22和喷射器24之间且在阳极输入管道16上设置有第二压力传感器36。在喷射器24和燃料电池堆12之间并且在阳极输入管道16上设置有第三压力传感器32，用以测量在燃料电池堆12阳极侧中的压力，如以下更详细的描述。在替代实施例中，在阳极再循环管道38上设置有第三压力传感器32，用以测量在燃料电池堆阳极侧中的压力。在第二替代实施例中，隔离阀22不是系统10的一部分。
压缩机40使空气流经过水汽转移(WVT)单元50(用于对阴极输入空气进行加湿)从而提供给阴极输入管道42上的燃料电池堆12的阴极侧。阴极排气管道44将阴极排气导入WVT单元50，以提供湿气从而给阴极输入空气加湿。在阴极输入管道42上设置有阴极输入阀46，并且在阴极排气管道44上设置有阴极排气阀48，用以分别选择性地控制阴极空气和阴极排气的流量。通过设置控制器52来控制来自氢源14的氢流量、来自压缩机40的阴极空气流量、阳极侧阀20、22、26和喷射器24的位置、以及阴极侧阀46和48的位置。控制器52可以控制阳极侧阀20和22的位置，使得阀20与22一前一后地打开和关闭，从而以级联的方式在阳极输入管道16中构建压力，这将在下面作更详细描述。
为了保护燃料电池堆12免受在系统10再启动期间因燃料电池堆12中有氧存在所造成的损伤，而在关闭了预定时段之后按照一定的调度计划向燃料电池堆12的阳极侧喷射氢。可以用多种触发器来指示关闭，包括关掉燃料电池系统10或者包含系统10的车辆。如果在预定时段过去之前使系统10再启动，则要为下一次系统关闭对用于喷射氢的调度计划进行重新设定。此外，如果控制器52检测某些燃料电池堆状态，或者如果控制器52确定车辆钥匙在附件位置或者打开位置，则可以禁用喷射氢气的方法。下面将更详细地描述本发明的这些方面。
在系统关闭时将阀26关上，并且在预定时段之后或者在阳极输入管道16中获得预定量的压力之后，将阳极输入管道阀20和22关上。类似地，在系统关闭时，喷射器24在预定时段之后停止喷射氢气，在燃料电池堆12的阳极侧可获得预定量的压力或者预定量的氢气。在空气量开始超过在燃料电池堆12阳极侧内的氢气量之前，向阳极侧提供被调度计划的氢喷射，正如以下更详细的描述那样。
在每次被调度计划的喷射期间，可以将氢喷射入燃料电池堆12的阳极侧中达到规定的压力，以控制所喷射氢气的总量。正如本领域技术人员可容易理解的，可以将氢喷射入燃料电池堆12的阳极侧达到多种压力。在一个非限制性实施例中，将氢喷射入燃料电池堆的阳极侧达到大约50千帕的压力是适宜的，并且在用于车辆应用中的典型燃料电池堆的压力极限内。在每次被调度计划的喷射期间喷射入燃料电池堆12阳极侧的氢气的量，可以通过用对喷射器24进行计量来确认，并且应当基于计量装置对其加以限制，或者利用一些其他合适的装置来确认，以避免因压力传感器的故障或者因阳极侧的泄漏而过量喷射氢气，从而如预期地防止压力增加。
还可以将氢喷射入燃料电池堆12的阴极侧，然而，优选的是将惰性气体保持在燃料电池堆12的阴极侧中。虽然可以采用低喷射量或者连续喷射方法，但难以对如此小的量进行计量。此外，在加氢时需要对装置和系统进行控制和监测，这相应地需要消耗一定量的功率。因此，优选不连续的氢喷射，以确保对氢的准确计量，并且限制对氢喷射过程进行控制和监测所需要的功率。
如以下更详细的描述，利用喷射器24将来自阳极输入管道16的氢用于供应被调度计划的氢喷射。可以基于气体浓度建模或者规定的时间间隔来确定氢喷射的调度计划。这些校准需要考虑因燃料电池堆12冷却时的水汽凝结所导致的过度的空气对流。结果，可以基于各种输入，包括周围空气温度和燃料电池堆状态(例如系统关闭时的燃料电池堆温度)对最初的氢喷射的正时作进一步调整。例如，如果燃料电池堆12的温度高于平均温度或者周围空气温度低于平均温度(即检测出比燃料电池堆12和周围环境之间的预期温度差距更大)，则预计有额外的气体收缩，因此需要在燃料电池系统10关闭之后更早地进行最初的被调度计划的氢喷射。在这种情况下，所预期的是，对于第二次及随后的被调度计划的氢喷射也需要进行重新进行调度计划。
也可以因燃料电池堆12内有空气存在，因而对根据进行氢喷射所用的校准测试而最初确定的调度计划进行调整。可以基于电池或燃料电池堆的电压升高来检测空气，如已经通过气体取样得到确认的那样。电压中的变化表示有氧存在并正在与氢反应，正如本领域技术人员容易理解的那样。可以基于电压的存在和量值来调整用于施行氢喷射的调度计划。例如，如果在氢喷射期间或者在燃料电池系统10启动期间电压测量值高于预期值，则用于控制器52的算法可进行调适以允许在较短的时间间隔后就使未来的氢喷射发生，即，早于最初调度计划的时间。然而，燃料电池堆12的电压变化表示空气或氧已经进入了燃料电池堆12，因而可能会造成损害。因此，监测燃料电池堆电压也许不能提供足够早的指示来防止氧或空气进入燃料电池堆12，这意味着在每次喷射氢时将会推动空气/氢锋面经过燃料电池堆12，而这是不期望的。
可以通过对调度计划进行调适来喷射氢从而在校准测试所确定的调度计划之前执行喷射事件，以便包括误差容限，以考虑到从一个燃料电池堆到另一个燃料电池堆的操作状态中的变化、环境状态的变化、以及其他可从燃料电池堆到燃料电池堆中观察到的变化。此外，也许需要根据燃料电池堆12的老化情况对氢喷射的正时进行调整，这是因为密封性能会由于燃料电池堆部件的老化从而随着时间的推移而下降，并且也因为在单独的系统之间可能存在有差异，如上所述那样。
如果在系统10中没有任何泄漏，那么在氢喷射之间氢输入管道16内的压力应当保持恒定。压力的下降(如压力传感器34和36测出的那样)可以表示有泄漏，并且算法可以确定压力下降是否大到应停止氢喷射过程，以避免浪费氢并且亦确保氢排放不超过容许水平。由于穿过量以及与扩散入燃料电池堆中的空气的反应，因此预计由压力传感器32测出的压力会发生衰减，因此压力传感器32不被用于决定是否停止氢喷射过程。
在燃料电池系统10的启动期间，如果放电电路连接到燃料电池堆12，则可以通过测量电流来确定阴极侧相对于阳极侧的相对氢气分压。然后可以利用测出的电流来计算阴极活性区域的气体成分，从而确定在阴极活性区域内的氢含量。如果氢成分低于预期值，则算法可以进行调适，以便在较短的时间间隔之后(即比最初调度计划的时间早)进行未来的氢喷射。如上所述，算法进行调适的能力，允许算法可以对由于硬件变化以及系统使用寿命周期所导致的燃料电池系统的变化加以考虑。可替代地，可以利用气体分析仪来确定是否有氧存在，然而，往燃料电池系统10中增设气体分析仪会添加更多的部件和与该系统有关的成本。
为了使需要加入燃料电池堆12阳极侧的氢气的量最小化，可以通过关闭阴极侧阀(例如阴极输入阀46和阴极排气阀48)而使自周围空气中进入的氧气最小化。此外，为了限制在系统关闭之后因气体收缩和水汽凝结而被吸入燃料电池堆12中的空气的量，可以在关闭之前冷却燃料电池堆12。
在将氢喷射入燃料电池堆12的阳极侧之前、期间和之后，可以利用阳极输入压力传感器34、36和32来检验未曾发生氢气泄漏。例如，如果在加氢期间由压力传感器32测出的阳极压力未升高，那么这可以表示在某些部位有氢气自阳极侧泄漏出来，并且算法可以禁止氢喷射过程并停止未来被调度计划好的氢喷射。
在设置有燃料电池系统10的车辆或系统10自身正在进行维修的关机时间内，在系统关闭期间可以禁止氢喷射。可以用数种方式对正在进行维修的情况进行检测，包括通过维修特定开关或者通过去除部件的外盖(其包括联锁开关)。正如本领域技术人员所知的那样，可以使用用于检测车辆或系统10正在被维修的其他机构。
用于在系统关闭期间执行被调度计划的氢喷射的方法也可能在其他情况下被禁用，例如车辆或系统10已经被长期关闭的情况下。作为示例，用于喷射氢的方法可以在系统关闭48小时之后被禁用，这是因为继续施行氢喷射的益处会随着时间的推移而减少。这样对于确保蓄电池(battery)功率不被过分消耗可能是必要的，因为还需要一定量的蓄电池功率用于系统的再启动。例如，如果燃料电池系统10中可用的低电压功率下降至低于预定的阈值水平，则可以禁用喷射氢的方法。
可能会有不需要上述措施的情况。例如，如果试图氧化阳极污染物，则可以将空气置于阳极子系统中。如果是在这种情况下，用于在系统关闭期间喷射氢气的方法(如本文中所描述)将暂停。
喷射入阳极侧的氢将会穿过质子传导膜而进入阴极侧，并且将会在一定时段(一般是数分钟)之后达到平衡。若在阴极侧的氢气水平较高，则在燃料电池系统10启动时来自压缩机40的空气将驱使阴极侧的氢气进入阴极排气管道44。如果不正确地选择空气流量，那么阴极排气管道44中的氢浓度会超过氢排放的容许水平，因此必须由燃料电池系统10或者通过操作方法对阴极排气管道44中的氢进行处理，正如对于本领域技术人员所显而易见的那样。
图2A和图2B是流程图60，该流程图示出了用于实现在系统关闭期间为防止在所述系统关闭期间空气进入阳极侧而导致在燃料电池堆12中产生空气/氢锋面从而执行被调度计划的将氢喷射入燃料电池堆12阳极侧的方法的非限制性实施例。一旦在方框62中要求关闭系统，则在方框64中将氢源14上的罐上阀20关上。接着，在方框66中将隔离阀22关上。正如本领域技术人员所知，通常打开阀26的目的只是将氮气和水以及其他流体自燃料电池堆12的阳极侧放出。因此，在系统关闭时通常阀26已经关闭。
在罐上阀20和隔离阀22都关上之后，在决定菱形框68中算法确定在燃料电池系统10关闭期间是否有阻止进行氢喷射的任何现存的故障。可以利用一些故障来确定是否允许进行氢喷射，所述故障包括已经存储于控制器52的非易失性存储器中的在先前关闭期间来自先前的被调度计划的氢喷射的故障。确定车辆是否正在被维修或者燃料电池堆是否需要进行重新调整也可以显示故障，并且因此防止在系统关闭期间进行氢喷射。在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用在系统关闭期间用于禁止被调度计划的氢喷射的其他指示物。
如果在决定菱形框68中算法确定在系统关闭之后不应进行被调度计划的氢喷射，那么在方框70中将禁用被调度计划的氢喷射的比特(bit)存储于控制器52的存储器中。然而，如果在决定菱形框68中控制器52确定在关闭之后可以进行被调度计划的氢喷射，那么在方框72中将允许进行被调度计划的氢喷射的比特存储于控制器52的存储器中。一旦该适当的决定已经被存储于控制器52的存储器中，则在方框74中选择适当的氢喷射调度计划。如果在方框70中将禁用氢喷射的比特存储于控制器52中，那么适当的氢喷射调度计划则是不允许氢喷射的调度计划。如上所述，适当的调度计划是基于多种因素来确定的，包括校准测试、燃料电池堆温度、周围环境温度、和燃料电池堆12的老化情况。当在方框74中确定适当的氢喷射调度计划时，可以包括其他因素而不脱离本发明的范围。
在方框74中选择了适当的氢喷射调度计划之后，则在方框76中认为燃料电池系统10的关闭已完成。当系统关闭完成时，控制器52是关闭的，而且罐上阀20、隔离阀22和阀26都被关上，并且喷射器24不喷射氢气。在决定菱形框78中燃料电池系统10保持关闭直到下一次再启动或者直至达到喷射氢气的时刻，如由上述的被调度计划的氢喷射所决定的那样。
在决定菱形框78中如果还未达到唤醒控制器52并执行被调度计划的氢喷射的时刻，那么通过返回到方框76而使燃料电池系统10保持关闭，并维持关闭状态。一旦在决定菱形框78中达到用于施行第一次被调度计划的氢喷射的时刻，则在方框80中基于在方框74中所确定的适当的氢喷射调度计划而唤醒控制器52。
在方框80处控制器52被唤醒之后，在决定菱形框84中算法确定是否可以施行被调度计划的氢喷射。在决定菱形框84中，算法寻找在系统关闭之前来自燃料电池系统10的先前运行的存储数据，以便确定是否期望施行被调度计划的氢喷射。不允许氢气喷射的示例状态是表示了喷射器24被卡住而打开的存储数据。然而，可以存在表示不期望施行被调度计划的氢喷射的多种状态，例如多种安全状态。如果确定不期望喷射氢，那么在方框76中系统10返回至关闭状态。可替代地，算法可以反过来编写。因此，如果不期望喷射氢，例如由于阀可能会发生故障的缘故，那么控制器会被告知不要唤醒直到任何问题均被排除。
如果在决定菱形框84中算法确定可以施行被调度计划的氢喷射，那么算法然后在决定菱形框86中利用阳极输入管道压力传感器32来确定在燃料电池堆12的阳极侧内是否有充分的压力。如果在决定菱形框86中如通过阳极输入管道压力传感器32所确定的那样在燃料电池堆12的阳极侧中有足够的压力，则不施行被调度计划的氢喷射。原因很可能是控制器唤醒得太早并且仍然存在大量的氢气、或者传感器已失灵、或者进口的喷射器已发生泄漏。充分压力的一个实例为110千帕，然而本领域技术人员将会认识到可以采用多种压力，并且最佳压力将视燃料电池系统10的情况而变化。如果算法确定在燃料电池堆12的阳极侧存在充分的氢气，那么算法可以调整氢喷射调度计划从而允许在经过比最初校准的时段更长的时段之后施行被调度计划的氢喷射。
然而，如果在施行被调度计划的氢喷射的时间点时所述压力低于预定的阈值水平，那么在决定菱形框88中算法确定是否有足够的低电压的蓄电池功率来施行被调度计划的氢喷射。如果在决定菱形框88中算法确定可用的低电压蓄电池功率低于预定的阈值，那么燃料电池系统10保持关闭，并且算法在方框76中返回至关闭完成状态。然而，如果在决定菱形框88中可用的低电压蓄电池功率高于预定的阈值，那么在决定菱形框90中算法确定燃料电池系统10或车辆钥匙是否处在开启位置或附件位置。在决定菱形框90中如果车辆钥匙处在开启位置或附件位置，那么算法将不允许发生被调度计划的氢喷射，这是因为预计车辆和/或燃料电池系统10将会不久被再启动，因而在方框76中该过程返回至关闭状态。然而，在某些情况下(例如在系统10的维修期间)，在决定菱形框90中算法可以超越所述决定，从而不允许进行被调度计划的氢喷射。本领域技术人员将会认识到，尽管在此非限制性实施例中未具体公开，但可以存在超越使氢喷射禁止或启动的多种状态。
如果在决定菱形框90中算法确定车钥匙并不处在开启位置或附件位置，那么在决定菱形框92中算法确定在不打开隔离阀22或罐上阀20的情况下由压力传感器36测出的压力是否足以允许喷射器24施行被调度计划的氢喷射。如果由压力传感器36测出的压力大于预定的阈值，那么在方框106中算法将允许利用喷射器24进行被调度计划的氢喷射，对此将在下面作更详细的论述。如果由压力传感器36测出的阳极输入管道16中的压力是不充分的，那么算法则要求事件以不同次序发生，这将在以下作详细描述。充分压力的一个非限制性实例是由压力传感器36测出的压力大于500千帕。然而，阳极输入管道16中所需的压力值可以视被调度计划的氢喷射所需的氢气量而变化。被调度计划的氢喷射所需的氢气量的一个非限制性实例为大约0.2克的氢气。此外，在一个替代实施例中，在不脱离本发明的范围的情况下，可以按不同的顺序来安排决定菱形框84～92。
如果在决定菱形框92中确定由压力传感器36测出的压力是不充分的，那么在决定菱形框94中确定由压力传感器34测出的压力。如果由压力传感器34测出的压力超过预定的阈值，那么在方框104中可以通过打开隔离阀22来进行被调度计划的氢喷射，由此在隔离阀22和喷射器24之间的阳极输入管道16中构建压力，同时保持罐上阀20关闭。在被调度计划的氢喷射期间罐上阀20可以保持关闭，因为在阀20和阀22之间的阳极输入管道16中存在足够的提供用于被调度计划的氢喷射的压力，因此不需要来自氢源14的氢气。
如果在决定菱形框94中确定在压力传感器34处的压力对于施行被调度计划的氢喷射来说是不充分的，那么在决定菱形框96中算法进行检查，以确保阳极输入管道16中的压力传感器34、36和32如预期地运行。这有助于确保可检测出阀20、22、26和28中的任何泄漏或故障，从而避免对燃料电池堆12的阳极侧进行过分增压以及在被调度计划的氢喷射期间浪费氢气。如果在决定菱形框96中压力传感器34、36和32中的任何传感器并未如预期地运行，那么在方框134中算法禁用施行被调度计划的氢喷射的方法。如果在决定菱形框96中确定压力传感器34、36和32如预期地运行，那么在方框100中算法打开罐上阀20并保持隔离阀22关闭，并且当压力传感器34中测出已经获得了充分压力时将罐上阀20关上。充分压力的一个非限制性实例是在压力传感器34处测出的压力大于25巴。若压力传感器36或压力传感器32检测出压力中阈值增加、或者已经过了某一时段，算法也将罐上阀20关上，以避免浪费氢气和/或对燃料电池堆12的阳极侧进行过分增压。例如，如果在压力传感器36处测出的压力达到预定压力(例如150千帕或更高)或者如果经过了5秒，则无论压力传感器34处测出的压力是否获得目标压力均会将罐上阀20关掉。在不脱离本发明的范围的情况下，可以采用其他压力值或时间范围。
接着，算法在决定菱形框102中确定罐上阀20是否在方框100中因为下述原因而关上：在压力传感器36或32处测出的压力意外增加；因为已经过了5秒；排气44中的氢气浓度是否超过某个预定的阈值；或者氢气是否被送到其不应该去的地方。若为“是”，则在方框134中算法禁用施行被调度计划的氢喷射的方法。
如果罐上阀20在方框100中不是因错误状态(例如前述状态中的一种状态)而关闭，反而是因在压力传感器34中获得期望的压力而关闭，那么在方框104中隔离阀22打开并且使罐上阀20保持关闭。隔离阀22保持打开直到压力传感器36处测出的压力大于预定的压力(例如600千帕)时为止。然而，如果已经过了某一时段(例如5秒)或者如果在压力传感器36处测出的压力超过预定值(例如850千帕)，那么将会尽早地关闭隔离阀22。此外，如果压力传感器32测出的燃料电池堆12阳极侧内的压力超过预定阈值、或者如果排气44中的氢气量超过预定量，那么可以尽早关闭隔离阀22。如上所述以朝向燃料电池堆12以级联的方式打开和关闭罐上阀20和隔离阀22的方法，有助于在被调度计划的氢喷射期间确保氢气不被浪费并且不对燃料电池堆12的阳极侧进行过分增压。
一旦在方框104中隔离阀22打开，则在方框106中喷射器24将氢气喷射入燃料电池堆12的阳极侧，正如如上所述当在方框92中压力充分时所发生的那样。在方框106中喷射器24开始被调度计划的氢喷射之后，在决定菱形框108中算法确定是否符合任何停止状态。若为“否”，则算法返回到方框106并继续被调度计划的氢喷射。停止状态的一个实例是燃料电池堆12阳极侧的压力(由压力传感器32测出)增加到预定值(例如200千帕)时。若在决定菱形框108中符合停止状态，则在方框110中算法将停止被调度计划的氢喷射。接着，在决定菱形框112中算法确定所述停止条件是否因错误状态所致。错误状态的实例包括超过预定的阈值时段(例如3秒)、或者排气44中的氢气浓度超过预定的阈值。如果如在定菱形框112中所确定的那样，在方框110中被调度计划的氢喷射因错误状态而停止，那么在方框134中算法禁用施行被调度计划的氢喷射的方法。
如果被调度计划的氢喷射不是因错误状态而被停止，那么可认为所完成的喷射是成功的，并且在方框114中将与完成的喷射有关的数据加以收集和存储。例如，如果燃料电池堆12阳极侧的压力(如由压力传感器32测出的压力)达到比周围环境压力高40千帕的压力并且如果在压力传感器36处测出的阳极输入管道16的压力下降了100千帕、或者如果燃料电池堆阳极侧的压力升高到高于200千帕，那么认为被调度计划的氢喷射是成功的。燃料电池堆12阳极侧的压力增加与在压力传感器36处测出的阳极输入管道16内的压力下降的组合表明氢气被正确地喷射入燃料电池堆12中，并且在被调度计划的氢喷射期间隔离阀22被关上。如果燃料电池堆12阳极侧的压力增加到比周围环境压力高40千帕，但是在压力传感器36处测出的阳极输入管道16内的压力尚未下降100千帕，那么算法将持续喷射氢直到在压力传感器36处测出的阳极输入管道16内的压力下降100千帕、或者燃料电池堆阳极侧的压力(如由压力传感器32测出的)升高到高于200千帕。一旦在方框114中存储了成功的氢喷射数据，则在方框116中给所完成的喷射事件加上时间标记，以显示该成功的喷射是何时发生的。
一旦在方框116中给所完成的喷射事件加上时间标记，则在决定菱形框118中算法确定在被调度计划的喷射事件期间隔离阀22是否因错误(例如意外的压力增加)而关闭、或者是否经过了预定的阈值时段。如果在决定菱形框118中有错误，那么在方框134中禁用用来施行被调度计划的氢喷射的方法。如果隔离阀22并未因错误而关上，那么在决定菱形框120中算法确定在被调度计划的氢喷射事件期间罐上阀20或隔离阀22是否都被完全打开。如果在被调度计划的氢喷射事件期间阀20和阀22中的一个或两个阀打开，那么在决定菱形框122中算法确定在压力传感器36处测出的阳极输入管道16内的压力是否如预期地下降。
如果在决定菱形框122中在压力传感器36处测出的阳极输入管道16内的压力并未如预期那样的下降，那么在方框124中禁止将要发生的燃料电池系统10的再启动。尽管不是此非限制性实施例的一部分，但也可以在决定菱形框122中对在压力传感器34处测出的阳极输入管道16中的压力进行评估。如果在决定菱形框122中在压力传感器36处测出的阳极输入管道16中的压力确实如预期地下降、或者如果在决定菱形框120中算法确定罐上阀20和隔离阀22在被调度计划的氢喷射期间未被打开，那么在决定菱形框126中算法确定例如车辆和/或燃料电池系统10是否已经关闭超过48小时或者在关闭期内是否已发生超过5次的被调度计划的氢喷射。如果已经经过48小时或者已发生超过5次的被调度计划的氢喷射，那么在方框134中在关闭期的剩余时间内禁用用于施行被调度计划的氢喷射的方法。
如果在决定菱形框126中算法确定车辆和/或燃料电池系统10未曾被关闭超过48小时并且在关闭时段期间内未曾发生超过5次的被调度计划的氢喷射，那么在方框128中算法将接着确定是否必须对氢气喷射的调度计划进行修改。例如，如果在被调度计划的氢喷射期间最大电池电压大于预定的阈值(例如300mV)，那么可以对氢喷射调度计划进行修改，使得下一次的被调度计划的氢喷射将会比最初调度计划的更早发生。在不脱离本发明的范围的情况下，在方框128中，当调整氢喷射调度计划时也可以把其他状态考虑进去。
一旦在方框128中算法确定了是否期望调整氢喷射调度计划，则在决定菱形框130中算法将确定是否已获得所允许的最短的氢喷射调度计划以及电池电压是否仍然超过预定的阈值。若为“是”，则在方框134中氢气喷射调度计划不能被缩短，因为已经达到实际的极限，并且用于施行被调度计划的氢喷射的方法被禁用。如果最短的氢喷射调度计划未达到，那么算法返回到在方框76中的关闭完成阶段，因为未达到所允许的最短的氢喷射调度计划，并且氢喷射调度计划可以如期望地进行调整，用于下一次被调度计划的氢喷射。
上述论述仅仅公开和描述了本发明的示例性实施例。从上述论述以及从附图和权利要求中，本领域技术人员将会容易地意识到，在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定范围的情况下，可以进行各种变更、修改和变型。

Claims (35)

1.一种用于降低燃料电池堆中的空气/氢锋面的发生可能性的方法，所述方法包括：
确定燃料电池系统已关闭；
保持所述燃料电池系统的关闭状态，直到被调度计划的氢喷射；
确定会阻止发生氢喷射的错误是否存在；
确定在到所述燃料电池堆的阳极输入管道内有充分的压力以便施行所述氢喷射；
按照预定的被调度计划的氢喷射并利用所述阳极输入管道内的压力，将不连续量的氢喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中；以及
返回到关闭状态，直到下一次被调度计划的氢喷射。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每次按照所述预定的被调度计划的氢喷射并利用所述阳极输入管道内的压力将不连续量的氢喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中，是发生在氧或空气开始在所述燃料电池堆的阳极侧占优势之前。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：通过以级联的方式打开所述阳极输入管道内的阀，来增加所述阳极输入管道内的压力。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当在所述燃料电池堆的阳极侧上获得预定的压力时，利用所述阳极输入管道中的压力在每次预定的被调度计划的氢喷射期间将所述量的氢喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中的过程结束。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述燃料电池堆阳极侧上的预定压力是小于200千帕。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，无论在所述燃料电池堆阳极侧上是否获得期望的压力，在预定的阈值时段之后，利用所述阳极输入管道中的压力并按照所述预定的被调度计划的氢喷射的所 述氢喷射结束。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，不管已经经过的时间量并且无论是否获得期望的阳极侧压力，在已经计量出预定的阈值量的氢之后，利用所述阳极输入管道中的压力并按照所述预定的被调度计划的氢喷射的所述氢喷射结束。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述阳极输入管道内的压力来喷射氢的所述预定的调度计划最初是基于所述燃料电池系统的校准测试和来自所述燃料电池系统的传感器反馈。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，利用所述阳极输入管道内的压力来喷射氢的所述预定的调度计划被定期调整，以便考虑所述燃料电池堆的老化情况。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，利用所述阳极输入管道内压力的所述预定的被调度计划的氢喷射的最初氢喷射，相对于以后的氢喷射而言是发生在经过了较短的时段之后，用以补偿因所述燃料电池堆的冷却所致的最初的气体收缩和水汽凝结。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：在每次按照所述预定的调度计划进行的氢喷射期间、或者在所述燃料电池堆的启动期间，通过测量所述燃料电池堆中的燃料电池的电压来检测所述燃料电池堆中的氧或空气。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在先前按照所述预定的调度计划进行的氢喷射期间，如果测出电压中的预定阈值升高，那么每次氢气喷射都是发生在调度计划之前。
13.如权利要求1所述的方法，还包括：在关闭所述燃料电池堆时关闭阴极进口阀和阴极出口阀，以防止氧或空气进入所述燃料电池堆。 
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在每次氢喷射期间，所述燃料电池堆的阳极侧的压力增加到大约200千帕。
15.一种用于降低燃料电池堆中的空气/氢锋面的发生可能性的方法，所述方法包括：
关闭在所述燃料电池堆阳极侧中的阳极阀，从而在系统关闭时允许期望量的氢留在所述阳极侧中；
在所述燃料电池堆关闭的时间内，确定用于喷射氢的调度计划；
确定阳极输入管道上的压力并且确定在所述燃料电池堆的阳极侧中的压力；以及
通过基于沿着所述阳极输入管道确定的压力打开所需的一个或多个阳极输入管道阀以按照所述确定的调度计划将氢喷射到所述燃料电池堆的阳极侧中，从而将氢喷射到所述燃料电池堆的阳极侧中。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，当所述燃料电池堆的阳极侧获得预定的压力时，按照所述确定的调度计划将所述量的氢气喷射入所述燃料电池堆阳极侧中的过程结束。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，当所述燃料电池堆阳极侧的压力低于200千帕时，在所述确定的调度计划期间喷射所述氢的过程结束。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在预定的阈值时段之后，无论是否获得期望的阳极侧压力，按照所述确定的调度计划将所述量的氢气喷射入所述燃料电池堆阳极侧中的过程结束。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，不管所经过的时间量以及无论是否获得期望的阳极侧压力，在已经计量出预定的阈值量的氢之后，按照所述确定的调度计划的氢喷射结束。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，按照所述确定的调度计划将氢喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中的调度计划最初基于 所述燃料电池系统的校准测试和来自所述燃料电池系统的传感器反馈。
21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，定期调整根据所确定的调度计划将氢喷射到所述燃料电池堆的阳极侧中的调度计划，以便考虑所述燃料电池堆的老化情况。
22.如权利要求15所述的方法，还包括：在按照所述确定的调度计划的每次氢喷射期间或者在启动所述燃料电池堆期间，通过测量所述燃料电池堆中的燃料电池的电压，由此检测所述燃料电池堆中的氧或空气。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，在氢喷射期间如果测量出所述燃料电池堆的燃料电池的电压的预定阈值升高，则氢气喷射是在调度计划之前发生。
24.如权利要求15所述的方法，还包括：在关闭所述燃料电池堆时关闭阴极进口阀和阴极出口阀，以防止氧或空气进入所述燃料电池堆。
25.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在每次氢喷射期间，所述燃料电池堆的阳极侧中的压力增加到大约200千帕。
26.一种用于降低燃料电池堆中的空气/氢锋面的发生可能性的方法，所述方法包括：
确定所述燃料电池系统已经被关闭；
关闭阳极侧的阀，以允许期望量的氢留在所述燃料电池堆的阳极侧中；
关闭所述燃料电池堆中的阴极侧的阀，以防止氧或空气进入所述燃料电池堆；
在所述燃料电池堆关闭的时间内，确定用于喷射氢的调度计划；
保持关闭状态，直到达到被调度计划的氢喷射时间； 
确定将阻止发生氢喷射的错误是否存在；
确定在到所述燃料电池堆的阳极输入管道内有充分的压力，以便施行所述氢喷射；
按照所述预定的调度计划并利用喷射器将不连续量的氢气喷射入所述燃料电池堆的阳极侧中；以及
在所述氢喷射结束之后或者如果存在任何错误状态，则返回到关闭状态。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，当在所述燃料电池堆的阳极侧上获得预定的压力时，则在各预定的氢喷射期间将所述量的氢喷射入所述阳极侧的过程结束。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述氢气被喷射，直到所述燃料电池堆阳极侧内的压力低于200千帕。
29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，无论在所述燃料电池堆的阳极侧中是否获得期望的压力，在预定的阈值时段之后在各预定的氢喷射期间将所述量的氢喷射入所述阳极侧中的过程结束。
30.如权利要求26所述的方法，其特征在于，不管所经过的时间量以及无论是否获得所述的期望的阳极压力，在已经计量出预定的阈值量的氢之后，在各预定的调度计划的氢喷射期间将所述量的氢喷射入所述阳极侧中的过程结束。
31.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述预定的喷射氢的调度计划最初是基于所述燃料电池系统的校准测试和来自所述燃料电池系统的传感器反馈。
32.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述预定的被调度计划的氢喷射的最初氢喷射是在经过了比最初调度计划的时段更短的时段之后发生，以补偿因所述燃料电池堆的冷却所致的最初的气体收缩和水汽凝结。 
33.如权利要求26所述的方法，还包括：通过在按照所述预定的调度计划的各氢喷射期间测量所述燃料电池堆中的燃料电池的电压，来检测所述燃料电池堆中的氧或空气。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，如果在氢喷射期间检测出电压的阈值升高，那么接下来的氢气喷射是在所述预定的调度计划之前发生。
35.如权利要求26所述的方法，其特征在于，在每次氢气喷射期间，所述燃料电池堆的阳极侧的压力增加到大约200千帕。 
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