CN107210464A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统包括燃料电池，其具有阳极流动路径以及阴极流动路径，该阳极流动路径在阳极入口与阳极出口之间延伸通过所述燃料电池，该阴极流动路径在阴极入口与阴极出口之间延伸通过所述燃料电池。阳极冲洗阀联接到所述阳极出口并具有联接到所述阴极入口的出口。冲洗阀控制器经配置以通过打开和闭合所述阳极冲洗阀来实现冲洗循环，且经配置以在所述冲洗循环期间监控燃料电池电压分布以确定所述阳极冲洗阀的操作状态。在指示打开所述阳极冲洗阀的命令信号之后的一段时间期间的燃料电池电压降用于指示冲洗循环的成功开始。在指示闭合所述阳极冲洗阀的命令信号之后的一段时间期间的燃料电池电压升用于指示冲洗循环的成功结束。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池，且具体地，但并非排他性的，涉及质子交换膜型燃料电池，其中将例如氢气等燃料供应到燃料电池的阳极侧，且将例如氧气/空气等氧化剂供应到燃料电池的阴极侧，且例如水等副产物在燃料电池的阴极侧产生并从所述阴极侧去除。
背景技术
此类燃料电池通常包括夹在两个多孔电极之间的质子交换膜(PEM)，所述多孔电极和质子交换膜一起包括膜电极组件(MEA)。MEA自身常规地夹在以下两项之间：(i)阴极扩散结构，其具有与MEA的阴极面相邻的第一面，以及(ii)阳极扩散结构，其具有与MEA的阳极面相邻的第一面。阳极扩散结构的第二面接触阳极流体流场板以用于电流集取，且用于将氢气分布到阳极扩散结构的第二面。阴极扩散结构的第二面接触阴极流体流场板(fieldplate)以用于电流集取，用于将氧气分布到阴极扩散结构的第二面，且用于从MEA提取过量的水。多个此类燃料电池常规地以串联配置分层以形成燃料电池堆。
实际上，已发现呈液体和蒸汽两种形式的水(以及可能地其它污染物)可在燃料电池的阳极侧上积累，例如，通过水通过MEA从燃料电池的阴极侧的较小传递。常见的做法是，周期性地执行阳极的冲洗/吹扫/净化(purge)以排出积聚的水和其它污染物。在缺乏对阳极侧执行此冲洗所用的惰性气体的可用供应的情况下，已知通过使用通过阳极的氢气的冲洗流来执行冲洗。冲洗流表示比通过在MEA处发生的电化学反应消耗的氢气流更大的通过阳极流动路径的氢气流，使得过量的氢气从阳极出口排放，其携带有包含水和水蒸汽的不期望的污染物。冲洗流可通过阳极出口下游的冲洗阀控制。
为使在冲洗期间所使用的未反应氢气的损失最小，期望仔细地控制氢气冲洗的持续时间和周期性。理想地，氢气冲洗将仅在需要时且仅持续足够长以实现从阳极流动路径充分冲洗污染物的目的的持续时间来执行。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于监控和/或控制燃料电池系统中的冲洗阀的操作的替代和/或改进技术。
根据一个方面，本发明提供一种燃料电池系统，其包括：
燃料电池，其具有在阳极入口与阳极出口之间延伸通过所述燃料电池的阳极流动路径，以及在阴极入口与阴极出口之间延伸通过所述燃料电池的阴极流动路径；
阳极冲洗阀，其联接到所述阳极出口，所述阳极冲洗阀具有联接到所述阴极入口的出口；
冲洗阀控制器，其经配置以通过打开和闭合所述阳极冲洗阀来实现冲洗循环，且经配置以在所述冲洗循环期间监控燃料电池电压分布以确定所述阳极冲洗阀的操作状态。
冲洗阀控制器可经配置以确定在指示打开阳极冲洗阀的命令信号之后的一段时间期间的燃料电池电压降。冲洗阀控制器可经配置以确定在指示闭合阳极冲洗阀的命令信号之后的一段时间期间的燃料电池电压升。冲洗阀控制器可经配置以在燃料电池电压降未能超过预定量时确定冲洗阀误差条件。冲洗阀控制器可经配置以在燃料电池电压升未能超过预定量时确定冲洗阀误差条件。控制器可经配置以在冲洗阀误差条件的情况下切断到阳极入口的氢气流。控制器可经配置以在冲洗阀未能充分操作的情况下增加到阳极冲洗阀的驱动电压和/或电流。
控制器可经配置以重新校准以下项中的一个或两个：
阳极冲洗阀的打开驱动电压和/或电流设定点，其用于根据增加的驱动电压和/或电流的结果来开始冲洗循环；以及
阳极冲洗阀的闭合驱动电压和/或电流设定点，其用于根据增加的驱动电压和/或电流的结果来结束冲洗循环。
冲洗阀控制器可经配置以监控在指示打开阳极冲洗阀的命令信号之后的燃料电池系统温度上升。冲洗阀控制器可经配置以在温度上升超过预定量时确定冲洗阀误差条件。冲洗阀控制器可经配置以监控在指示闭合阳极冲洗阀的命令信号之后的燃料电池系统温度。冲洗阀控制器可经配置以在指示闭合阳极冲洗阀的命令信号之后在温度未能在预定时间下降预定量时，确定冲洗阀误差条件。
根据另一方面，本发明提供一种操作燃料电池系统的方法，其包括：
通过以下操作开始冲洗循环：将打开和闭合命令信号提供到阳极冲洗阀以暂时地使过量的燃料流通过阳极流动路径，所述阳极流动路径在阳极入口与阳极出口之间延伸通过所述燃料电池；并且使所述过量的燃料流通过燃料电池的阴极流动路径，所述阴极流动路径在阴极入口与阴极出口之间延伸通过所述燃料电池；
在所述冲洗循环期间监控所述燃料电池的输出电压分布以确定所述冲洗阀的操作状态。
监控燃料电池输出电压分布可包括检测在指示打开阳极冲洗阀的命令信号之后的一段时间期间的燃料电池电压降。监控燃料电池输出电压分布可包括检测在指示闭合阳极冲洗阀的命令信号之后的一段时间期间的燃料电池电压升。冲洗阀误差条件可在燃料电池电压降未能超过预定量时被确定。冲洗阀误差条件可在燃料电池电压升未能超过预定量时被确定。所述方法可包含在冲洗阀误差条件的情况下切断到阳极流动路径的氢气流。所述方法可包含在冲洗阀未能充分操作的情况下增加到阳极冲洗阀的驱动电流和/或电压。
所述方法可包含重新校准以下项中的一个或两个：
所述阳极冲洗阀的打开驱动电流和/或电压设定点，其用于根据增加的驱动电流和/或电压的结果来开始冲洗循环；以及
所述阳极冲洗阀的闭合驱动电流和/或电压设定点，其用于根据增加的驱动电压和/或电流的所述结果来结束冲洗循环。
所述方法可包含监控在指示打开或闭合阳极冲洗阀的命令信号之后的燃料电池系统温度上升。所述方法可包含在温度上升超过预定量时确定冲洗阀误差条件。
根据另一方面，本发明提供一种计算机程序，其包括计算机程序代码装置，所述装置适于在所述程序被加载到燃料电池系统中的处理装置上时使得燃料电池系统执行如上文限定的过程中的任何过程。
附图说明
现将通过实例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：
图1示出使用压力传感器的燃料电池系统的阳极冲洗布置的示意图；
图2示出避免必需使用压力传感器的燃料电池系统的阳极冲洗布置的示意图；
图3示出在使用图2的燃料电池系统的各种类型的阳极冲洗循环的集合期间随时间变化(以0.2秒为单位)的堆电压(以mV为单位)的曲线图，其中冲洗循环成功地结束；
图4示出在使用图2的燃料电池系统的各种类型的阳极冲洗循环的集合期间随时间变化(以0.2秒为单位)的堆电压(以mV为单位)的曲线图，其中冲洗循环未成功地结束；
图5示出说明通过图2的燃料电池系统中的冲洗阀控制器执行的各种控制功能的流程图；
图6示出指示冲洗阀故障的随时间变化的堆温度的曲线图。
具体实施方式
参考图1，燃料电池系统1包括燃料电池2，所述燃料电池2包括阳极板3、阳极气体扩散层4、膜电极组件5、阴极扩散层6以及阴极板7。阳极板3可包括在其表面3a中的流体流动通道。阴极板7可包括在其表面7a中的流体流动通道。阳极板3和其中的任何流体流动通道与阳极气体扩散层4一起限定阳极流动路径，所述阳极流动路径在阳极入口8与阳极出口9之间延伸通过燃料电池2。阴极板7和其中的任何流体流动通道与阴极气体扩散层6一起限定阴极流动路径，所述阴极流动路径在阴极入口10与阴极出口11之间延伸通过燃料电池2。
燃料供应12(例如，氢气)经由截止阀13和流控制器14联接到阳极入口8。阳极冲洗阀15联接到阳极出口9，且可用于在冲洗阀控制器16的控制下控制通过阳极流动路径的氢气的冲洗流。阳极冲洗阀15具有出口17，所述出口经由止回阀18联接到阴极出口11。
氧化剂供应120(例如，风扇或鼓风机)联接到阴极入口10以强制使阴极流动路径通风，空气和水/水蒸汽副产物在阴极出口11处从燃料电池排出。
在正常操作模式下，阳极冲洗阀15可闭合，且经由阀13和流控制器14从燃料供应12给阳极增压。通过阳极流动路径的燃料流由在MEA 5处的燃料消耗速率决定。周期性地，打开冲洗阀12以形成通过阳极流动通道的冲洗流。冲洗流可被认为是通过阳极流动通道的燃料流，所述燃料流超过在MEA处消耗的燃料的量。过量的燃料流冲洗阳极流动通道，并将阳极流动路径中的例如水/水蒸汽等污染物的任何积累携带至阳极出口9，所述燃料流经由冲洗阀17和止回阀18从所述阳极出口9携带到阴极出口11，其中所述燃料流用通过阴极流动通道的大体上高得多的空气/氧化剂流稀释。
为验证冲洗阀12的正确操作，在图1的布置中，压力传感器/换能器19用于检测冲洗阀已正确地打开和闭合。压力传感器19可设置在阳极出口9处(如通过传感器19a指示)，或在阳极入口处(如通过传感器19b指示)。在一个系统中，冲洗可在压降大于100mbar时检测到，且类似地，冲洗阀12的闭合可在压力返回到其冲洗前水平或上升对应的量时检测到。
内置压力传感器19增加燃料电池系统1的硬件的成本和复杂性，且从系统1移除此组件可为有利的。
图2示出一个替代的燃料电池系统，类似于结合图1所描述的燃料电池系统，但其中压力传感器19已被移除，由此减少系统硬件的成本和复杂性。
参考图2，燃料电池系统20具有燃料电池2，所述燃料电池2的结构可类似于图1中描述的结构且不再详细重复。仅阳极入口8、阳极出口9、阴极入口10以及阴极出口11被示出。燃料供应12(例如，氢气)经由截止阀13和流控制器14联接到阳极入口8。氧化剂供应120(例如，风扇或鼓风机)联接到阴极入口10以强制使阴极流动路径通风。阳极冲洗阀22联接到阳极出口9，且可用于在冲洗阀控制器21的控制下控制通过阳极流动路径的氢气的冲洗流。阳极冲洗阀22具有出口23，所述出口经由冲洗导管26联接到阴极出口10，该冲洗导管26包含止回阀28。出口23(在需要时)可包含使得冲洗流能够在其它地方转向的双通阀(未示出)。一般来说，阳极出口9、阳极冲洗阀22、冲洗导管26以及止回阀28可被认为形成阳极冲洗管道。
在正常操作模式下，阳极冲洗阀22可闭合，且经由阀13和流控制器14从燃料供应12给阳极增压。通过阳极流动路径的燃料流由在MEA处的燃料消耗速率决定。周期性地，打开冲洗阀22以形成通过阳极流动通道的冲洗流。冲洗流可被认为是通过阳极流动通道的燃料流，所述燃料流超过在MEA处消耗的燃料的量。过量的燃料流冲洗阳极流动通道，并将阳极流动路径中的例如水/水蒸汽等污染物的任何积累携带至阳极出口9，所述燃料流从所述阳极出口9携带到阴极入口10，其中所述燃料流用通过阴极流动通道的大体上高得多的空气/氧化剂流稀释。
图1的系统和图2的系统之间的重要差异是，包含已在阳极流动通道中积累的过量的氢气、水、水蒸汽以及可能的其它污染物的冲洗气体流被引导到在阴极入口10的上游的阴极气流中，使得任何过量的氢气都将进入到燃料电池的阴极中。当氢燃料存在于燃料电池阴极处(其中较小负载施加到燃料电池)时，则燃料电池电压将响应于氢气的存在而下降。存在于燃料电池的MEA的阴极面处的氢气引起电压的下降和燃料电池的效率的损失，且燃料电池可对在MEA的阴极面处的较小量的氢气高度敏感。尽管大得多的量的空气通过阴极流动路径，此电压降仍可容易地检测到。
冲洗阀控制器21连接到电池电压监控线24、25，以便优选地在冲洗循环之前、期间以及之后监控电池电压输出的分布，以便验证冲洗阀22的正确操作。
在一个实例中，在燃料电池经受较小电气负载时正常冲洗流在供应到阴极入口10时引起约1V的电压降，而在没有冲洗流存在的相同电气负载下的类似电压降在50mV与100mV之间。因此，已认识到，有可能使用燃料电池电压监控而不需要压力传感器来监控冲洗阀的正确操作。
现在参考图3，示出两种不同类型的冲洗的随时间变化的堆电压的曲线图。
参考电压迹线31，在燃料电池堆(包括在堆配置中的多个个体的燃料电池)的启动条件下，堆电压为约3.87V。通过在冲洗阀控制器21的命令下开始打开冲洗阀22，冲洗循环在点33处开始。当冲洗气体到达阴极流动路径时，堆电压在所施加的电气负载下在约0.8秒的冲洗循环时段上下降约1.7V至2.2V。通过在冲洗阀控制器21的命令下开始闭合冲洗阀22，冲洗循环在曲线图上的点34处结束。可以看到，当剩余的冲洗气体被正常的阴极空气流从阴极流动路径冲洗时，堆电压在约0.8秒内快速地恢复至3.6V。
参考电压迹线32，在燃料电池堆的正常操作期间的周期性冲洗循环期间，对于所施加的电气负载，堆电压为约3.8V。通过在冲洗阀控制器21的命令下开始打开冲洗阀22，冲洗循环在点35处开始。当冲洗气体到达阴极流动路径时，堆电压在所施加的电气负载下在约0.6秒的冲洗循环时段上下降约1.2V至2.6V。通过在冲洗阀控制器21的命令下开始闭合冲洗阀22，冲洗循环在曲线图上的点36处结束。可以看到，当剩余的冲洗气体被正常的阴极空气流从阴极流动路径冲洗时，堆电压在约0.6秒内快速地恢复至约3.7V。
现在参考图4，示出两种不同类型的冲洗的随时间变化的堆电压的曲线图，其中冲洗导管26被堵塞和/或冲洗阀22未能恰当地打开。
参考电压迹线41，在燃料电池堆(包括在堆配置中的多个个体的燃料电池)的启动条件下，堆电压为约3.86V(第一样本迹线)或3.76V(第二和第三样本迹线)。通过在冲洗阀控制器21的命令下开始打开冲洗阀22，冲洗循环在点43处开始。堆电压在所施加的电气负载下下降仅约0.4V分别至3.45V(第一样本迹线)和3.40V(第二和第三样本迹线)，即使是在在点44处指示的约1.2或1.4秒的冲洗时间之后。这是比图3中说明的测试中的全流冲洗导致的下降小得多的下降，并清楚地指示尚未足够地形成冲洗流。
参考电压迹线42，在燃料电池堆的正常操作期间的周期性冲洗循环期间，当堆冲洗循环在点45处开始时，堆电压在所施加的电气负载下在3.68V与3.70V之间。通过在冲洗阀控制器21的命令下开始打开冲洗阀22，冲洗循环在点45处开始。堆电压在所施加的电气负载下下降仅约0.1V至在3.58V与3.60V之间，即使是在在点46处指示的约1.2或1.4秒的冲洗时间之后。这是比图3中说明的测试中的全流冲洗导致的下降小得多的下降，并清楚地指示尚未足够地形成冲洗流。
通过监控电池电压或堆电压的分布，冲洗阀控制器21能够评估(i)冲洗阀22是否已打开；(ii)冲洗阀22是否已完全打开或在冲洗导管26或冲洗管道的任何其它部分中是否仍存在堵塞或阻塞；(iii)冲洗阀22是否恰当地重新闭合。因此，在一般方面中，冲洗阀控制器21经配置以确定阳极冲洗阀的操作状态。此术语阳极冲洗阀的“操作状态”意图涵盖通过阀的冲洗气体流的状态，所述冲洗气体流的状态还可部分受冲洗管道的任何部分中堵塞或阻塞影响。
在一个示例性系统中，堆电压的从约3.8V的正常操作电压发生的小于500mV的变化被认为表示失败的冲洗。
冲洗阀控制器因此执行一个或更多个控制功能以执行并监控冲洗循环，如现在参考图5所论述的。
一种优选的控制顺序在步骤501处开始冲洗循环，并测试电池或堆电压(步骤502)以在冲洗的开始之前形成基线电池/堆电压。控制器随后发出命令信号以打开冲洗阀(步骤503)，并监控在命令信号之后的一段时间期间的电池/堆电压降，例如通过检查在预定时间tdrop之后的电压降(步骤504)。如果电压降△Vdrop尚未超过阈值VT1(步骤505)，那么系统可确定存在误差条件(步骤506)且可采取如通过系统操作协议所确定的任何另外的动作。
如步骤507至510中所说明的另一优选控制顺序可在步骤505中对冲洗条件的成功检测之后。在步骤507中，冲洗阀控制器21发出命令信号以闭合冲洗阀。此命令可在用于控制/确定冲洗循环的持续时间的任何合适的方法之后，所述持续时间例如固定的时间间隔或根据所感测的燃料电池参数等。冲洗阀控制器21随后监控在命令信号507之后的一段时间期间的电池电压升△Vrise，例如，通过检查在预定时间trise之后的电压升(步骤508)。如果电压升△Vrise尚未超过预定阈值VT2(步骤509)，那么系统可确定存在误差条件(步骤510)且可采取如通过系统操作协议所确定的任何另外的动作。如果电压升△Vrise在步骤509中已达到所需阈值VT2，那么系统20可记录成功的冲洗操作(步骤511)，且随后执行任何合适的过程以确定下一冲洗循环应当在何时发生(步骤512)。
可针对具体的燃料电池配置确定对阈值VT1和VT2的选择。可针对燃料电池上的具体操作和/或负载条件确定对阈值VT1和VT2的选择。对阈值VT1和VT2的选择可相关联。例如，在例如步骤505中检查电压降△Vdrop后，可将阈值VT2确定为所测量值的某一比例。
在相对于起始电压计算△Vdrop和△Vrise时，电压降阈值VT1和VT2可表达为电压变化的量值或绝对电压。在相应的时段期间的燃料电池电压降△Vdrop和燃料电池电压升△Vrise可表达为梯度，使得待超过的阈值还可表达为在某一时间段中实现的或某一时间段上求平均的电压梯度。
在一个优选布置中，误差条件的检测(步骤506和/或步骤510)可触发燃料电池系统控制器，以通过闭合阀13来切断到燃料电池阳极入口8的氢气供应，或进入受控的停机过程。
燃料电池系统20可将形状记忆合金阀部署为冲洗控制阀21，即，其中用于打开和闭合阀的致动器依赖于电流通过形状记忆合金导线(例如镍钛诺合金)以便缩短所述导线并由此部署阀闭合机构的阀。此类阀可需要校准以改变通过导线所需的电流，以便实现通过所述阀的某一水平的流体流。上文参考图5所描述的方法可适于包含自动校准程序，如通过步骤520至522和/或步骤530至532所举例说明。
在校准程序中，如果在步骤504中测试的电压降未能达到所需阈值VT1，那么系统可前进以检查尚未到达超时限制(步骤520)，且如果否，那么在返回到步骤504处的过程流之前，增加到冲洗阀22的驱动电流和/或电压(步骤521)，并存储新的驱动电流/电压设定点(步骤522)，以针对指示已开始成功的冲洗操作的电压降进行重新测试。此过程可随连续增加驱动电流/电压设定点循环，直到到达电压降阈值，或直到在步骤520处的超时测试终止循环并离开至框506处的误差条件。在框520处的测试可替代地为尚未达到最大电流设定点的测试而非超时测试。
在步骤522处存储的新的驱动电流/电压设定点可在预设数目的冲洗循环之后或在燃料电池系统20的初始化时重置为低默认值。当发现在步骤504、505处形成的电压降△Vdrop的量值超过最大阈值(指示过冲洗)时，在步骤522处存储的驱动电流/电压设定点可减小。通过改变方波驱动信号或类似信号的占空比或通过改变此驱动信号的频率，可增加/降低驱动电流/电压。所述过程可从低驱动电流/电压(例如，最大值的20％)循环，并反复地增加驱动电流/电压，直到检测到冲洗阀的正确操作，或直到已达到100％的驱动电流。
对于关闭冲洗阀22所需的驱动电流，可包含与通过步骤520至522限定的校准程序类似的校准程序。这可适用于冲洗阀为双稳态类型的情况，该双稳态类型的冲洗阀需要电流致动所述冲洗阀以用于打开和闭合冲程。在步骤530至532以及510中举例说明的校准程序与上文参考步骤520至522以及506所描述的校准程序基本上相同，且不必另外描述。
如果冲洗阀是依赖于机械弹簧复位的常闭阀，那么校准程序可仅适用于冲洗阀打开过程。
在一般方面中，在冲洗阀未能充分地操作以允许足够的冲洗气流通过或未能充分地闭合以切断冲洗气流时，可执行上文描述的校准程序中的一个或两个。
如上文所描述的校准程序不仅可用于形状记忆合金导线致动的冲洗阀的初始校准，还可用于所需的频繁重新校准，例如，因为此类形状记忆合金材料可随时间改变其性能。
校准程序可与任何冲洗阀一起使用，其中操作的程度是驱动电压和/或电流的函数。
图6说明另一安全性特征，所述特征用以确保在冲洗阀未能在冲洗操作后闭合的情况下，燃料电池系统可切断到燃料电池2的氢气流。迹线60示出随时间变化的燃料电池堆温度分布，其示出第一操作阶段61，其中燃料电池堆温度在使用燃料电池堆来递送电流的时段期间稳定地上升。在点62处，冲洗阀22打开。流经冲洗阀22并进入到阴极流动路径中的冲洗气体将与在阴极处的氧气发生反应，因此加速温度增加，如温度-时间分布60的区域63中示出。此增加可发生，而不管通过阴极流动路径的基本上增加的空气流，该空气流通过阴极通风扇功率分布64指示的阴极强制通风的增加引起。如果在点65处，冲洗阀控制器发出冲洗控制阀关闭的命令，但上述阀未能闭合，那么温度将继续上升，通过温度-时间分布部分66所指示。在点67处，堆温度达到最大准许水平，所述最大准许水平可用于触发误差条件，所述误差条件可导致堆的停机或氢气燃料阀13的闭合。在一般方面中，冲洗阀控制器21可经配置以监控在指示打开或闭合冲洗阀的命令信号之后的燃料电池系统温度上升，且经配置以在打开命令或闭合命令之后在温度上升超过预定量时，例如，在温度上升超过相对温度上升阈值时，或在温度上升超过绝对温度水平时，确定冲洗阀误差条件。
如上文所描述通过冲洗阀控制器执行的电池电压监控可在燃料电池堆中的一个或更多个个体的燃料电池上实施，所述燃料电池可为所述堆中的选定电池或所述堆中的全部电池，或可在所述堆中的电池的群组上实施，或可使用整个堆电压在电池的全部集合上实施。
一般来说，考虑到电池或堆的主要操作条件，根据预期的电压降或升，冲洗阀控制器可操作以分别比较燃料电池电压降△Vdrop或燃料电池电压升△Vrise与阈值VT1或VT2。为了这样做，可将对应于所感测到的一个燃料电池、更多个燃料电池或堆的操作条件的一个或更多个输入提供给冲洗阀控制器22。这些操作条件可包含例如温度、燃料流量、电气负载、阴极输出湿度、本地环境湿度、燃料电池年龄、大气气压、最近的操作历史等参数。处理器可使用输入来确定操作条件，所述操作条件可用于借助适合的算法或查找表来确定预期的电压降或升。
冲洗阀控制器21可为燃料电池系统内作为一个整体的软件、硬件或固件模块，或可为针对燃料电池系统执行其它控制功能的系统控制器内的软件、硬件或固件模块。软件可传送到燃料电池系统，并可用不同控制/性能参数来更新，这取决于燃料电池系统或取决于燃料电池操作环境。
尽管一些所说明的布置在上文描述在具体预定时间处的电池或堆电压水平的采样，该具体预定时间与通过阀打开和闭合命令实现的冲洗循环的开始相关，但电压采样可为连续的，且对应于冲洗循环活动的电压降或电压升的检测可基于对随时间变化的电压分布的连续监控来执行，例如，通过电压特征分析。
其它实施例意图在随附权利要求书的范围内。

Claims (23)

1.一种燃料电池系统，其包括：
燃料电池，其具有阳极流动路径以及阴极流动路径，该阳极流动路径在阳极入口与阳极出口之间延伸通过所述燃料电池，该阴极流动路径在阴极入口与阴极出口之间延伸通过所述燃料电池；
阳极冲洗阀，其联接到所述阳极出口，所述阳极冲洗阀具有联接到所述阴极入口的出口；
冲洗阀控制器，其经配置以通过打开和闭合所述阳极冲洗阀来实现冲洗循环，且经配置以在所述冲洗循环期间监控燃料电池电压分布以确定所述阳极冲洗阀的操作状态。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述冲洗阀控制器经配置以确定在指示打开所述阳极冲洗阀的命令信号之后的一段时间期间的燃料电池电压降。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述冲洗阀控制器经配置以确定在指示闭合所述阳极冲洗阀的命令信号之后的一段时间期间的燃料电池电压升。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述冲洗阀控制器经配置以在所述燃料电池电压降未能超过预定量时确定冲洗阀误差条件。
5.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述冲洗阀控制器经配置以在所述燃料电池电压升未能超过预定量时确定冲洗阀误差条件。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述控制器经配置以在冲洗阀误差条件的情况下切断到所述阳极入口的氢气流。
7.根据权利要求4或权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述控制器经配置以在冲洗阀未能充分工作的情况下增加到所述阳极冲洗阀的驱动电压和/或电流。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中所述控制器经配置以重新校准以下项中的一个或两个：
所述阳极冲洗阀的打开驱动电压和/或电流设定点，其用于根据增加的驱动电压和/或电流的结果来开始冲洗循环；以及
所述阳极冲洗阀的闭合驱动电压和/或电流设定点，其用于根据所述增加的驱动电压和/或电流的所述结果来结束冲洗循环。
9.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述冲洗阀控制器经配置以监控在指示打开所述阳极冲洗阀的命令信号之后的燃料电池系统温度上升。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中所述冲洗阀控制器经配置以在所述温度上升超过预定量时确定冲洗阀误差条件。
11.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述冲洗阀控制器经配置以监控在指示闭合所述阳极冲洗阀的命令信号之后的燃料电池系统温度。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，其中所述冲洗阀控制器经配置以在指示闭合所述阳极冲洗阀的所述命令信号之后在所述温度未能在预定时间下降预定量时，确定冲洗阀误差条件。
13.一种操作燃料电池系统的方法，其包括：
通过以下操作开始冲洗循环：将打开和闭合命令信号提供到阳极冲洗阀以暂时地使过量的燃料流通过阳极流动路径，所述阳极流动路径在阳极入口与阳极出口之间延伸通过燃料电池；并且使所述过量的燃料流通过燃料电池的阴极流动路径，所述阴极流动路径在阴极入口与阴极出口之间延伸通过所述燃料电池；
在所述冲洗循环期间监控所述燃料电池的输出电压分布以确定所述冲洗阀的操作状态。
14.根据权利要求13所述的方法，其中监控所述燃料电池的输出电压分布包括检测在指示打开所述阳极冲洗阀的命令信号之后的一段时间期间的燃料电池电压降。
15.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中监控所述燃料电池输出电压分布包括检测在指示闭合所述阳极冲洗阀的命令信号之后的一段时间期间的燃料电池电压升。
16.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含在所述燃料电池电压降未能超过预定量时确定冲洗阀误差条件。
17.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含在所述燃料电池电压升未能超过预定量时确定冲洗阀误差条件。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的方法，其进一步包含在冲洗阀误差条件的情况下切断到所述阳极流动路径的氢气流。
19.根据权利要求16或权利要求17所述的方法，其进一步包含在冲洗阀未能充分工作的情况下增加到所述阳极冲洗阀的驱动电流和/或电压。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包含重新校准以下项中的一个或两个：
所述阳极冲洗阀的打开驱动电流和/或电压设定点，其用于根据增加的驱动电流和/或电压的结果来开始冲洗循环；以及
所述阳极冲洗阀的闭合驱动电流和/或电压设定点，其用于根据所述增加的驱动电压和/或电流的所述结果来结束冲洗循环。
21.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含监控在指示打开或闭合所述阳极冲洗阀的命令信号之后的燃料电池系统温度上升。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包含在所述温度上升超过预定量时确定冲洗阀误差条件。
23.一种计算机程序，其包括计算机程序代码装置，所述计算机程序代码装置适于在所述程序被加载到燃料电池系统中的处理装置上时使得所述燃料电池系统执行根据权利要求13至22中的任一项所述的过程。
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