CN1864297A - 具有多方向燃料流动的燃料电池 - Google Patents
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Abstract
在不再循环燃料气体供应的非循环型燃料电池组(20)中，控制电路(50)将转换阀装置(41)设置成从高压氢罐(30)以及电池组主体(21)的外部断开的状态，而将其余的转换阀装置(40、42和43)设置成连接状态，以使电池组主体(21)的内部和高压氢罐(30)连接。燃料气体的供应因此经由转换阀装置(40、42和43)被提供到燃料电池组(20)中，并且参加电化学反应。电化学反应之后的含有杂质的气体在连接端口(22)附近累积。控制电路(50)然后将转换阀装置(41)设置成连接状态，以使燃料电池组(20)的内部和外部连接，并且将含有杂质的气体排放到燃料电池组(20)的外部。控制电路(50)依次将转换阀装置(40到43)转换成连接状态，从而防止了含有杂质的气体在任何特定的连接端口附近累积。这种布置令人满意地抑制了燃料电池发电性能的潜在恶化，并且增强了燃料电池的耐用性。
Description
技术领域
本发明涉及仅包括一个单元电池的燃料电池，以及包括一个放置在另一个之上的多个单元电池的燃料电池组。
背景技术
存在两种典型的方法将燃料气体(富氢气体)的供应提供给燃料电池。第一种方法是循环型供应：将提供给燃料电极或阳极以参加电化学反应的燃料气体再循环到阳极。第二种方法是非循环型供应：不将提供给阳极的气体燃料再循环到阳极。
非循环型燃料电池不需要任何用于将燃料气体再循环到阳极的管道结构和泵。这导致燃料电池系统的尺寸减少。
在现有技术的非循环型燃料电池中，在从燃料气体流动路径的入口到接近中央的区域中的单元电池中进行充分发电，而接近燃料气体流动路径出口的区域中的单元电池则对发电具有相对小的贡献。从燃料气体流动路径的入口到接近中央的区域中的单元电池因此补充了接近燃料气体流动路径出口的区域中单元电池的不足发电。这导致了从燃料气体流动路径的入口到接近中央的区域中单元电池的阳极(燃料电极)和阴极(空气电极)的热恶化，以及接近燃料气体流动路径出口的区域中单元电池的阴极中催化剂和载体的恶化。
增加的发电提高了单元电池中的反应热，并且热恶化或分解了阳极电极的材料。这是阴极和阳极的热恶化。这个问题在单元电池结构和多个单元电池的组结构中都出现。
对发电具有小贡献的接近燃料气体流动路径出口的区域中的单元电池中阴极电势的增加造成了阴极的电化学损害。这是阴极中催化剂和载体的恶化。阳极中的从阴极传送的氮和水的对流形成了准内部电池。在多单元电池的组结构中，最初从阳极流向阴极的电子相反地从阴极流向阳极。电子同样在单元电池结构和多单元电池的组结构中的阴极平面和阳极平面上流动。这样的现象需要在阴极上生成电子。通过碳和水的反应或者通过铂的电离产生电子。这导致阴极上的作为载体的碳和作为催化剂的铂的消耗。
发明内容
本发明的目的因而就是抑制不再循环燃料气体供应的非循环型燃料电池发电性能的潜在恶化，并增强燃料电池的耐用性。
为了获得至少部分的上述和其他相关目的，本发明的第一方面提供了燃料电池组，其为不再循环燃料气体供应的燃料气体非循环型。本发明第一方面的所述燃料电池组包括：电池组主体，其包括一个放置在另一个之上的多个单元电池，并且具有形成于其中以使燃料气体流动的燃料气体流动路径；多个连接机构，其装备有电池组主体，用于使电池组主体中形成的燃料气体流动路径和电池组主体的外部连接，以及使电池组主体中的燃料气体流动路径从电池组主体的外部断开；以及连接机构控制模块，其当预置条件满足时，将多个连接机构选择性地转换成连接状态。
在本发明的第一方面中，在预置条件下，装备有电池组主体的多个连接机构被选择性地转换成连接状态，以使电池组主体中形成的燃料气体流动路径和电池组主体的外部连接。这选择性地改变了燃料气体通过燃料气体流动路径的流动方向，并且加速了燃料气体在电池组主体里面的扩散。这种布置令人满意地抑制了燃料电池发电性能的潜在恶化，并且增强了燃料电池的耐用性。
在本发明的第一方面中，通过将位于燃料气体流动路径下游的至少一个连接机构设置成连接位置，可以获得多个连接机构向连接状态的选择性转换。这种布置激活了燃料气体在燃料气体流动路径中的流动，并且有效地将累积在燃料气体流动路径下游的具有高含量杂质的燃料气体排放到电池组主体的外部。
本发明的第二方面提供了燃料电池组，其为不再循环燃料气体供应的燃料气体非循环型。本发明第二方面的第二个燃料电池组包括：电池组主体，其包括一个放置在另一个之上的多个单元电池，并且具有形成于其中以进行燃料气体流动的燃料气体流动路径；多个连接机构，其装备有电池组主体，并且用于使电池组主体中形成的燃料气体流动路径和电池组主体的外部或燃料气体供应源连接，以及使电池组主体中的燃料气体路径从电池组主体的外部和燃料气体供应源断开；以及连接机构控制模块，其在正常工作条件下，将多个连接机构之中的至少一个连接机构设置成从电池组主体的外部和燃料气体供应源断开的状态，而将其余的连接机构设置成和燃料气体供应源连接的状态。当预置条件满足时，连接机构控制模块转换被设置成从电池组主体的外部以及燃料气体供应源断开的状态的所述至少一个连接机构，以将燃料气体流动路径连接到电池组主体的外部。
在本发明的第二方面中，在预置条件下，在装备有电池组主体的多个连接机构之中，转换被设置成从电池组主体的外部以及燃料气体供应源断开的状态的所述至少一个连接机构，以使燃料气体流动路径和电池组主体的外部连接。这样的转换有效地激活了燃料气体在电池组主体中的流动。这样一来，就向被设置成从电池组主体的外部和燃料气体供应源断开的状态的所述至少一个连接机构附近的电池组主体提供了足量的燃料气体。这种布置令人满意地抑制了燃料电池发电性能的潜在恶化，并且增强了燃料电池的耐用性。
在本发明的第二方面中，优选地，连接机构控制模块依次选择不同的连接机构作为被设置成从电池组主体的外部和燃料气体供应源断开的状态的所述至少一个连接机构而要陆续地与电池组主体的外部连接。这种结构的实施例依次选择了不同的连接机构作为被设置成从电池组主体的外部和燃料气体供应源断开的状态的所述至少一个连接机构而要与电池组主体的外部连接。这选择性地改变了燃料气体通过燃料气体流动路径的流动方向，并且加速了燃料气体在电池组主体里面的扩散。这种布置令人满意地抑制了燃料电池发电性能的潜在恶化，并且增强了燃料电池的耐用性。
第一个燃料电池组或第二个燃料电池组可以进一步包括测量输出电压的电压测量单元。当测量的输出电压小于预置水平时，预置条件满足。这种结构估计了各个单元电池之中发电变化的增加。这样的估计可有效地用于抑制燃料电池发电性能的潜在恶化，并且增强燃料电池的耐用性。
第一个燃料电池组或第二个燃料电池组还可以进一步包括：多个连接端口，其使电池组主体中形成的空气流动路径和电池组主体的外部连接；多个参考电极，其分别布置得接近于多个连接机构和多个连接端口；以及确定模块，其确定通过至少一个参考电极测量的电势增加率。当确定模块确定被设置成从电池组主体的外部以及燃料气体供应源断开的状态的所述至少一个连接机构附近的电势增加率不小于预置水平时，预置条件满足。这种结构估计了阴极电势的增加。这样的估计可有效地用于抑制燃料电池发电性能的潜在恶化，并且增强燃料电池的耐用性。
在本发明的第一或第二方面的任一个中，从将所述至少一个连接机构设置成从电池组主体的外部和燃料气体供应源断开的状态开始过去了预定时段时，预置条件满足。这种结构有规律地改变了燃料气体在电池组主体中的流动，并且在电池组主体里面充分地扩散了燃料气体。
本发明的第三方面提供了燃料电池，其为不再循环燃料气体供应的燃料气体非循环型。本发明第三方面的所述燃料电池具有位于阳极隔板和阴极隔板之间的膜电极装置。这种燃料电池进一步包括：燃料气体通道，其由阳极隔板和膜电极装置限定；多个连接机构，其在阳极隔板中形成，用于使燃料气体通道和燃料电池的外部连接，以及使燃料气体通道从燃料电池的外部断开；以及连接机构控制模块，其当预置条件满足时，选择性地将多个连接机构转换成连接状态。
本发明的第三方面发挥与在上面讨论的本发明第一方面的燃料电池组同样的功能和效果。对于本发明第一方面的燃料电池组采用的不同布置同样适用于本发明第三方面的燃料电池。
本发明的第四方面提供了燃料电池，其为不再循环燃料气体供应的燃料气体非循环型。本发明第四方面的所述燃料电池具有位于阳极隔板和阴极隔板之间的膜电极装置。这种燃料电池进一步包括：燃料气体通道，其由阳极隔板和膜电极装置规定；多个连接机构，其在阳极隔板中形成，并且用于使燃料气体通道和燃料电池的外部或燃料气体供应源连接，以及使燃料气体通道从燃料电池的外部以及燃料气体供应源断开；以及连接机构控制模块，其在正常工作条件下，将多个连接机构之中的至少一个连接机构设置成从燃料电池的外部和燃料气体供应源断开的状态，而将其余的连接机构设置成和燃料气体供应源连接的状态。当预置条件满足时，连接机构控制模块转换被设置成从燃料电池的外部和燃料气体供应源断开的状态的所述至少一个连接机构以将燃料气体通道连接到燃料电池的外部。
本发明的第四方面发挥与在上面讨论的本发明第二方面的燃料电池组同样的功能和效果。对于本发明第二方面的燃料电池组采用的不同布置同样适用于本发明第四方面的燃料电池。
从具有附图的优选实施例的随后的详细说明中，本发明的这些以及其他目的、特征、方面和优点将变得更加明显。
附图说明
图1示意性显示了本发明第一实施例中的包括燃料电池组20的燃料电池系统的构造；
图2示意性显示了第一实施例中燃料电池组20的内部结构；
图3显示了在正常工作条件下的燃料气体在燃料电池组20中的第一流动状态；
图4显示了在含有杂质的气体排放条件下的燃料气体和含有杂质的气体在燃料电池组20中的第一流动状态；
图5显示了在正常工作条件下的燃料气体在燃料电池组20中的第二流动状态；
图6显示了在含有杂质的气体排放条件下的燃料气体和含有杂质的气体在燃料电池组20中的第二流动状态；
图7显示了在正常工作条件下的燃料气体在燃料电池组20中的第三流动状态；
图8显示了在含有杂质的气体排放条件下的燃料气体和含有杂质的气体在燃料电池组20中的第三流动状态；
图9显示了在正常工作条件下的燃料气体在燃料电池组20中的第四流动状态；
图10显示了在含有杂质的气体排放条件下的燃料气体和含有杂质的气体在燃料电池组20中的第四流动状态；
图11显示了用于在正常工作条件下和含有杂质的气体排放条件下提供燃料气体供应的转换阀装置的第一操作状态；
图12显示了用于在正常工作条件下排放含有杂质的气体的转换阀装置的第二操作状态；
图13显示了用于在含有杂质的气体排放条件下排放含有杂质的气体的转换阀装置的第三操作状态；
图14显示了现有技术的燃料电池组中单元电池对发电贡献的变化；
图15示意性显示了本发明第二实施例中燃料电池60(隔板61)的内部结构；以及
图16显示了作为现有技术的燃料电池(单元电池)缺点的发电区的变化。
具体实施方式
参考附图用一些优选实施例说明本发明的燃料电池。
A.第一实施例
参考图1和2说明作为本发明第一实施例的包括燃料电池的燃料电池系统。图1示意性显示了第一实施例中的包括燃料电池组20的燃料电池系统10的构造。图2示意性显示了第一实施例中燃料电池组20的内部结构。
第一实施例的燃料电池系统10包括：一个放置在另一个之上的多个单元电池的燃料电池组20；高压氢罐30，其存储作为燃料气体将要被供应给燃料电池组20的氢气；以及控制电路50，其控制为燃料电池组20而设的转换阀装置40、41、42和43。
燃料电池组20具有：一个放置在另一个之上的作为最小单元的多个单元燃料电池210的电池组主体21；以及连接端口22、23、24和25，其使电池组主体21的内部和外部连接。单元燃料电池210典型地包括膜电极装置，其具有布置在电解膜的两面上并且置于阳极隔板和阴极隔板之间的一对电极。如图2所示，在电池组主体21内部形成用于燃料气体流动的燃料气体流动路径211、212和213。燃料气体流动路径211和212的末端与连接端口22、23、24和25连接。
燃料电池组20被构造为非循环型燃料电池，其中，流过燃料气体流动路径211、212和213并且参加电化学反应的燃料气体，不被再供应给燃料气体流动路径211、212和213(燃料电池组20)，而是被排放到燃料电池组20外部。将负载55链接到燃料电池组20，如图1所示。在使燃料电池组20和负载55连接的馈送线551上安置电压传感器51，以测量燃料电池组20的输出电压。
燃料气体流动路径211、212和213与各个单元燃料电池210中形成的电池内燃料气体通道214连接。燃料气体流过燃料气体流动路径211、212和213，并且经由燃料气体通道214被引导到各个单元燃料电池210中。
转换阀装置40、41、42和43分别与燃料电池组20的连接端口23、22、24和25连接。在这个实施例的结构中，转换阀装置40、41、42和43中的每一个都具有用于连接状态和断开状态之间的电磁转换的三向阀V3和双向阀V2。转换阀装置40、41、42和43用于选择性地使电池组主体21中形成的燃料气体流动路径211和212与作为燃料气体供应源的高压氢罐30或电池组主体21的外部连接，或者使燃料气体流动路径211和212从高压氢罐30和电池组主体21的外部断开。在正常工作条件下，转换阀装置40、41、42和43中的一个从高压氢罐30和电池组主体21的外部断开，以便燃料电池组20工作为非循环型燃料电池。各个转换阀装置40、41、42和43的转换由燃料电池系统10的驱动条件确定。
尽管未具体显示，控制电路50包括：CPU，其执行各种系列的操作；ROM，其存储用于转换阀装置40、41、42和43的转换程序和各种其他处理程序；以及RAM，其临时存储CPU运行的结果和各种数据。控制电路50控制燃料电池系统10的工作条件。各个转换阀装置40、41、42和43的执行机构(电磁执行机构)以及电压传感器51连接到控制电路50。
参考图2，本说明现在关注燃料气体在燃料电池组20的电池组主体中的流动状态。这里假定关闭连接端口22，以使燃料电池组20工作为非循环型燃料电池。在连接端口22的关闭位置，转换阀装置41从高压氢罐30和电池组主体21的外部断开。
从高压氢罐30中之一供应的燃料气体流由连接端口23、24和25被提供给燃料气体流动路径211和212。供应给燃料气体流动路径211和212的燃料气体流过电池内燃料气体通道214进入到燃料气体流动路径213中。这样一来，燃料气体就被均匀地提供给各个单元燃料电池210。
已供应给燃料气体流动路径211和212但尚未流向电池内燃料电池通道214或者已流入到燃料气体流动路径213中的燃料气体，最终到达关闭的连接端口22附近。连接端口22附近累积的燃料气体趋于具有相对低的氢浓度和大量的包括氮的杂质。
下面参考图3到14来说明第一实施例的燃料电池组20中的燃料气体和含有杂质的气体的流动状态以及转换阀装置40、41、42和43的操作状态。图3显示了在正常工作条件下的燃料气体在燃料电池组20中的第一流动状态。图4显示了在含有杂质的气体排放条件下的燃料气体和含有杂质的气体在燃料电池组20中的第一流动状态。图5显示了在正常工作条件下的燃料气体在燃料电池组20中的第二流动状态。图6显示了在含有杂质的气体排放条件下的燃料气体和含有杂质的气体在燃料电池组20中的第二流动状态。图7显示了在正常工作条件下的燃料气体在燃料电池组20中的第三流动状态。图8显示了在含有杂质的气体排放条件下的燃料气体和含有杂质的气体在燃料电池组20中的第三流动状态。图9显示了在正常工作条件下的燃料气体在燃料电池组20中的第四流动状态。图10显示了在含有杂质的气体排放条件下的燃料气体和含有杂质的气体在燃料电池组20中的第四流动状态。图11显示了用于在正常工作条件下和含有杂质的气体排放条件下提供燃料气体供应的转换阀装置的第一操作状态。图12显示了用于在正常工作条件下排放含有杂质的气体的转换阀装置的第二操作状态。图13显示了用于在含有杂质的气体排放条件下排放含有杂质的气体的转换阀装置的第三操作状态。图14显示了现有技术的燃料电池组中单元电池对发电贡献的变化。
在正常操作的初始阶段，控制电路50将转换阀装置41设置成第二操作状态(见图12)，以使转换阀装置41从高压氢罐30和电池组主体21的外部断开，同时将其他的转换阀装置40、42和43设置成第一操作状态(见图11)，以使电池组主体21中形成的燃料气体流动路径211和212与高压氢罐30连接。燃料气体在燃料电池组20中的流动因此被设置成图3中显示的第一流动状态。燃料气体通过转换阀装置40、42和43供应，参加电化学反应，并且在连接端口22(转换阀装置41)附近累积。连接端口22附近累积的燃料气体具有低的氢浓度和相对大量的包括氮和水的杂质。
当电压传感器51测量的燃料电池组20的输出电压降低到预置水平以下时，控制电路50检测排放含有杂质的气体的必要性，并且将转换阀装置41设置成第三操作状态(见图13)，以使电池组主体21中的燃料气体流动路径211和电池组主体21的外部连接。燃料电池组20的输出电压因此以通过从阴极侧到阳极侧的电解膜传送的诸如氮和水之类的杂质的量增加的方式降低。连接端口22附近累积的含有杂质的气体然后被排放到电池组主体21的外部，例如排放到大气中，如图4所示。
自从将转换阀装置41转换成第三操作状态开始，在预置时限已过去之后，控制电路50将转换阀装置43设置成第二操作状态(见图12)，以使转换阀装置43从高压氢罐30和电池组主体21的外部断开，同时将其他的转换阀装置40、41和42设置成第一操作状态(见图11)，以使电池组主体21中形成的燃料气体流动路径211和212与高压氢罐30连接。这将燃料电池组20的驱动状态设置成正常驱动条件。燃料气体在燃料电池组20中的流动因此被设置成图5中显示的第二流动状态。燃料气体通过转换阀装置40、41和42供应，参加电化学反应，并且在连接端口25(转换阀装置43)附近累积。连接端口25附近累积的燃料气体具有低的氢浓度和相对大量的包括氮和水的杂质。
当电压传感器51测量的燃料电池组20的输出电压降低到预置水平以下时，控制电路50检测排放含有杂质的气体的必要性，并且将转换阀装置43设置成第三操作状态(见图13)，以使电池组主体21中的燃料气体流动路径211和电池组主体21的外部连接。连接端口25附近累积的含有杂质的气体然后被排放到电池组主体21的外部，例如排放到大气中，如图6所示。
自从将转换阀装置43转换成第三操作状态开始，在预置时限已过去之后，控制电路50将转换阀装置42设置成第二操作状态(见图12)，以使转换阀装置42从高压氢罐30和电池组主体21的外部断开，同时将其他的转换阀装置40、41和43设置成第一操作状态(见图11)，以使电池组主体21中形成的燃料气体流动路径211和212与高压氢罐30连接。这将燃料电池组20的驱动状态设置成正常驱动条件。燃料气体在燃料电池组20中的流动因此被设置成图7中显示的第三流动状态。燃料气体通过转换阀装置40、41和43供应，参加电化学反应，并且在连接端口24(转换阀装置42)附近累积。连接端口24附近累积的燃料气体具有低的氢浓度和相对大量的包括氮和水的杂质。
当电压传感器51测量的燃料电池组20的输出电压降低到预置水平以下时，控制电路50检测排放含有杂质的气体的必要性，并且将转换阀装置42设置成第三操作状态(见图13)，以使电池组主体21中的燃料气体流动路径212和电池组主体21的外部连接。连接端口24附近累积的含有杂质的气体然后被排放到电池组主体21的外部，例如排放到大气中，如图8所示。
自从将转换阀装置42转换成第三操作状态开始，在预置时限已过去之后，控制电路50将转换阀装置40设置成第二操作状态(见图12)，以使转换阀装置40从高压氢罐30和电池组主体21的外部断开，同时将其他的转换阀装置41、42和43设置成第一操作状态(见图11)，以使电池组主体21中形成的燃料气体流动路径211和212与高压氢罐30连接。这将燃料电池组20的驱动状态设置成正常驱动条件。燃料气体在燃料电池组20中的流动因此被设置成图9中显示的第四流动状态。燃料气体通过转换阀装置41、42和43供应，参加电化学反应，并且在连接端口23(转换阀装置40)附近累积。连接端口23附近累积的燃料气体具有低的氢浓度和相对大量的包括氮和水的杂质。
当电压传感器51测量的燃料电池组20的输出电压降低到预置水平以下时，控制电路50检测排放含有杂质的气体的必要性，并且将转换阀装置40设置成第三操作状态(见图13)，以使电池组主体21中的燃料气体流动路径212和电池组主体21的外部连接。连接端口23附近累积的含有杂质的气体然后被排放到电池组主体21的外部，例如排放到大气中，如图10所示。
控制电路50依次重复上面讨论的四种模式。代替测量的燃料电池组20的输出电压，以经验为主确定的基准时间可以用于检测排放含有杂质的气体的必要性。排放的必要性可以另外根据由位于各个单元燃料电池210中的参考电极测量的电压增加率或减少率来确定。
如上所述，第一实施例的燃料电池组20依次转换所述转换阀装置以排放含有杂质的气体。这样的依次转换连续地改变了含有杂质的气体的累积区(亦即关闭的连接端口的位置)。这种布置令人满意地防止了含有杂质的气体在燃料电池组20的固定区域中累积，这样一来就抑制了燃料电池组20发电性能的潜在恶化，并且增强了燃料电池组20的耐用性。
含有杂质的气体的累积区的连续改变，充分地扩散燃料气体遍及燃料电池组20的整个区域，并且使燃料电池组20中包括的所有单元燃料电池210能够均匀地生成电力。这种布置令人满意地消除了图14中显示的燃料电池组70的现有技术结构的缺点。在图14的现有技术结构中，燃料电池组70的所有单元燃料电池71之中的上游单元燃料电池71a(亦即从入口到接近中央的区域中的单元电池)主要地贡献于发电，而下游单元燃料电池71b(亦即接近出口的区域中的单元电池)仅对发电做出一点贡献。实施例的布置有效地防止了由过度反应(发电)造成的高反应热引起的上游单元燃料电池(在从入口到中央的区域中)中阳极和阴极的潜在损害，以及由具有电势增加的电化学反应引起的下游单元燃料电池(在接近出口的区域中)中阴极的潜在损害。
在第一实施例的结构中，连接端口22到25中的每一个都是一个孔，其既具有提供燃料气体的功能又具有排放含有杂质的气体的功能。这令人满意地简化了电池组主体21以及燃料气体流动路径211、212和213的结构，同时减少了燃料电池组20的总尺寸。
B.第二实施例
下面参考图15和16来说明本发明第二实施例中的燃料电池60。图15示意性显示了第二实施例中燃料电池60的内部结构。图16显示了作为现有技术的燃料电池(单元电池)缺点的发电区的变化。
第二实施例的燃料电池60仅具有一个单元电池。由发电贡献差异引起的电极催化剂的潜在损害不是在上游单元燃料电池和下游单元燃料电池之间具有差异的燃料电池组中出现的独特问题，而是还出现在单元电池中形成的电池内燃料气体通道中。
第二实施例的燃料电池60包括隔板61，其具有两个入口/出口端口611和612以及电池内燃料气体通道613，所述电池内燃料气体通道613相互连接所述两个入口/出口端口611和612，以使从高压氢罐供应的燃料气体流动。在接近隔板61中各个入口/出口端口611和612的电池内燃料气体通道613中放置用于测量电势的参考电极R。燃料电池60同样具有转换阀装置62和63，其选择性地使电池内燃料气体通道613和燃料电池60的外部或高压氢罐连接，或者使电池内燃料气体通道613从燃料电池60的外部和高压氢罐断开。
在正常操作的初始阶段，转换阀装置62和高压氢罐连接，而转换阀装置63则从燃料电池60的外部以及高压氢罐断开。这种状态下的连续操作造成含有杂质的气体在入口/出口端口612附近的电池内燃料气体通道613的区域中累积。这样的累积提高了位于入口/出口端口612附近的参考电极R测量的电势。
当参考电极R测量的电势增加率(亦即每单位时间的电势增加率)超过预置水平时，转换阀装置63和燃料电池60的外部连接，以将入口/出口端口612附近累积的含有杂质的气体排放到燃料电池60的外部。
转换阀装置63然后和高压氢罐连接，同时转换阀装置62从燃料电池60以及高压氢罐断开。这种状态下的连续操作造成含有杂质的气体在入口/出口端口611附近的电池内燃料气体通道613的区域中累积。这样的累积提高了位于入口/出口端口611附近的参考电极R测量的电势。
当参考电极R测量的电势增加率(亦即每单位时间的电势增加率)超过预置水平时，转换阀装置62和燃料电池60的外部连接，以将入口/出口端口611附近累积的含有杂质的气体排放到燃料电池60的外部。
依次重复上面讨论的这两种模式。排放含有杂质的气体的必要性可以根据测量的燃料电池60的输出电压或者根据以经验为主确定的基准时间而不是参考电极R测量的电势增加率来检测。
如上所述，第二实施例的燃料电池60依次转换所述转换阀装置以排放含有杂质的气体。这样的依次转换连续地改变了隔板61(电极)上含有杂质的气体的累积区。这种布置令人满意地防止了含有杂质的气体在燃料电池60的固定区域中累积，这样一来就抑制了燃料电池60发电性能的潜在恶化，并且增强了燃料电池60的耐用性。
含有杂质的气体的累积区的连续改变，充分地扩散燃料气体遍及燃料电池60的整个区域(电池内燃料气体通道613)，并且使燃料电池60的整个区域能够均匀地生成电力。这种布置令人满意地消除了图16中显示的燃料电池的现有技术结构的缺点。在图16的现有技术结构中，仅有电池内燃料气体通道713的上游区713a(亦即从入口到接近中央的区域)主要地贡献于发电，而下游区713b(亦即接近出口的区域)仅对发电做出一点贡献。第二实施例的布置有效地防止了由过度反应(发电)造成的高反应热引起的从入口到中央的区域中阳极和阴极的潜在损害，以及由具有电势增加的电化学反应引起的接近出口的区域中阴极的潜在损害。
C.修改
在第一实施例的结构中，和燃料电池组20的横截面上的垂直侧平行地形成连接端口22到25。连接端口可以具有三维布置，例如可以对角地位于横截面上。
第一实施例的燃料电池组20中燃料气体流动路径211和212的构造仅仅是示意性的，并且根本不是限制性的。燃料气体流动路径可以具有任何适当的布置，例如对角布置。
第一实施例的燃料电池组20(电池组主体21)具有4个连接端口22到25。连接端口的数目并不限于4，而可以是不小于2的任何适当的值。连接端口22到25中的每一个，都既具有供应燃料气体的功能，又具有排放含有杂质的气体的功能。可以成对地或单独地布置仅具有这些功能之一的连接端口。在这种修改的结构中，每个连接端口都装备有转换阀装置，其既包括用于使燃料气体流动路径和燃料电池组20的外部连接的转换阀，又包括用于使燃料气体流动路径和高压氢罐30连接的转换阀。
在第一实施例的结构中，连接端口22到25形成在燃料电池组20(电池组主体21)的相对侧面上，以在水平方向上彼此面对。连接端口可以另外形成在燃料电池组20的前面和后面上，以在水平方向上彼此面对，或者形成在燃料电池组20的顶面和底面上，以在垂直方向上彼此面对。可以既在水平方向上又在垂直方向上布置连接端口。电池组主体21中形成的燃料气体流动路径211、212和213仅仅是示意性的，并且根本不是限制性的。可以在水平方向上或垂直方向上扩展燃料气体流动路径。可以布置多个燃料气体流动路径以彼此交叉。
第二实施例的结构中的隔板61中电池内燃料气体通道613的构造仅仅是示意性的，并且根本不是限制性的。燃料气体通道可以具有任何不同的结构，例如对面结构。
在第二实施例的结构中，在燃料电池60的一个侧面上形成连接端口611和612。连接端口可以形成在相对的侧面上，以在水平方向上彼此面对。连接端口可以另外形成在底面和顶面中的至少一个上，以在水平方向上或在垂直方向上彼此面对。连接端口可以既形成在垂直扩展面上，又形成在水平扩展面上。电池内燃料气体通道613的构造仅仅是示意性的，并且根本不是限制性的。电池内燃料气体通道可以具有单个流动路径或多个流动路径，并且可以在水平方向上或垂直方向上扩展。
上面讨论的实施例和它们的修改例子在所有方面都被认为是示意性的而非限制性的。可以存在许多修改、变化和改动而不背离本发明主要特征的范围或精神。权利要求等价意义和范围之内的所有变化都将包含在此。本发明的范围和精神由附加的权利要求而不是前述说明指示。
Claims (10)
1.一种燃料电池组，其为不再循环燃料气体供应的燃料气体非循环型，所述燃料电池组包括：
电池组主体，其包括一个放置在另一个之上的多个单元电池，并且具有形成于其中以使所述燃料气体流动的燃料气体流动路径；
多个连接机构，其装备有所述电池组主体，用于使所述电池组主体中形成的所述燃料气体流动路径和所述电池组主体的外部连接，以及使所述电池组主体中的所述燃料气体流动路径从所述电池组主体的外部断开；以及
连接机构控制模块，其当预置条件满足时，选择性地将所述多个连接机构转换成连接状态。
2.根据权利要求1所述的燃料电池组，其中，通过将位于所述燃料气体流动路径下游的至少一个连接机构设置成连接位置，获得所述多个连接机构到所述连接状态的所述选择性转换。
3.一种燃料电池组，其为不再循环燃料气体供应的燃料气体非循环型，所述燃料电池组包括：
电池组主体，其包括一个放置在另一个之上的多个单元电池，并且具有形成于其中以使所述燃料气体流动的燃料气体流动路径；
多个连接机构，其装备有所述电池组主体，用于使所述电池组主体中形成的所述燃料气体流动路径和所述电池组主体的外部或燃料气体供应源连接，以及使所述电池组主体中的所述燃料气体流动路径从所述电池组主体的外部以及所述燃料气体供应源断开；以及
连接机构控制模块，其在正常工作条件下，将所述多个连接机构之中的至少一个连接机构设置成从所述电池组主体的外部以及所述燃料气体供应源断开的状态，而将其余的连接机构设置成和所述燃料气体供应源连接的状态，
当预置条件满足时，所述连接机构控制模块转换被设置成从所述电池组主体的外部以及所述燃料气体供应源断开的状态的所述至少一个连接机构以使所述燃料气体流动路径连接到所述电池组主体的外部。
4.根据权利要求3所述的燃料电池组，其中，所述连接机构控制模块依次选择不同的连接机构作为被设置成从所述电池组主体的外部以及所述燃料气体供应源断开的状态的所述至少一个连接机构而要陆续地与所述电池组主体的外部连接。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的燃料电池组，所述燃料电池组进一步包括：
电压测量单元，其测量输出电压，
其中，当所述测量的输出电压小于预置水平时，所述预置条件满足。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的燃料电池组，所述燃料电池组进一步包括：
多个连接端口，其使所述电池组主体中形成的空气流动路径和所述电池组主体的外部连接；
多个参考电极，其分别布置得接近于所述多个连接机构和所述多个连接端口；以及
确定模块，其确定通过所述参考电极中的至少一个测量的电势增加率，
其中，当所述确定模块确定被设置成从所述电池组主体的外部以及所述燃料气体供应源断开状态的所述至少一个连接机构附近的电势增加率不小于预置水平时，所述预置条件满足。
7.根据权利要求1到4中任一项所述的燃料电池组，其中，从将所述至少一个连接机构设置成从所述电池组主体的外部以及所述燃料气体供应源断开状态开始过去了预定时段时，所述预置条件满足。
8.一种燃料电池，其为不再循环燃料气体供应的燃料气体非循环型，所述燃料电池具有位于阳极隔板和阴极隔板之间的膜电极装置，所述燃料电池进一步包括：
燃料气体通道，其由所述阳极隔板和所述膜电极装置限定；
多个连接机构，其在所述阳极隔板中形成，用于使所述燃料气体通道和所述燃料电池的外部连接，以及使所述燃料气体通道从所述燃料电池的外部断开；以及
连接机构控制模块，其当预置条件满足时，选择性地将所述多个连接机构转换成连接状态。
9.一种燃料电池，其为不再循环燃料气体供应的燃料气体非循环型，所述燃料电池具有位于阳极隔板和阴极隔板之间的膜电极装置，所述燃料电池进一步包括：
燃料气体通道，其由所述阳极隔板和所述膜电极装置限定；
多个连接机构，其在所述阳极隔板中形成，用于使所述燃料气体通道和所述燃料电池的外部或燃料气体供应源连接，以及使所述燃料气体通道从所述燃料电池的外部以及所述燃料气体供应源断开；以及
连接机构控制模块，其在正常工作条件下，将所述多个连接机构之中的至少一个连接机构设置成从所述燃料电池的外部以及所述燃料气体供应源断开的状态，而将其余的连接机构设置成和所述燃料气体供应源连接的状态，
当预置条件满足时，所述连接机构控制模块转换被设置成从所述燃料电池的外部以及所述燃料气体供应源断开状态的所述至少一个连接机构以使所述燃料气体通道连接到所述燃料电池的外部。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的燃料电池，所述燃料电池在正常工作条件下由保持在内部的所述燃料气体的供应驱动。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081119 Termination date: 20161001 |