CN1914779B - 燃料电池组的电池维护设备以及使用燃料电池组的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃料电池组中电池的维护方法和装置。该装置包括燃料电池维护设备，该设备包含用来在燃料电池组中至少一个电池上施加低阻抗的装置，例如开关，以及脉冲发生器。脉冲发生器能够通过低阻抗施加装置，例如在开关闭合时使至少一个电池的阴极产生脉冲。该开关包含：能够使燃料电池组中的电池短路的继电器；以及能够驱动所述继电器的介电隔离驱动器。该方法透明地维护着燃料电池组的电池，并且包括按顺序使燃料电池组中多个电池的阴极产生脉冲，以及在按顺序使电池阴极产生脉冲的同时，使数目一致的电池保持向燃料电池组的负载提供功率。

Description

燃料电池组的电池维护设备以及使用燃料电池组的装置
技术领域
本发明涉及燃料电池，特别是涉及用于燃料电池组的电池维护设备。 
背景技术
燃料电池技术是利用矿物燃料燃烧的更多常规能源的替换能源。燃料电池通常会通过燃料和氧产生电力、水和热能。更具体地，燃料电池通过化学氧化还原反应提供电力，并且就清洁和效率而言，具有优于其它形式电力生产的显著优点。通常，燃料电池用氢气作为燃料，氧气作为氧化剂。电力生产与反应物的消耗速率是成比例的。 
抑制燃料电池的广泛应用的重要缺点是缺乏分布广泛的氢基础设施。氢气的容积能量密度相对较低，并且与当前在大多数电力生产系统中使用的碳氢燃料相比，较难贮藏和运输。克服该困难的一种方式是使用“燃料处理器”或“重整装置”，将碳氢燃料转变成氢富气流，其中该富气流可以用作燃料电池的进料。像天然气，LPG，汽油和柴油这样的烃基燃料，需要用作大多数燃料电池的燃料的变换。当前技术使用多步工艺，将初始变换工艺与若干个净化(clean-up)工艺结合起来。初始工艺在大多数情况下通常是蒸汽重整(“SR”)，自行加热重整(“ATR”)，催化部分氧化(“CPOX”)，或非催化部分氧化(“POX”)。净化工艺通常是由脱硫，高温水煤气变换，低温水煤气变换，选择性CO氧化，或选择性CO甲烷化作用的组合组成。可选工艺包括氢气选择性薄膜反应器和过滤器。 
因此，可以使用多种类型的燃料；它们中的某些可以与矿物燃料混合，但是理想的燃料是氢气。如果燃料是，例如氢气，那么燃烧就是非常清洁的，事实上，在热量的耗散和/或消耗及电力消耗后，只剩 余水。最容易利用的燃料(例如，天然气，丙烷和汽油)，甚至不常用的燃料(例如，甲醇和乙醇)的分子结构中都包含氢。某些燃料电池实施例因此利用“燃料处理器”，该“燃料处理器”处理特定的燃料以产生用来向燃料电池提供燃料的较纯净的氢气流。 
与燃料处理器一起使用的质子交换薄膜(“PEM”)燃料电池中出现的一个问题是在贵金属催化反应器的铂催化剂上形成过氧化氢。PEM燃料电池的一种降解方式是由于在燃料电池的阳极形成过氧化氢。过氧化氢通常会限制PEM燃料电池的寿命。该机制首先是在20世纪60年代，由A.B.LaConti阐明。参看“薄膜降解的机制(聚合物电解薄膜燃料电池和系统，PEMFC)”，A.B.LaConti，M.Handan和R.C.McDonald，燃料电池手册；第3卷，第49章，647-662页，2003年英国Chichester，Wiley，W.Vielstich，A.Lamm和H.Gasteiger编辑。过氧化氢是腐蚀燃料电池薄膜的强氧化剂。它通常由从燃料电池阴极扩散到阳极的氧气形成。图1中的曲线图显示，即使在氧气分压非常低的情况下，过氧化物分压在阳极电势(～0.0伏)处可能会相当高。通过图1显而易见的是，如果阳极电势升高200毫伏，过氧化物浓度就会降低三个数量级。 
更具体地，氧化铂是氧气还原反应的相对惰性的催化剂。铂依照平衡方程式形成氢氧化物Pt(OH)2： 
Pt+H2O→PtO+2H++2e-
PtO+H2O→Pt(OH)2
形成氢氧化物的平衡电势是通过下列条件提供的： 
E0＝0.98-0.591pH 
水溶液中电化学平衡图表册(第二版)，M.J.N.Pourbaix，NACE，Houston，TX1974，第379页(“Pourbaix”)。Pourbaix还示出如何形成较高级的氧化物。另外，Pourbaix示出了Pt，PtO，PtO2和Pt2+离子之间的复杂关系。 
图2中示出了这些反应和关系的结果，其中图2是通过Pourbaix修正的。图2示出铂不受腐蚀的免腐蚀区域，以及铂要腐蚀至稳定氢 氧化物的钝化区域。氧化物对氧气还原反应不会起到特别的催化作用。图2的检验显示出，使阴极电势下降到实线200下方，将会使氧化铂不稳定，而使金属稳定。如果允许阴极电势移动到线200上方，那么氧化物将是稳定的，而金属将是不稳定的。该工艺也是复杂的，这是因为局部pH值对该工艺同样有影响。增加pH值，当其可能在较高的电流条件下发生时(例如，通过阴极质子消耗)，将会有助于在较低的阴极电势下形成氧化物。 
在40多年以前就已经发现了这些以及其它相似的问题，在这40多年里，本领域已经在设法寻找对这些挑战技术上可用，经济上可行的解决方案。由于问题来自可选技术的竞争而恶化，其中可选技术已经能够以极低的成本产生和提供电力，这在某种程度上要归因于已经安装的基础设施。若干种方法已得到提议，但是没有一种得到商业的认可。 
本发明是针对解决，或至少减轻上文中所提到问题的一种或全部。 
发明内容
本发明包括燃料电池组中电池的维护方法和设备。该设备包括燃料电池维护装置，该装置包含用来在燃料电池组的至少一个电池上施加低阻抗的工具，例如开关，和脉冲发生器。脉冲发生器能够通过低阻抗施加工具，例如在开关闭合时，使燃料电池组的至少一个电池阴极产生脉冲。该方法透明地维护了燃料电池组中的电池，并包含按顺序使燃料电池组中多个电池的阴极产生脉冲，及在按顺序使电池阴极产生脉冲的同时，保持一致数目的电池向燃料电池组的负载提供功率。 
根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池维护设备，包含：第一开关；和脉冲发生器，能够在所述第一开关闭合时，通过所述第一开关使燃料电池组中的至少一个第一电池的阴极产生脉冲，其中所述第一开关包含：能够使燃料电池组中所述至少一个第一电池短路的第一继电器；以及能够驱动所述第一继电器的介电隔离驱动器。 
根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池维护设备，包含：第一继电器，能够使燃料电池组中的至少一个第一电池短路；能够驱动所述第一继电器的介电隔离驱动器；以及脉冲发生器，能够在所述介电隔离驱动器闭合所述第一继电器以使至少一个第一电池短路时，通过所述第一继电器使所述至少一个第一电池的阴极产生脉冲。 
根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池维护设备，用于包含至少一个燃料电池的燃料电池组，该燃料电池维护设备包含：与所述燃料电池组中所述至少一个燃料电池中的第一电池电气并联的第一继电器；第一介电隔离驱动器，与所述第一继电器可操作地相关联，以便驱动所述第一继电器；以及脉冲发生器，与所述第一介电隔离驱动器电气连接以在所述第一介电隔离驱动器闭合所述第一继电器时通过所述第一继电器使所述第一电池的阴极产生脉冲。 
根据本发明的一个方面，提供了一种使用燃料电池组的装置，包含：燃料电池组，其包括多个电池；转换开关组，其包括多个开关，每个开关与所述多个电池中的至少一个电气并联；脉冲发生器，能够在开关闭合时使相应的电池的阴极产生脉冲；以及控制电路，在所述脉冲发生器和所述转换开关组之间电气串联，从而顺序地开启和闭合开关，其中每个开关包含：能够使燃料电池组中所述多个电池中的至少一个电池短路的继电器；以及能够驱动所述继电器的介电隔离驱动器。 
根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池维护设备，包括：用来在燃料电池组的至少一个第一电池上施加低阻抗的第一装置；以及脉冲发生器，能够通过所述第一装置使所述至少一个第一电池的阴极产生脉冲，其中所述第一装置包括第一开关，该第一开关在闭合并且从所述脉冲发生器接收到脉冲时施加所述低阻抗，其中所述第一开关包含：能够使燃料电池组的所述至少一个第一电池短路的第一继电器；以及能够驱动所述第一继电器的第一介电隔离驱动器。 
附图说明
本发明通过参考与附图相结合的下列说明可以得到理解，其中类似的附图标记表示类似的元件，而其中： 
图1用图表示常规已知的氧气分压与电极电势的关系曲线； 
图2图解了常规已知的铂在25℃中的腐蚀，免腐蚀和钝化的理论区域； 
图3图解了依照本发明的燃料电池维护装置的一个具体实施例； 
图4A和图4B图解了本发明的可选实施例； 
图5显示了将随脉冲运行的电池与随稳定电流运行的电池比较的性能图； 
图6用图表示在收到脉冲以后电池电流与时间的关系曲线； 
图7用图表示电池电压和电池电流随时间的变化曲线； 
图8用图表示电流密度和电池电压随时间的变化曲线；以及 
图9图解了本发明的一个具体实施例，其中燃料电池组中的电池通过对燃料电池组的负载透明的方式得到维护。 
尽管本发明能容许各种修正和可选形式，附图所图解的具体实施例在这里还是作为实例被详细说明。但是应该理解的是，在这里说明具体实施例并不是要将本发明限制为所公开的具体形式，相反，本发明是要包括属于附加权利要求所定义的本发明精神和范围内的所有修正，等同物和可选方案。 
具体实施方式
本发明的例证性实施例要在下文中做出说明。为了清晰起见，该说明书中并没有描述实际实施例的全部特征。当然，应当清楚的是，在任何这种实际实施例的开发中，必须要做出许多实施例的具体决定以实现开发者的特定目标，例如服从系统相关和商业相关的约束，该约束将会随着实施例的不同而改变。此外，应当清楚的是，即使这种开发成果是复杂而耗时的，对于本领域中受益于该公开的普通技术人员来说也将是常规任务。 
现在转向附图，图3图解了本发明的一个具体实施例300。在该实施例300中，燃料电池维护设备303维护着燃料电池组309的电池306(只显示出一个)。燃料电池维护设备303包含开关312和脉冲发生器315。开关312包含能够使燃料电池组309中至少一个电池306 短路的继电器318，以及能够驱动继电器318的介电隔离驱动器321。在一个具体实施例中，例如正如本领域中众所周知的，继电器318可以是固态继电器。脉冲发生器315能够在开关312闭合时，通过开关312使燃料电池组309中至少一个电池306的阴极324产生脉冲。脉冲发生器315产生数字脉冲，在下文中要做出更充分的说明。 
要注意到开关312在其闭合时会提供引起外电流流动的电池306上的低阻抗。外电流随后使电池电压降低到预定值，这一点要在下文中做更充分的讨论。因此某些实施例在它们利用一些其它途径来引入电池306上的低阻抗的条件下，可以忽略开关312。因此，开关312作为实例和例证，只是用来在电池306的阴极产生脉冲时在电池306上施加低阻抗的一种手段。图3的实施例中所示的用来使电池306的阴极324产生脉冲的方法，可以被外推以适用多个电池306。图4A中图解了一个这样的实施例400。在图4A中，燃料电池维护装置包含多个开关312。每个开关312闭合以允许脉冲发生器315使各个电池306的阴极324产生脉冲。在图解的实施例中，控制电路406顺次闭合开关312，以便使电池306的阴极324顺次被激励脉冲。脉冲通过多路转接器被传送到驱动器中。该脉冲还被用来为计数器提供时钟脉冲以寻址多路转接器，多路转接器按顺序选择驱动器，所有的这些都将在下文中做更充分的讨论。 
在某些实施例中，燃料电池组309中多个电池306的阴极324都可以借助脉冲发生器315，通过相同的开关312来产生脉冲。图4B中示出了一个这样的实施例412。因为只有一个开关312，所以不需要有图4A的实施例300中控制电路406的相对应电路。但是，实施例412可以通过与图4A中实施例300的外推相似的外推方式，被外推至燃料电池组309的附加电池306上。在这种实施例中，实施例300中控制电路406的对应电路应该被用来控制开关312的串行操作。 
由脉冲发生器315输出的脉冲的电气特性可以影响本发明的性能。众所周知，在电池电压低于0.6伏时，阴极铂催化剂要被清除氢氧化物，并且在该过程中，催化剂被激活。但是，使电池电压产生脉 冲，以及脉冲大小和占空因数对这种脉冲发生效力的影响先前对本领域并不是已知的。 
图5显示了将随脉冲运行的电池与随稳定电流运行的电池比较的性能图。该性能图显示电流脉冲使电池性能得到明显的改进。应该注意到，这些数据是每个电压下的平均电流密度。图表所示的脉冲发生条件如下：5秒0.05伏脉冲每120秒。如图5所示，性能通过更短，频率更高的脉冲而改进，其中曲线500表示电流升压燃料电池的性能，而曲线505表示稳定的燃料电池的性能。该图表是通过在“2.5×2.5”单个石墨电池上执行的试验来形成的，执行的条件如下：150°F的电池温度，120°F的饱和温度，阴极上有10psig的背压，阳极上有8psig的背压，20％Uh，以及30％Uo。这些相同的条件还可以用来生成下文中提出的信息。 
脉冲大小是一个重要的电气特性。跨过一个电池的脉冲在每120秒的5秒中，在0.4伏和0.05伏之间变化。表1中的二，三两列显示了脉冲发生以后10秒和30秒的电流密度。应该注意到，无论是0.3伏的脉冲，还是0.4伏的脉冲，都不能持续足够长的时间以达到稳定点。平均电流密度与表1中所示的数字相比较，将进一步降低。其它一切都是相同的，每个电池的电势越低，性能就越好。由于实际的原因，每个电池的电压可能很难在0.2伏以下，但是电路应该允许电池电压在0.3伏以下。在某些实施例中，低电压/高电流的要求可能需要一次使一个以上的电池产生脉冲，例如，图4B中的实施例412。 
表1.依照脉冲大小的电流密度 
    脉冲大小(伏)   基础电池电压(伏)     J10(ASF)     J30(ASF)
    .05   0.7     670     650
    .1   0.7     670     640
    .2   0.7     660     640
    .3   0.7     660     635
    .4   0.7     615     600
[0036] 脉冲的长度和频率也是重要的。每次脉冲发生以后，电池的性能都会降低。图6中示出了一个典型的实例，该实例表示1秒0.2伏的脉冲以后电流立刻衰减。在衰减期间，电池电压保持在0.7伏。这图表显示出脉冲之间的较短时间间隔将是有益的。当所有的电流，温度，压力都保持恒定时，长度较短而频率较大的脉冲与较长的脉冲和较长的周期比较。表2中显示了结果。表中的最后一列显示出每个脉冲之间的平均电流密度，在这段时间内电池电压保持在0.7伏。电池的功率可以通过(1-占空因数)＊平均功率来计算。因此，频繁短脉冲要优于非频繁长脉冲。但是，电池的电容限制脉冲长度可以有多短。正如在图7中所示的示波器数据中所看到的，其中上部迹线700和下部迹线703分别表示电流和电压，电池电压上升回到其基线状态需要70到100毫秒。类似地，电池的电容限制了电池电压降低到其脉冲电平的下降速度。在图7中，电压衰减到0.4伏大约需要100毫秒。 
表2.脉冲长度和频率 
  脉冲长度(秒)   脉冲大小(伏)     脉冲频率    (赫兹)     占空因数   平均J@0.7伏
  5   .2     1/150     3.33％   550
  2   .2     1/60     3.33％   584
  1   .2     1/30     3.33％   602
  .5   .2     1/15     3.33％   607
图7显示了电池对负载电阻从大约32毫欧到大约12毫欧的变化的响应。满容量电池的电压需要电阻较低的电路来下降到0.4伏。可以看出，电池的电压变化比电流变化缓慢，这要归因于电池的电容。图中还显示出在电池电压降低到其“脉冲电平”之前，有必要在短路以后起初驱动稍微高一些的电流通过电路。 
电池电压也在0.2伏和0.8伏之间循环，脉冲宽度为0.5秒，而周期为15秒，具有3.33％的占空因数。如图8所示，其中迹线800表示电压与时间的关系，而迹线803表示电流与时间的关系，电池使 0.8伏处的平均电流密度保持在300ASF附近。当脉冲发生被中断时，电流密度降低到180ASF以下，并且继续下降，直到脉冲发生重新开始为止，其中电池的电流密度在这一点上升到300ASF附近。 
本发明的任何给定实施例的实现都要依靠燃料电池的大小，燃料电池的性能，以及电池在峰值之间的运行电压。表3显示了在设计电池组的电池维护装置时，需要考虑到的几点事项。通常，使电池的电流密度从600ASF上升到1200ASF，足以将电池电势驱动到0.2伏，使电流保持恒定，并设定为26安培(600ASF)。由于试验是在利用率非常低的情况下进行的，所需的电流实际值会小于试验的预测值。下文中所显示的数值是基于伴随着微弱气流进行的试验的最佳预测值。其它注意事项包括： 
＊脉冲电压(列为0.2伏)在某些实施例中可能不足以驱动足够的电流通过外电路，因此在某些实施例中可能需要一次使一个以上的电池产生脉冲，或者使每个电池具有一个以上的回路(例如，图4B中的实施例312)。例如，为了驱动足够的电流通过MOSFET开关，可能需要增加由燃料电池提供的漏极到源极电压(Vds)。Vds的增加很容易通过使MOSFET开关产生脉冲实现，其中MOSFET开关要与一个以上的电池，例如2个，3个或更多的电池连接。 
＊通过电池组的较大电流降低了为达到预定的脉冲电压所需要的通过电路的电流量。例如，表3的行1和2是在每个电池电压为0.8伏，电流密度为300ASF的条件下运行的电池组的情况，以及在每个电池电压为0.7伏，电流密度为500ASF的条件下运行的电池组的情况。为了驱使0.8伏的电池电压下降到0.2伏，需要通过外电路的72安培的电流。为了驱使0.7伏的电池电压下降到0.2伏，只需要40安培电流通过外电路。 
＊较小的电池容量类似地降低了使电池电压达到合适的电压(＜0.3伏)所需要的电流量。 
还有其它注意事项可能在其它的实施例中起作用。 
表3.预测值 
  Jstack   电池面积  (ft2)   电池组电  流     V脉冲     I总     ASF升压     I电路
  300   0.16   48     0.2     120     750     72
  500   0.16   80     0.2     120     750     40
  300   0.1   30     0.2     75     750     45
  500   0.1   50     0.2     75     750     25
图9图解了一个具体实施例900，其中本发明被用来通过对燃料电池组906的负载(未示出)透明的方式维护燃料电池组906的电池903。燃料电池组906包含多个电池9030-903N。电池9030-903N中的每一个都有各自的开关9120-912N，这些开关与电池9030-903N电气并联。每个开关912都包含与雪崩二极管918(只显示出一个)并联的金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”，只显示出一个)915。MOSFET 915和雪崩二极管918在一起所起的作用与图3中继电器318的作用相同。正如上文中所指出的，MOSFET 915和雪崩二极管918可以被包装在一起，作为固态继电器。但是，某些实施例可以使用分离的MOSFETs 915和雪崩二极管918，或者将MOSFET 915和雪崩二极管918集成到一个包装中。开关9120-912N中的每一个还包括用来驱动MOSFET 915和雪崩二极管918的介电隔离二极管921(只显示出一个)。 
脉冲发生器924产生一系列脉冲927，它们的特征是依照上文中提出的注意事项确定的。控制电路933中的计数器930接收脉冲串作为时钟，也就是脉冲串也驱动计数器930。计数(也就是，Q0-QN)被输出到控制电路933的多路转接器936，其中多路转接器936还在其COM输入端接收脉冲串。多路转接器936将脉冲串输出到由计数器930的计数确定的选择线CH0-CHN上。因此，每次脉冲发生器924产生脉冲927，计数器930的计数都要增加，并且多路转接器936选择下一条线CH0-CHN作为脉冲927的输出端。当计数器930数到N时， 它重置到0。对于由脉冲发生器924产生的脉冲串中的每个脉冲927，使电池9030-903N中的一个产生脉冲。在该具体实施例中，在任何给定时间电池9030-903N中都最多只有一个产生脉冲。 
因此，每个电池9030-903N的阴极9390-939N顺次并且连续地每次一个产生脉冲，也就是，脉冲发生从电池9030-903N中的一个切换到另一个，而不是接通和关断地(on and off)转换到电池9030-903N中的单个电池。由于在任何给定时间，电池9030-903N中有一个且只有一个电池产生脉冲，燃料电池906的负载要从电池9030-903N中的N-1个电池接收功率。但是要注意到，在一些实施例中，电池9030-903N中的两个或更多的电池可以通过这种方式，也就是顺次并且连续地产生脉冲。因此，电池9030-903N的维护对负载是透明的，并且由于电池9030-903N中没有产生脉冲的电池数目保持恒定，负载的功率保持在一个恒定的水平。 
要注意到，图9中的实施例900包括来自燃料电池组906的电压返回942，用来向例如脉冲发生器924，计数器930和多路转接器936的电子电路提供直流功率。电压调节器945装备在电压返回器942中，用来将返回的电压调节到电子电路所使用的电平。因此，实施例900不需要用于电子电路的外部电源。但是，某些实施例可能要选择提供这种外部电源，并且消除电压返回942。 
本发明还可以用来处理除燃料电池组中的电池阴极上形成的过氧化氢之外的其它维护问题。例如，某些燃料电池应用中的另一个问题是一氧化碳在催化剂上的积聚。当PEM燃料电池阳极上存在一氧化碳时，一氧化碳优先吸附在其催化剂表面土。氢氧化物的可利用表面减少，而氧化的可利用区域必须在与整个催化剂表面都可利用的情况相比较更高的局部电路密度下起作用。一氧化碳所覆盖的一小部分表面区域面积是受吸附等温线控制的。温度越高，一氧化碳所覆盖的表面区域面积就越小。 
这同样适用于金属催化反应器。这种反应器被称为是选择性氧化装置或优先的氧化装置。这些反应器被用来去除来自气流的一氧化碳 痕量。这种反应器中的催化剂粒子的特征是我们已经描述的与燃料电池阳极相同的化学吸附现像。在一氧化碳和氧气之间有竞争吸附。当这种反应器中的温度升高时，一氧化碳所覆盖的表面区域面积减少，而更多的表面可用来氧化。一氧化碳到二氧化碳的化学氧化速率是通过下式提供的： 
NCO2d/dt＝k[O2]/[CO] 
其中： 
NCO2d/dt是二氧化碳的生成速率； 
[O2]是氧气浓度；而 
[CO]是一氧化碳浓度。 
S.Benson，《化学动力学的基础》。这就意味着反应速率与一氧化碳浓度成反比例。 
由于一氧化碳的氧化要剧烈地放热，通常会发生选择性氧化反应器在某个温度点处形成“热斑”，其中该温度点处的温度要足够高，以允许吸附足够的氧气，并且与化学吸附的一氧化碳反应。常规的选择性氧化装置通常被设计为在反应器末端具有“热斑”。这在所有的氧气都消失时会使高温气体离开催化剂。如果在氧气被消除时允许高温气体与催化剂接触，那么该高温气体将会做二次变换，并且通过氢气和二氧化碳形成一氧化碳。这使得在负载变化的条件下很难按照某个人的意愿改变选择性氧化装置中的气流。 
现在参照图3，本发明所利用的技术使阳极327和阴极324同时产生脉冲。要注意到，虽然过氧化氢的形成在所有的燃料电池中都是一个问题，但是一氧化碳的形成主要在使用重整的燃料气流的实施例中是问题。相反地，一氧化碳的形成在燃料电池组通过纯氢气供应燃料的情况中就不再是问题了。因此，并不是所有的实施例都除使阴极324产生脉冲以外也使阳极327产生脉冲。 
具体描述结束了。因为本发明可以通过不同却等效的方式来得到修正和实践，其中这些方式对于本领域中受益于这里的指导的那些技术人员来说是显而易见的，所以上文中公开的特殊实施例只是说明性 的。此外，除了权利要求中的描述以外，没有对这里所显示的构造或设计的细节做出限制。因此很明显，上文中所公开的特殊实施例可以得到改变或修正，而所有的这些变更都要被考虑在本发明的范围和精神内。于是，这里所寻求的保护在权利要求书中提出。 

Claims (36)

1.一种燃料电池维护设备，包含：
第一开关；和
脉冲发生器，能够在所述第一开关闭合时，通过所述第一开关使燃料电池组中的至少一个第一电池的阴极产生脉冲，
其中所述第一开关包含：
能够使燃料电池组中所述至少一个第一电池短路的第一继电器；以及
能够驱动所述第一继电器的介电隔离驱动器。
2.根据权利要求1所述的燃料电池维护设备，其中所述第一继电器为固态继电器。
3.根据权利要求1所述的燃料电池维护设备，还包含：
第二开关，所述脉冲发生器通过该第二开关，能够在所述第二开关闭合时至少使所述燃料电池组中的第二电池的阴极产生脉冲，该第二开关包含能够至少使燃料电池组中的所述第二电池短路的第二继电器；以及
控制电路，能够控制所述脉冲发生器的输出传送到所述第一和第二继电器中的哪一个。
4.根据权利要求3所述的燃料电池维护设备，其中所述第二开关还包含：
能够响应所述脉冲发生器的输出驱动第二继电器的第二介电隔离驱动器。
5.根据权利要求4所述的燃料电池维护设备，其中所述第一继电器和所述第二继电器中的至少一个还能够使所述燃料电池组中的第三电池和第四电池的其中之一短路。
6.根据权利要求1所述的燃料电池维护设备，其中所述第一开关和所述脉冲发生器中的至少一个能够接收从所述燃料电池组中返回的功率。
7.根据权利要求6所述的燃料电池维护设备，还包含电压调节器，该电压调节器与所述第一开关和所述脉冲发生器的至少一个耦连，并且配置为接收从所述燃料电池组返回的功率。
8.一种燃料电池维护设备，包含：
第一继电器，能够使燃料电池组中的至少一个第一电池短路；
能够驱动所述第一继电器的介电隔离驱动器；以及
脉冲发生器，能够在所述介电隔离驱动器闭合所述第一继电器以使至少一个第一电池短路时，通过所述第一继电器使所述至少一个第一电池的阴极产生脉冲。
9.根据权利要求8所述的燃料电池维护设备，其中所述第一继电器为固态继电器。
10.根据权利要求8所述的燃料电池维护设备，还包含：
第二继电器，能够至少使燃料电池组中的第二电池短路；
第二介电隔离驱动器，能够响应所述脉冲发生器的输出，驱动第二继电器；以及
控制电路，能够控制所述脉冲发生器的输出传送到所述第一和第二继电器中的哪一个。
11.根据权利要求10所述的燃料电池维护设备，其中所述第一继电器和所述第二继电器中的至少一个还能够使所述燃料电池组中的第三电池和第四电池的其中之一短路。
12.根据权利要求8所述的燃料电池维护设备，其中所述第一继电器、所述介电隔离驱动器和所述脉冲发生器中的至少一个能够接受从所述燃料电池组中返回的功率。
13.根据权利要求12所述的燃料电池维护设备，还包含电压调节器，所述第一继电器、所述介电隔离驱动器和所述脉冲发生器中的至少一个能够通过该电压调节器接收从所述燃料电池组中返回的功率。
14.一种燃料电池维护设备，用于包含至少一个燃料电池的燃料电池组，该燃料电池维护设备包含：
与所述燃料电池组中所述至少一个燃料电池中的第一电池电气并联的第一继电器；
第一介电隔离驱动器，与所述第一继电器可操作地相关联，以便驱动所述第一继电器；以及
脉冲发生器，与所述第一介电隔离驱动器电气连接以在所述第一介电隔离驱动器闭合所述第一继电器时通过所述第一继电器使所述第一电池的阴极产生脉冲。
15.根据权利要求14所述的燃料电池维护设备，其中所述第一继电器为固态继电器。
16.根据权利要求14所述的燃料电池维护设备，其中所述第一继电器还与所述燃料电池组中所述至少一个燃料电池中的第二电池电气并联。
17.根据权利要求14所述的燃料电池维护设备，还包含：
与燃料电池组中所述至少一个燃料电池中的第二电池电气并联的第二继电器；
第二介电隔离驱动器，能够响应所述脉冲发生器的输出驱动第二继电器；以及
控制电路，能够控制所述脉冲发生器的输出传送到所述第一和第二继电器中的哪一个。
18.根据权利要求17所述的燃料电池维护设备，其中所述第一继电器和所述第二继电器中的至少一个还与所述燃料电池组中所述至少一个燃料电池中的第三电池和第四电池中的一个电气并联。
19.根据权利要求14所述的燃料电池维护设备，还包含从所述燃料电池组到所述脉冲发生器、所述第一继电器和所述第一介电隔离驱动器中至少一个的功率返回部分。
20.根据权利要求19所述的燃料电池维护设备，其中所述功率返回部分包括电压调节器。
21.根据权利要求14所述的燃料电池维护设备，其中：
所述第一继电器与所述燃料电池组中所述至少一个燃料电池中的第二电池电气并联；以及
所述脉冲发生器与第一介电隔离驱动器电气连接，以在所述第一介电隔离驱动器闭合所述第一继电器时，通过所述第一继电器使所述第二电池的阴极产生脉冲。
22.一种使用燃料电池组的装置，包含：
燃料电池组，其包括多个电池；
转换开关组，其包括多个开关，每个开关与所述多个电池中的至少一个电气并联；
脉冲发生器，能够在开关闭合时使相应的电池的阴极产生脉冲；以及
控制电路，在所述脉冲发生器和所述转换开关组之间电气串联，从而顺序地开启和闭合开关，
其中每个开关包含：
能够使燃料电池组中所述多个电池中的至少一个电池短路的继电器；以及
能够驱动所述继电器的介电隔离驱动器。
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述继电器为固态继电器。
24.根据权利要求22所述的装置，其中每个开关都能够使多个电池短路。
25.根据权利要求22所述的装置，其中所述转换开关组和所述脉冲发生器中的至少一个能够接收从所述燃料电池组返回的功率。
26.根据权利要求25所述的装置，还包含电压调节器，通过它所述转换开关组和所述脉冲发生器中的至少一个能够接收从所述燃料电池组中返回的功率。
27.根据权利要求22所述的装置，其中所述电池是质子交换薄膜燃料电池。
28.根据权利要求22所述的装置，其中控制电路包含：
由时钟驱动的计数器；以及
多路转接器，响应所述计数器的计数将所述脉冲发生器的输出多路传输到各个开关。
29.一种燃料电池维护设备，包括：
用来在燃料电池组的至少一个第一电池上施加低阻抗的第一装置；以及
脉冲发生器，能够通过所述第一装置使所述至少一个第一电池的阴极产生脉冲，
其中所述第一装置包括第一开关，该第一开关在闭合并且从所述脉冲发生器接收到脉冲时施加所述低阻抗，
其中所述第一开关包含：
能够使燃料电池组的所述至少一个第一电池短路的第一继电器；以及
能够驱动所述第一继电器的第一介电隔离驱动器。
30.根据权利要求29所述的燃料电池维护设备，其中所述第一继电器为固态继电器。
31.根据权利要求29所述的燃料电池维护设备，还包括：
用来至少在燃料电池组中的第二电池上施加低阻抗的第二装置；以及
控制电路，能够控制所述脉冲发生器的输出传送到所述第一和第二装置中的哪一个。
32.根据权利要求31所述的燃料电池维护设备，其中所述第二装置包括第二开关，该第二开关在闭合并且从所述脉冲发生器接收脉冲时施加低阻抗。
33.根据权利要求32所述的燃料电池维护设备，其中所述第二开关包括：
第二继电器，能够至少使燃料电池组中的第二电池短路；以及
第二介电隔离驱动器，能够响应所述脉冲发生器的输出驱动第二继电器。
34.根据权利要求33所述的燃料电池维护设备，其中所述第一继电器和所述第二继电器中的至少一个还能够使所述燃料电池组中的第三电池和第四电池的其中之一短路。
35.根据权利要求29所述的燃料电池维护设备，其中所述第一装置和所述脉冲发生器中的至少一个能够接收从所述燃料电池组返回的功率。
36.根据权利要求35所述的燃料电池维护设备，还包括电压调节器，该调节器与所述第一开关和所述脉冲发生器中的至少一个耦连，并且配置为接收从所述燃料电池组返回的功率。
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