TW201508987A - 燃料電池系統 - Google Patents

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Kevin M Kupcho
Jeremy David Bowman
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Abstract

一種燃料電池系統(100)係包括一第一燃料電池堆(102)、一與該第一燃料電池堆(102)串聯的第二燃料電池堆(104)、以及一與該第一燃料電池堆(102)並聯的第一整流器(106)。該燃料電池系統(100)亦包括一控制器(110)，該控制器(110)係被配置以和對於該燃料電池系統(100)的電流需求無關地調變通過該第一燃料電池堆(102)的空氣流動，以提供增加該第一燃料電池堆(102)的水合位準的再水合間隔。

Description

燃料電池系統
本揭露內容係有關於燃料電池系統，並且尤其有關於質子交換膜類型的燃料電池，其中氫係被供應至燃料電池的陽極側，氧係被供應至燃料電池的陰極側，並且水副產物係被產生在該燃料電池的陰極側並且從該處加以移除。
此種燃料電池係包括一被夾設在兩個多孔的電極之間的質子交換膜(PEM)，其一起構成一膜電極組件(MEA)。該MEA本身傳統上係被夾設在：(i)一具有一相鄰該MEA的陰極面的第一面之陰極擴散結構(例如，一陰極氣體擴散層)以及(ii)一具有一相鄰該MEA的陽極面的第一面之陽極擴散結構(例如，一陽極氣體擴散層)之間。該陽極擴散結構的第二面係接觸一用於電流收集並且用於散佈氫至該陽極擴散結構的第二面的陽極流體流場板。該陰極擴散結構的第二面係接觸一用於電流收集、用於散佈氧至該陰極擴散結構的第二面、並且用於從該MEA抽取多餘的水之陰極流體流場板。該等陽極及陰極流體流場板傳統上分別包括一種剛性導電的材料，其係在相鄰該個別的擴散結構的表面中具有用於傳送該些反應氣體(例如，氫及氧)以及移除排出氣體(例如，未使用的氧及水蒸氣)之流體流通道。
在此種燃料電池的操作中之一項重要的考慮是在該MEA內 之水的管理。在一PEM燃料電池的操作期間，來自在氫及氧之間的反應之產物水係形成在該MEA的觸媒位置處。此水必須和氧被傳輸至該MEA的陰極面同時，從該MEA經由該陰極擴散結構被排出。然而，該MEA維持適當的含水也是重要的，以確保該電池的內部電阻維持在可容許的極限內。對於控制該MEA的加濕之失敗會導致熱點以及可能的電池失效及/或劣質的電池效能。
在氫及氧之間的燃料電池電化學反應期間的一項關鍵功能是經由該PEM的質子遷移過程。該質子交換過程將只會在該固態PEM是足夠含水時才發生。於存在不足的水之下，該膜的水阻特徵將會限制該質子遷移過程，此係導致在該電池的內部電阻上的增加。在該PEM的過度飽和之下，有可能過多的水將會'滿溢'該MEA的電極部分，並且限制氣體的接達至所謂的三相反應介面。這些事件都對於該燃料電池的整體效能具有一負面影響。
儘管水係在該陰極處被產生而作為該燃料電池反應的部分，但重要的是橫跨整個MEA維持一種水平衡。在乾空氣被引入電池的情形中，會有傾向於橫跨該膜產生不平衡的水分布，使得在入口埠附近的區域比其它地方乾燥。最終，此可能機械式加壓該膜並且導致不均勻的電流分布，此兩者都可能會導致過早的失效。為了對付此，已知的是在氣流傳送至該燃料電池的主動部分之前預先加濕該氣流。此係增加系統複雜度，並且對於某些燃料電池應用而言通常可能是不切實際的。
在開放式陰極的燃料電池中，該陰極流體流場板是開放到周圍空氣，此通常是藉助於一例如是風扇的低壓空氣源，其係提供堆(stack) 冷卻以及氧供應的雙重功能。此係容許一種非常簡單的燃料電池系統能夠被設計出，其係避免通常將會和一利用一加壓的陰極以及一加濕子系統之燃料電池堆相關之大的寄生損失(換言之，該些燃料電池的支援系統之功率耗用)。然而，該空氣流動的雙重目的(用於氧傳送以及空氣冷卻)可能會導致在空氣流動需求上的衝突。一橫跨該陰極電極之非常高的化學計量空氣流動是冷卻所需的，而根據環境狀況以及堆溫度，此可能會導致一低的膜水含量(其導致低效能)、或是在極端的情形中，隨著時間過去而持續從該燃料電池堆的淨水損失最終將會導致該堆停止作用。這是因為對於一設定位準的堆功率輸出(電流密度)而言，將會在該燃料電池聚合物膜的水含量以及因為空氣的流動所造成的水移除速率之間達成一平衡。一較低的電流、高的空氣流動以及較暖的堆將會有降低該膜水含量的傾向，而相反地一較高的電流、較低的空氣流動以及較冷的堆將會增加該膜水含量。
WO2007/099360係揭示一種電化學燃料電池組件，其係具有一堆功率控制器以用於在增加該燃料電池的水合(hydration)位準的再水合(rehydration)間隔期間，額外或替代該燃料電池組件外部的獨立的電流需求來週期性且暫時地增加從該燃料電池堆汲取的電流。
根據本發明的一第一特點，其係提供有一種燃料電池系統，其係包括：一第一燃料電池堆；一與該第一燃料電池堆串聯的第二燃料電池堆；一與該第一燃料電池堆並聯的第一整流器；以及 一控制器，其係被配置以與對於該燃料電池系統的電流需求無關地調變通過該第一燃料電池堆的空氣流動，以提供增加該第一燃料電池堆的水合位準的再水合間隔。
此種燃料電池系統可以不需要一燃料電池堆在該再水合間隔期間與一燃料電池系統隔離開，因為該第一整流器係提供一旁路路徑給該第一燃料電池堆。該燃料電池系統可以使得該第一燃料電池堆能夠更佳且更一致地加以調節，此可以改善其效能以及壽命。再者，該第一燃料電池堆的可靠度可加以增高，因而失效的次數可被降低。
該控制器可被配置以週期性地調變通過該第一燃料電池堆的空氣流動。該控制器可被配置以週期性地從一主動值降低通過該第一燃料電池堆的空氣流動的量，並且接著在一預設的時間期間之後增加通過該第一燃料電池堆的空氣流動的量以回到該主動值。該控制器可被配置以週期性地降低通過該第一燃料電池堆的空氣流動的量到零，並且接著在一預設的時間期間之後從零開始增加通過該第一燃料電池堆的空氣流動的量。
該控制器可被配置以響應於該燃料電池系統之量測到的參數來調變通過該第一燃料電池堆的空氣流動。
該第一整流器可以是一主動二極體。此種主動二極體可以改善一再水合間隔所能夠提供的效率。
該第一整流器的一第一端子可以連接至該第一燃料電池堆的一第一端子。該第一整流器的一第二端子可以連接至該第一燃料電池堆的一第二端子。
該燃料電池系統可進一步包括一與該第二燃料電池堆並聯 的第二整流器。該控制器可被配置以與對於該燃料電池系統的電流需求無關地調變通過該第二燃料電池堆的空氣流動，以提供增加該第二燃料電池堆的水合位準的再水合間隔。
該控制器可被配置以調變通過該第一及第二燃料電池堆的空氣流動，使得該第一及第二燃料電池堆的該些再水合間隔並不會重疊。該控制器可被配置以交替地調變通過該第一及第二燃料電池堆的空氣流動。
該第二整流器的一第一端子可以連接至該第二燃料電池堆的一第一端子。該第二整流器的一第二端子可以連接至該第二燃料電池堆的一第二端子。
該控制器可被配置以調變藉由一風扇所產生的空氣流動的量，以便於調變通過該第一及/或第二燃料電池堆的空氣流動。
該控制器可被配置以調變一或多個可變的阻塞構件的位置，以便於調變通過該第一及/或第二燃料電池堆的空氣流動。
該燃料電池組件可進一步包括一與該第一燃料電池堆串聯的阻隔(blocking)整流器。類似地，一阻隔整流器亦可以是與該第二燃料電池堆串聯地加以設置。
根據本發明的另一特點，其係提供有一種用於操作一燃料電池系統之方法，該燃料電池系統係包括：一第一燃料電池堆；一與該第一燃料電池堆串聯的第二燃料電池堆；以及一與該第一燃料電池堆並聯的第一整流器； 該方法係包括：與對於該燃料電池系統的電流需求無關地調變通過該第一燃料電池堆的空氣流動，以提供增加該第一燃料電池堆的水合位準的再水合間隔。
該第一整流器可以是一主動二極體。該方法可進一步包括：操作該主動二極體以使得其在被順向偏壓時提供一低的電阻，並且在其被逆向偏壓時提供一高的電阻。
可以提供有一種包括電腦程式碼之電腦程式，該電腦程式碼係被配置以用於載入到一和一燃料電池系統相關的控制器之上，該燃料電池系統係包括：一第一燃料電池堆；一與該第一燃料電池堆串聯的第二燃料電池堆；以及一與該第一燃料電池堆並聯的第一整流器；其中該電腦程式碼係被配置以：與對於該燃料電池系統的電流需求無關地調變通過該第一燃料電池堆的空氣流動，以提供增加該第一燃料電池堆的水合位準的再水合間隔。
可以提供有一種包括電腦程式碼之電腦程式，該電腦程式碼係被配置以用於載入到一控制器之上，以與對於一相關的燃料電池系統的電流需求無關地調變通過一第一燃料電池堆的空氣流動，以便於提供增加該第一燃料電池堆的水合位準的再水合間隔。
該電腦程式可進一步包括被配置以用於載入到一控制器之上的電腦程式碼，以操作一與該第一燃料電池堆並聯的主動二極體，使得當該主動二極體被順向偏壓時其係提供一低的電阻，並且當該主動二極體 被逆向偏壓時其係提供一高的電阻。
可以提供有一種電腦程式，當在一電腦上加以執行時，其係使得該電腦：當以下的準則中的一或多個被滿足時，開始在一燃料電池系統中的一燃料電池堆的一再水合操作：a)一燃料電池堆核心溫度係大於一最小的核心溫度臨界值；b)一燃料電池堆核心溫度係小於一最大的核心溫度臨界值；c)一環境空氣溫度係小於一最大的環境空氣溫度臨界值；d)一從該燃料電池系統汲取的電流係大於一最小的電流臨界值；e)一從該燃料電池系統汲取的電流係小於一最大的電流臨界值；以及f)尚未從一負載裝置或是一和該負載裝置相關的應用程式接收到一指出風扇脈波係被禁止的信號。
該電腦程式可進一步使得該電腦：週期性地檢查準則a)到f)中的一或多個是否被滿足，並且只有若該準則a)到f)中的一或多個被滿足時才開始該再水合操作。
該電腦程式可以使得該電腦藉由與對於該燃料電池系統的電流需求無關地調變通過該燃料電池堆的空氣流動來開始在該燃料電池系統中的該燃料電池堆的該再水合操作。
可以提供有一種電腦程式，當在一電腦上加以執行時，其係使得該電腦：當以下的準則中的一或多個被滿足時，停止在一燃料電池系統中的一燃料電池堆的一再水合操作： i.在該再水合操作期間的一第一臨界時間期間之內一堆電壓尚未下降一電壓降的臨界量；ii.在該再水合操作期間，一核心溫度係大於一最大的核心溫度臨界值；iii.在該再水合操作期間，一從該燃料電池堆被汲取到一外部的負載之電流下降到低於一最小的電流臨界值；iv.在該再水合操作期間，一從該燃料電池堆被汲取到一外部的負載之電流係大於一最大的電流臨界值；以及v.已經從一負載裝置或是一和該負載裝置相關的應用程式接收到一指出需要一立即的功率傳送的信號。
該電腦程式可進一步使得該電腦：週期性地檢查準則i)到v)中的一或多個是否被滿足，並且若該準則i)到v)中的一或多個被滿足，則停止該再水合操作。
該電腦程式可以使得該電腦藉由與對於該燃料電池系統的電流需求無關地調變通過該燃料電池堆的空氣流動來停止在該燃料電池系統中的該燃料電池堆的該再水合操作。
可以提供有一電腦程式，當在一電腦上加以執行時，其係使得該電腦來組態設定包含一控制器、燃料電池系統、或是在此揭露的裝置之任何裝置、或是執行任何在此揭露的方法。該電腦程式可以是一種軟體實施方式，並且該電腦可被視為任何適當的硬體，其包含一數位信號處理器、一微控制器、以及一在唯讀記憶體(ROM)、可抹除的可程式化唯讀記憶體(EPROM)或是電子式可抹除的可程式化唯讀記憶體(EEPROM)中的實施方式，此係作為非限制性的例子。該軟體可以是一組合語言程式。
該電腦程式可被設置在一種電腦可讀取的媒體上，該電腦可讀取的媒體可以是一實體電腦可讀取的媒體，例如是一碟片或是一記憶體裝置、或是可以被體現為一暫態信號。此種暫態信號可以是一網路的下載，其係包含一網際網路的下載。
100‧‧‧燃料電池系統
102‧‧‧第一燃料電池堆
104‧‧‧第二燃料電池堆
106‧‧‧第一整流器
108‧‧‧第二整流器
110‧‧‧控制器
112‧‧‧外部的負載
114‧‧‧第三整流器
116‧‧‧第四整流器
202'‧‧‧第一燃料電池堆
204'‧‧‧第二燃料電池堆
204"‧‧‧第二燃料電池堆
206'‧‧‧第一整流器
208'‧‧‧第二整流器
302‧‧‧圖(空氣流動)
304‧‧‧圖(第一燃料電池堆的電壓)
306‧‧‧圖(第二燃料電池堆的輸出電壓)
308‧‧‧圖(通過第二燃料電池堆的電流)
310‧‧‧圖(旁路電流)
312‧‧‧圖(在負載處的電壓)
314‧‧‧圖(通過負載的電流)
402‧‧‧第一電壓源
404‧‧‧第二電壓源
406‧‧‧第一整流器
408‧‧‧第二整流器
412‧‧‧負載
420‧‧‧第一安培計
422‧‧‧第二安培計
424‧‧‧伏特計
426‧‧‧可變電阻器
520‧‧‧線(通過第二整流器的旁路電流)
522‧‧‧線(通過第二電壓源/燃料電池堆的電流)
524‧‧‧線(橫跨第二電壓源/燃料電池堆的電壓)
602‧‧‧第一燃料電池堆
604‧‧‧第二燃料電池堆
608‧‧‧主動二極體
612‧‧‧負載單元
720‧‧‧第二堆電位
722‧‧‧旁路電流
724‧‧‧第二堆電流
726‧‧‧負載電流
920‧‧‧第二堆電位
922‧‧‧旁路電流
924‧‧‧第二堆電流
926‧‧‧負載電流
本發明的實施例現在將會舉例並且參考所附的圖式來加以描述，其中：圖1係展示一種包含一第一燃料電池堆以及一第二燃料電池堆之燃料電池系統；圖2a係描繪在該第一燃料電池堆的一再水合間隔期間的圖1的燃料電池系統；圖2b係描繪在該第二燃料電池堆的一再水合間隔期間的圖1的燃料電池系統；圖3係描繪圖1的系統在該第二燃料電池堆的一再水合間隔期間的各種電流及電壓波形之圖；圖4係描繪一種用於提供再水合間隔之燃料電池系統的一模擬的模型；圖5係展示針對於圖4的模型之模擬結果；圖6係概要地展示一種用於測試再水合間隔的提供之燃料電池系統；圖7係展示來自測試圖6的燃料電池系統的結果之示波器圖；圖8係展示透過一理想的二極體之一再水合間隔的結果；圖9係展示一類似於在圖6的概要圖中所展示的一系統之示波器圖；圖10係描繪針對於一燃料電池之一標準的極化曲線；以及 圖11係描繪針對於一再水合間隔之一極化曲線。
在此揭露的例子係有關於燃料電池系統，其係包含一用於調變通過一第一燃料電池堆的空氣流動之控制器，以便於提供增加該第一燃料電池堆的水合位準的再水合間隔，該第一燃料電池堆係與一第二燃料電池堆串聯。該系統亦包含一與該第一燃料電池堆並聯的整流器，以便於在該第一燃料電池堆的空氣流動被充分降低時自動地旁路該第一燃料電池堆，藉此避免需要從一外部的負載斷開該第一燃料電池堆，並且使得一從該燃料電池系統輸出的功率能夠被維持。
至該燃料電池堆的空氣流動可以週期性地加以調變，以便於暫時中斷膜的水含量以及水的移除速率之平衡(如同將會是藉由一燃料電池堆之現有的操作狀況而被判斷出的)，以達成一較高的堆以及系統效率。該程序係牽涉到在短的時間期間於該燃料電池陰極產生多餘的水，並且接著在一較高的效能下操作該堆，同時具有一較低的水含量之平衡係逐漸地重新被建立。該過程可以依所要的，以某些間隔頻率來加以重複。
這些其中多餘的水被產生之短的時間期間係在此說明書中被稱為"再水合間隔"或是"風扇脈波"，該些詞語係欲指出一段時間期間是其中該燃料電池組件係主動地控制其操作環境，以刻意地增加水合位準到超過一根據在該燃料電池上的外部電性負載以及其例如是溫度之環境的操作狀況原本將會最常有的位準。這些再水合間隔可以改善該燃料電池堆的效能及/或壽命。
圖1係展示一種燃料電池系統100，其係包含彼此串聯的一 第一燃料電池堆102以及一第二燃料電池堆104。一外部的負載112係橫跨燃料電池堆102、104的串聯配置來加以連接。
一控制器110係在圖1中概要地被展示為能夠控制該第一及第二燃料電池堆102、104。在此例子中，該控制器係被配置以與對於該燃料電池系統100的電流需求無關地調變通過該第一及第二燃料電池堆102、104的空氣流動，以提供增加該燃料電池堆102、104的水合位準之再水合間隔。該詞語'無關的'在此上下文中係欲指出與在該燃料電池系統100上的外部的電性負載112中之立即或是暫態的改變無關。
此種空氣流動的調變亦可被稱為風扇脈波或是陰極節流(throttling)，並且增加該燃料電池堆102、104的水合位準亦可以額外清潔在該些堆102、104中的燃料電池的陰極側。
該燃料電池系統亦包含一與該第一燃料電池堆102並聯連接的第一整流器106，並且一第二整流器108係與該第二燃料電池堆104並聯連接。換言之，該第一整流器106的一第一端子係連接至該第一燃料電池堆102的一第一端子，並且該第一整流器106的一第二端子係連接至該第一燃料電池堆102的一第二端子。再者，該第二整流器108的一第一端子係連接至該第二燃料電池堆104的一第一端子，並且該第二整流器108的一第二端子係連接至該第二燃料電池堆106的一第二端子。如同將會在以下加以描述的，該第一及第二整流器106、108係在相關的燃料電池堆102、104的水合間隔期間提供旁路路徑。
同樣展示在圖1中的是選配的第三及第四整流器114、116。該第三及第四整流器114、116是阻隔整流器/二極體的例子。該第三整流器 114係與該第一燃料電池堆102串聯，並且該第四整流器116係與該第二燃料電池堆104串聯。該第一整流器106係與該第一燃料電池堆102以及該第三整流器114的串聯連接並聯。該第二整流器108係與該第二燃料電池堆104以及該第四整流器116的串聯連接並聯。該第三及第四整流器114、116係利用彼此相同的偏壓來串聯連接，使得當相關的燃料電池堆102、104產生一輸出電壓時，每一個整流器係被順向偏壓並且因此導通，並且當相關的燃料電池堆102、104並未產生一輸出電壓時，其係被逆向偏壓。以此種方式，該燃料電池堆102、104係被保護免於在它們並未操作時受到逆向電流。
該第三及第四整流器114、116可以選配地被設置在該燃料電池堆102、104的陰極側上，並且可以在該燃料電池堆102、104在一再水合間隔期間未排氣時，避免逆向電流流動以及電解。
圖2a係描繪在該第一燃料電池堆202'的一再水合間隔期間的圖1的燃料電池系統。在此再水合間隔期間，該第二燃料電池堆204'係被容許正常操作。該再水合間隔係藉由控制器(未顯示在圖2a中)所提供的，該控制器係調變通過該第一燃料電池堆202'的空氣流動，例如藉由降低該空氣流動至零。因此，由該第一燃料電池堆202'所產生的電壓係下降至零，並且電流係流過該第一整流器206'而不是該第一燃料電池堆202'，藉此旁路該第一燃料電池堆202'。相對地，該第二整流器208'係被逆向偏壓，因為相關的第二燃料電池堆204'係產生一輸出電壓。未傳導一顯著的電流量的構件係在圖2a中以虛線加以展示。
圖2b係描繪在該第二燃料電池堆204"的一再水合間隔期間 的圖1的燃料電池系統。該再水合間隔係由控制器(未顯示在圖2b中)所提供，該控制器係以如上相關於圖2a所論述的相同方式來調變通過該第二燃料電池堆204"的空氣流動。
圖3係描繪針對於圖1的系統在如同圖2b中所示的第二燃料電池堆的一再水合間隔期間的各種電流及電壓波形的圖。該再水合間隔係開始在時間t1。
圖302係描繪至該第二燃料電池堆的空氣流動。該空氣流動係藉由圖1的控制器來加以調變。該空氣流動302係開始離開一最初值，該最初值可被稱為在再水合間隔之間的一"主動值"。該主動值可以根據一電性負載的需求而自動地加以設定及調整。
在時間t1之後，至該第二燃料電池堆的空氣流動302係從該主動值被降低至零。在此例子中，一在該空氣流動302上的步階變化係被施加，儘管在其它例子中，一在該空氣流動302上之較為逐漸的減少可被使用。在空氣流動302上於時間t1的改變可以是由於一在操作模式中從"風扇輔助的"到"無風扇輔助的"的改變，以作為該空氣流動是如何可加以調變的一個例子。
該空氣流動可藉由調變一或多個例如是百葉窗板(louvers)之可變的阻塞構件的位置來加以調變，藉此選擇性地打開及閉合該些阻塞構件以容許或允許空氣能夠流過該燃料電池堆。替代或是額外地，空氣流動可藉由控制一風扇的操作以吹動或是抽吸空氣通過該燃料電池堆來加以調變。在此種例子中，當風扇被用來抽吸或是吹動空氣通過該燃料電池堆時，該燃料電池堆可以被稱為是操作在一"風扇輔助的"操作模式中，並且當存在 風扇但是未加以使用(例如，其被切斷電源)時，其係在一"無風扇輔助的"操作模式中。此種"無風扇輔助的"操作模式是空氣流動是如何可被調變(藉由關斷該風扇)以提供一再水合間隔的一個例子。
將會體認到的是，該空氣流動302在該再水合間隔的結束後將會返回到一主動值，儘管此並未展示在圖3中。
在移除至該第二燃料電池堆的空氣流動302之後，該第二燃料電池堆的輸出電壓係逐漸地降低，並且在時間t2到達零，即如同藉由圖306所展示者。在此時間期間，該第一燃料電池堆的電壓係在時間t1及t2之間維持固定的，即如同在圖304中所示者；其並不受到在至該第二燃料電池堆的空氣流動上的改變影響。
通過該第二燃料電池堆的電流係維持固定的，而直到t2為止，即如同在圖308中所示者。在t2，當該第二燃料電池堆的輸出電壓306到達零時，通過該第二燃料電池堆的電流308係開始降低。在t3，通過該第二燃料電池堆的電流308係到達其最小值，並且接著在該再水合間隔的持續期間維持固定在該最小值。在此例子中，通過該第二燃料電池堆的電流的最小值並不是零，因為該燃料電池堆仍然能夠從在一風扇脈波期間圍繞該電池的靜態空氣轉換一較低位準的氫及氧成為電力，此係為一無風扇輔助的操作模式。
圖310係展示通過與該第二燃料電池堆並聯的第二整流器的旁路電流。可看出的是在時間t2及t3之間，該旁路電流310係從零增加到一在時間t3的最大值。在該旁路電流上的增加是相反地相關於在通過該第二燃料電池堆的電流308上的減少，使得該兩個電流308、310的總和是 固定的。此可以從圖314看出，其係展示在該再水合間隔之前及期間，通過該負載的電流是一固定的值。
然而，在該負載處的電壓在一再水合間隔期間確實減少，即如同藉由圖312所展示者。在該第二燃料電池堆的輸出電壓上的減低(如同藉由圖306所展示者)係在該負載312處之電壓上造成一對應的縮減。在此例子中，該第一及第二燃料電池堆係具有相同數目個燃料電池，並且當它們完全操作時係產生相同的輸出電壓。因此，在該再水合間隔期間，橫跨該負載312的電壓係被降低50%。
圖3係描繪一針對於單一燃料電池堆(該第二燃料電池堆)的再水合間隔。將會體認到的是，相同的控制器可被利用來類似地提供再水合間隔給在相同的燃料電池系統中之其它的燃料電池堆。例如，該控制器係被配置以交替地調變通過在一種燃料電池系統中的第一及第二燃料電池堆的空氣流動。在某些例子中，可能有利的是通過該第一及第二燃料電池堆的空氣流動被調變成使得該第一及第二燃料電池堆的該些再水合間隔並不會重疊。以此種方式，被供應至該燃料電池系統的一負載的電流可被保持實質固定的。
圖4係描繪一種用於提供再水合間隔之燃料電池系統的一模擬的模型。圖5係展示針對於圖4的模型之模擬結果。
圖4的模型係包含一代表一第一燃料電池堆的第一電壓源402、以及一代表一第二燃料電池堆的第二電壓源404。該模型亦包含一第一整流器406、一第二整流器408以及一負載412，此係類似於圖1之對應的構件。一可變電阻器426係被展示為與該第二電壓源404串聯。該可變電 阻器426的電阻係被用來模擬至該第二燃料電池堆的空氣流動量。
該些構件的值係從壽命結束(EOL)極化曲線取出或是投影出。60.48V是根據該極化曲線的歐姆區域在0A處的截距點之堆電位。該燃料電池堆電阻係根據該線性歐姆區域而被模型化為0.4275歐姆。該可變電阻器426的電阻係設定在7.6365歐姆以模擬一無風扇輔助的操作模式，其係對於串聯電阻呈現7.5A。
同樣展示在圖4中的是以下的感測器：˙一用於量測通過該第二整流器408的旁路電流之第一安培計420；˙一用於量測通過該第二電壓源/燃料電池堆404的電流之第二安培計422；以及˙一用於量測橫跨該第二電壓源/燃料電池堆404的電壓之伏特計424。
由這些感測器的每一個所取得的讀數係被展示在圖5中。通過該第二整流器的旁路電流係利用線520來加以展示。通過該第二電壓源/燃料電池堆的電流係利用線522來加以展示。橫跨該第二電壓源/燃料電池堆的電壓係利用線524來加以展示。
圖5係展示一再水合間隔在水平的時間軸上開始於1秒處，並且結束在3秒處。
該模擬結果係展示一最初被激勵的第二燃料電池堆在一風扇輔助的操作模式中。在1秒之後，該串聯電阻係藉由增高在圖4中所示的可變電阻器的電阻而被線性地增高。此種在電阻上的增高係代表在至該燃料電池堆的空氣流動上的一縮減，使得其係轉變至一無風扇輔助的操作模式。
在該串聯電阻上的增高係使得橫跨該第二燃料電池堆的電壓在1秒到1.2秒之間下降至零，即如同藉由線524所展示者。通過該第二燃料電池堆的電流接著係從在1.2秒處之32A降低到在2秒處之7.5A，即如同藉由線522所展示者。同時，通過該旁路二極體的電流係從0A增加到24.5A，即如同藉由線520所展示者。因此，該負載電流係維持固定的。在此例子中，即使該第二燃料電池堆係以一極其低的電阻路徑(0.000001歐姆)而被旁路，但是其仍然貢獻7.5A(根據在該些燃料電池的陰極處之空氣的可利用性而定)至該負載。
為了描繪該電路是如何從一再水合間隔/風扇脈波回復，該可變電阻器的電阻係在2秒後被降低而回到一模擬一風扇輔助的操作模式之值。可看出的是，通過該第二燃料電池堆522的電流係逐漸地增加而回到32A，並且該旁路電流係相應地逐漸減小而在2.8秒處回到零。橫跨該第二燃料電池堆524的電壓係接著返回到其再水合間隔前的位準。
在一適當的時間間隔之後，例如在2到5分鐘之間，下一個再水合操作係被起始(未顯示在圖4中)。任何能夠有效的提供在電池電壓上之一有用的平均增加之適當的時間間隔都可被使用。依據例如是溫度及濕度的環境狀況以及該燃料電池是否運行在一持續不斷的固定或是可變的負載之下，該時間間隔例如可以是短到1分鐘、或是長到2小時。
至一燃料電池堆的空氣流動可被調變以響應於該燃料電池系統之量測到的參數來提供再水合間隔，例如是代表該堆的"健康狀況"或狀態之參數。此種參數可包含該堆電壓以及堆電流，其將會給出極化資訊以及因此給出該堆的"健康狀況"。在一例子中，若該些量測到的參數到達一臨 界值中的一或多個，則可以開始一再水合間隔。
替代或是額外地，該些再水合操作可以用固定的週期來自動地加以實施。將會瞭解到的是，一進一步的控制演算法可被用來切換該燃料電池系統100在一其中沒有再水合操作發生之正常的模式以及一其中該些週期性以及暫時的再水合操作被執行之再水合模式之間。該些再水合操作的週期性可以根據某個可量測的堆操作參數，例如平均溫度、濕度、電壓輪廓、電流輪廓以及功率需求等等來加以控制。該些再水合間隔的工作週期可以根據某個可量測的堆操作參數，例如平均溫度、濕度、電壓輪廓、電流輪廓以及功率需求等等來加以控制。
在某些實施方式中，一控制器可以根據一可量測的堆操作參數來週期性地做出關於是否開始一再水合操作之決定。例如，該控制器可以每十分鐘處理一或多個可量測的堆操作參數，並且接著只有在該一或多個可量測的堆操作參數滿足一或多個準則時才開始一再水合操作。類似地，在一再水合操作期間，一控制器可以根據一或多個可量測的堆操作參數來取消或停止該再水合操作。此種取消可以是過早的，因為其可以是在該再水合操作預定的結束之前，例如小於該再水合操作原本將會適用的一預設的持續期間。
一再水合操作/風扇脈波只有在以下的準則中的一或多個被滿足時才可以開始；換言之，若以下的準則中的一或多個並未滿足時，其可加以避免或是延遲。或者是，當以下的準則中的一或多個被滿足時，一再水合操作/風扇脈波可以自動地開始。
a)該燃料電池堆核心溫度係大於一最小的核心溫度臨界值，例如一被視 為滿足需要地高到足以確保在該陰極上的水平衡可以藉由蒸發至環境空氣來加以管理之溫度。在一例子中，該最小的核心溫度臨界值可以是約30℃、35℃或40℃的一絕對值、或是低於該堆核心的一目標運行溫度15℃、20℃或25℃之一相對的值。該堆核心的目標運行溫度可以是約55℃。
該燃料電池堆核心溫度可被定義為在該燃料電池堆內量測到的金屬構件的溫度。為了解決在核心溫度上由於在進氣溫度上的變化所引起的變化，該核心溫度可以在該燃料電池堆內之各種的點之處加以量測。根據該系統類型，此可以是每燃料電池堆2、3或4個位置。在一具有兩個堆的系統中，此係表示該核心溫度例如可以在4、6或8個位置處加以量測。對於多個燃料電池堆的組合、或是對於每個隔離的燃料電池堆，具有複數個溫度值可以提供決定一最小、最大以及平均的核心溫度的機會。
在此例子中，所有量測到的核心溫度(若有超過一燃料電池堆，則為針對於複數個燃料電池堆的每一個)的一最小值可以和該最小的核心溫度臨界值比較。
如上所指出地，一風扇脈波的使用可以對於系統效能及效率提供至少兩個主要的益處，首先是透過在該陰極上的水的產生可以藉由降低該電池阻抗來增加效能，而其次是藉由該觸媒的清潔(減少非鉑元素)。因此，風扇脈波可能是重要的，以便於維持效率及效能，即使在該堆中存在滿足需要的水位準，亦可以清潔該觸媒並且藉此增加或是最大化可利用的反應位置。此可能會導致一問題為其中過多的水可能由於該 風扇脈波而被產生在該堆中，此可能會使得陰極滿溢。因此，一最小的核心溫度臨界值的使用可以改善該風扇脈波操作。
b)該燃料電池堆核心溫度係小於一最大的核心溫度臨界值，例如一溫度被視為滿足需要地低到足以確保該堆核心溫度可以在該風扇脈波之後被冷卻回到正常的操作溫度。在一例子中，該最大的核心溫度臨界值可以是大約55℃、60℃或65℃的一絕對值、或是高於該堆核心的一目標運行溫度2℃、5℃或10℃之一相對的值。
在此例子中，所有量測到的核心溫度(若有超過一燃料電池堆，則為對於複數個燃料電池堆的每一個)的一最大值可以和該最大的核心溫度臨界值比較。
停止該風扇以便於限制氧的供應至該陰極(並且藉此在該堆的電壓上造成一縮減)的過程係導致減少的冷卻空氣至該堆。因此，對於該風扇減速(spool-down)時間的持續期間，持續有反應空氣的傳送，但是該堆核心溫度係上升直到該反應空氣停止並且該反應中止為止。因此，一最大的核心溫度臨界值的使用可以改善該風扇脈波操作。
c)該環境空氣溫度(在該燃料電池系統的附近)係小於一最大的環境空氣溫度臨界值，例如一溫度被視為滿足需要地低到足以確保該堆核心溫度可以在該風扇脈波之後被冷卻回到正常的操作溫度。在一例子中，該最大的環境空氣溫度臨界值可以是大約35℃、40℃或是45℃的一絕對值。
和以上在準則b)之下論述者相同的原因，一預設的最大的環境空氣溫度的使用可以改善該風扇脈波操作。
d)從該燃料電池系統被汲取的電流係大於一最小的電流臨界值，例如是一電流位準被視為足以消耗來自該陰極的氧以透過流體的限制來降低該電池電壓。在一例子中，該最小的電流臨界值可以是大約0.046A/cm2、0.051A/cm2或是0.054A/cm2。此種電流臨界值是該燃料電池主動區域的每cm2的電流。
因為任何在該堆的附近之空氣移動都將會在該陰極面產生空氣變化，因此可能有利的是從該燃料電池系統被汲取(或是嘗試被汲取)的電流是足以消耗任何新的變成存在於該陰極面處之氧。
e)從該燃料電池系統被汲取的電流係小於一最大的電流臨界值。該最大的電流臨界值可以是根據環境溫度而定，並且可以在該堆從該風扇脈波出來時限制必須藉由空氣冷卻來加以移除的熱排除(rejection)。該控制器可以根據一針對於該環境溫度量測到的值來自動地設定該最大的電流臨界值的位準。
在一例子中，該最大的電流臨界值可以利用一查看表以及一量測到的環境溫度值來加以決定。總而言之，該最大的電流臨界值可以是成反比於該環境溫度，換言之，隨著該環境溫度增高，該最大的電流臨界值係降低。
一範例的查看表可包含以下的資訊：
f)尚未從一負載裝置或是一和該負載裝置相關的應用程式接收到一指出風扇脈波係被禁止的信號。
如上所述，風扇脈波的過程係在輸出電壓上造成一暫時的縮減，因此降低該燃料電池系統的淨功率輸出。為此理由，風扇脈波觸發可以很少被執行，且/或其可以藉由負載牽引的(load-drawing)應用程式，在某些例子中是藉由軟體通訊而被禁止。在某些實施方式中，當風扇脈波未被禁止時，則再水合操作觸發可以週期性地被執行，例如是每10分鐘的操作。
在某些例子中，若以下的準則中的一或多個被滿足，則一再水合操作/風扇脈波可以在該再水合操作/風扇脈波的中途加以放棄或是停止。在某些情形中，該再水合操作/風扇脈波可以藉由導通供應冷卻及反應空氣至該燃料電池堆的風扇並且打開該百葉窗板來加以放棄。
i.若該堆電壓在該風扇脈波期間的一第一臨界時間期間內尚未下降一電壓降的臨界量。該電壓降的臨界量例如可以是0V、0.5V、2V。該第一臨界時間期間可以是在一再水合操作的開始後之10秒、15秒或是20秒，其可以是發出一停止命令至和將被提供風扇脈波(減速時間)的燃料 電池堆相關的風扇。儘管例如百葉窗板被閉合並且風扇被停止，若該堆電壓係由於過多的氧供應而無法下降，則此可能是由於空氣撞擊效應(ram air effect)的緣故。
空氣撞擊效應可能存在於其中該燃料電池系統是在一運動的應用中，因而該應用的向前移動係在該系統的空氣入口處造成增大的空氣壓力。空氣撞擊效應一般可以是有用的，因為它們可以減少在該系統上的寄生負載，藉此需要較少藉由冷卻/反應物風扇的工作。然而，它們亦可能對於設計呈現出挑戰，例如在風扇脈波期間造成非所要的空氣傳送至該燃料電池堆。此可能發生在空氣撞擊係在該入口處造成一克服該入口百葉窗板的密封之壓力。此降低的空氣流動可能在該燃料電池中引起反應(其係產生熱)，但是並未提供充分的冷卻空氣流動。
ii.若在該風扇脈波期間，該燃料電池堆核心溫度係大於一最大的核心溫度臨界值。該最大的核心溫度臨界值可以是高於該堆核心的一目標運行溫度5℃、10℃或15℃之一相對的值。若該堆電壓下降，但是該堆核心的溫度變成過熱，則此亦可能是由於空氣撞擊效應，其係提供充分的空氣流動以使得有限的反應位置被供應氧，但是被供應的位置並不夠多到足以使得該輸出電壓上升。
在此例子中，只針對於被提供風扇脈波的特定燃料電池堆之所有量測到的核心溫度的最大值可以和該最大的核心溫度臨界值比較。
iii.若在該風扇脈波期間，從該燃料電池堆被汲取至外部的負載之電流下降到低於一最小的電流臨界值。該最小的電流臨界值可以是0.036A/cm2、0.051A/cm2或是0.059A/cm2。若從該系統被汲取的電流下降 到低於將會容許該堆放電並且保持被放電的臨界值，則該堆的放電可能不是成功的。
iv.若在該風扇脈波期間，從該燃料電池堆被汲取至該外部的負載之電流係大於一最大的電流臨界值。如上所述，該最大的電流臨界值可以是根據環境溫度而定，並且可以在該堆從該風扇脈波出來時限制必須藉由空氣冷卻來加以移除的熱排除。在一例子中，該最大的電流臨界值可以是大約x、y或是z。
v.已經從一負載裝置或是一和該負載裝置相關的應用程式接收到一指出需要一立即的功率傳送的信號。
以上所提及在準則a)到f)以及i)到iv)之下的臨界值中的一或多個的值或者可被設定以便於提供一觸發環境，其可以達成一燃料電池堆之不同的壽命目標，例如整個壽命的最佳效率相對於總傳遞的能量。所用的特定臨界值可以根據該燃料電池系統之一特定的應用或是所要的用途而定。
圖6係概要地展示一種用於測試如同在此揭露的再水合間隔的提供之燃料電池系統。圖7係展示相關的測試結果。包含72個電池堆的燃料電池模組係用於該第一及第二燃料電池堆602、604。
一主動二極體608係橫跨該第二燃料電池堆604被並聯安裝，以提供該旁路功能。此種主動二極體608亦可被稱為一理想的二極體。為了便於圖示起見，該主動二極體608係在圖6中被展示為一習知的二極體。然而，將會體認到的是，一主動二極體可藉由一主動控制的開關來加以體現，例如是一場效電晶體(FET)，選配的是一MOSFET，其係被驅動以 作用為一整流器。
在該負載單元612被設定為一固定的負載下，該第二燃料電池堆係被設置在一風扇脈波操作模式中，在該風扇脈波操作模式期間，通過該第二燃料電池堆604的空氣流動係被調變，以使得其係週期性地被降低以便於開始一再水合間隔，並且接著被增大以結束一再水合間隔。在圖6的左手邊的圖示係描繪在再水合間隔之間的電流流動路徑。在圖6的右手邊的圖示係描繪一旦該第二燃料電池堆604的電位已經衰減到0V，在一再水合間隔期間的電流流動路徑。在此時點，該主動二極體608係被驅動為'強烈導通'，其可以牽涉到一FET被控制成使得橫跨該主動二極體只有下降25mV。
該測試係對於介於0A到30A之間的負載電流(其係該旁路電流以及堆電流的總和)來重複進行，以描繪通過兩個電流路徑的電流，即如同在圖8中所示者。
圖7係展示一針對於圖6的燃料電池系統之示波器圖。尤其，以下的值係被展示，其全部都在圖6中標示出：第二堆電位720(Vst2)；旁路電流722(Ibypass)；第二堆電流724(Ist2)；以及該負載電流726(Iload)。
在此例子中，風扇係在該再水合間隔被減速，並且百葉窗板係被用來停止橫跨該第二燃料電池堆的陰極之空氣流動，儘管在其它例子中這些機構可能只有一個被使用。一旦該堆電位720下降到零伏特，該電流係開始傳導通過該旁路，而不是通過該堆。在該再水合間隔期間，該堆係持續貢獻約10/11A，此可能是由於在該堆附近的空氣量及/或該堆的狀況所造成的。然而，由於該堆電壓未曾變為負的，因此其仍然操作在一安全 的區域中，並且該堆仍然是成功地加以調節。
圖8係確認該堆在其無風扇輔助的狀態中將會貢獻此電流位準，並且該旁路電路係改變來自該負載的電流之剩餘部分的路徑。圖8的水平軸係描繪從0A到30A的負載電流(該負載電流是該旁路電流以及堆電流的總和)。該垂直軸係代表個別的堆電流以及旁路電流的位準。如同可以從圖8中的堆電流的非零值看出，該堆係能夠在一風扇脈波期間，從靜態空氣提供(較低的)電流至該輸出。在圖8中的旁路電流之增加的值係展示該系統電流的其餘部分是如何成功地改道繞過底部的堆，因而其可以被提供風扇脈波，並且留在該極化曲線的安全區域內。
圖9係展示針對於一種類似於圖6的概要圖中所展示者之系統的一示波器圖，但為使用一習知的矽二極體(或是一FET的本體(body)二極體)，而不是使用一主動二極體。利用此種構件來旁路一燃料電池堆已經證明該堆可能最終通過進入到該極化曲線的一未知的區域中，此可能會對於該些電池造成損壞的影響。如同在此項技術中所知的，一針對於一燃料電池的極化曲線係描述該電池電壓的特徵為電流的一函數。
以和圖7相同的方式，圖9係展示以下的值：第二堆電位920(Vst2)；旁路電流922(Ibypass)；第二堆電流924(Ist2)；以及該負載電流926(Iload)。
在此例子中，與該燃料電池堆並聯的二極體係橫跨該堆產生一負電位(對於一矽二極體而言被箝位至約-0.6V，隨著該電流增加而上升至超過1V)，並且將該電流共享的平衡朝向該堆增加較多。儘管該負電位，但該堆在此時點並未被電解，因為在該堆上的電荷(由於氫在該陽極處之可 利用性的緣故)係表示電流並不在相反的方向上流動。在某些應用中，一在該堆的陰極上的阻隔二極體可以避免在未排氣時的逆向電流流動以及電解。
一在圖7及圖9之間的比較係展示利用一習知的二極體(而不是一開關或是理想的二極體)而使得在一再水合間隔期間較多的電流流過該堆，此係不利的，因為迫使電流通過該堆可能會使得橫跨該堆的電位變為負的，並且將該堆設置在其極化圖上的一縮減區域中，此係不利於長期的健康狀況。再者，圖9係展示該旁路二極體開始導通所花的時間是長於一秒，此係導致一主動二極體將會需要一較長的風扇脈波。將會體認到的是，一較短的風扇脈波係使得該些堆能夠較長地作用於一正常的操作模式，藉此改善該整體系統的效率。因此，在某些應用中，一主動二極體或開關的使用可以是特別有利的。
在此揭露使用一理想的二極體以作為一用於複數個串聯的燃料電池堆中之一的旁路電路之例子係容許堆能夠獨立地被提供風扇脈波。利用一主動控制的MOSFET作為該理想的二極體可以在風扇脈波發生時，將電流改道繞過該堆，因而在風扇脈波期間不會有停機時間，並且沒有能量被浪費。該被提供脈波的堆可被保持在0V，但是來自其餘被充電的堆之電流對於其並無影響。此亦可以避免被提供風扇脈波的能量浪費到一例如是內部的負載之仿真(artificial)負載中，並且可以減輕在該燃料電池系統中對於體積大的功率電阻器之需求。
一次要的益處是一堆可以輕易地與一系統隔離(不論是為了可靠度或是最佳化的驅動週期之目的)，在該時間期間，該系統可以繼續提 供電力至該負載，儘管是以一降低的位準來提供。
在此揭露的例子可以是特別適合用於空氣冷卻以及蒸發式冷卻的燃料電池堆。
在此文件中揭露的系統在提供風扇脈波時可以不需要一燃料電池堆與一種燃料電池系統隔離開，並且該再水合間隔可以是比習知技術所能達成的短。再者，當和習知技術做比較時，控制在該些電池附近的氧的重要性可被降低。該些燃料電池堆可以持續地連接至該系統負載，並且劣質的空氣密封可能不會如同使用體積大的功率電阻器來提供風扇脈波之方法所可能有的情形來損壞該些燃料電池堆。若功率電阻器被使用，並且該空氣流動仍然是高的，則該堆能量可能熔毀一熔線並且移除風扇脈波的功能。再者，功率電阻器可能是在末端受損，此對於在此揭露的系統中的一或多個而言可能不是一擔心的事項。再者，不需要該些旁路構件的外部控制，因為該些整流器自動地提供所需的旁路功能。例如，一主動二極體的主動感測電路係容許其在正確的時間導通及關斷。
燃料電池堆可以利用在此揭露的系統而更佳且更一致地加以調節，此最終可以改善其效能及壽命。再者，一堆的可靠度可以增高，並且失效的次數可被降低。此至少部分可能是因為被用來支援再水合間隔之額外的構件從該習知技術系統移除，否則該些額外的構件可能在一再水合間隔期間受損。再者，此種額外的構件在操作期間可能被加熱，此可能在堆效能上造成劣化。
將會體認到的是，任何在此對於兩個或多個燃料電池堆的參照都可以等同地適用於被容納在單一對的端板之間的個別可定址的兩組或 多組燃料電池。此種燃料電池組可以在操作上等同於多個分別被容納在其本身的端板之間的燃料電池堆。
將會體認到的是，任何在此被描述為耦接或連接的構件都可以是直接或間接地耦接或連接。換言之，一或多個構件可以是位在兩個被稱為是耦接或連接的構件之間，而仍然使得所需的功能能夠被達成。
100‧‧‧燃料電池系統
102‧‧‧第一燃料電池堆
104‧‧‧第二燃料電池堆
106‧‧‧第一整流器
108‧‧‧第二整流器
110‧‧‧控制器
112‧‧‧外部的負載
114‧‧‧第三整流器
116‧‧‧第四整流器

Claims (26)

  1. 一種燃料電池系統，其係包括：一第一燃料電池堆；一第二燃料電池堆，其係與該第一燃料電池堆串聯；一第一整流器，其係與該第一燃料電池堆並聯；以及一控制器，其係被配置以無關於對該燃料電池系統的電流需求而調變通過該第一燃料電池堆的空氣流動，以提供增加該第一燃料電池堆的水合位準的再水合間隔。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃料電池系統，其中該控制器係被配置以週期性地調變通過該第一燃料電池堆的空氣流動。
  3. 如申請專利範圍第2項之燃料電池系統，其中該控制器係被配置以週期性地從一主動值降低通過該第一燃料電池堆的空氣流動的量，並且接著在一預設的時間期間之後增加通過該第一燃料電池堆的空氣流動的量以回到該主動值。
  4. 如申請專利範圍第2項之燃料電池系統，其中該控制器係被配置以週期性地降低通過該第一燃料電池堆的空氣流動的量到零，並且接著在該預設的時間期間之後從零開始增加通過該第一燃料電池堆的空氣流動的量。
  5. 如申請專利範圍第1項之燃料電池系統，其中該控制器係被配置以響應於該燃料電池系統之量測到的參數來調變通過該第一燃料電池堆的空氣流動。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之燃料電池系統，其中該第一整流器是一主動二極體。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之燃料電池系統，其中該第一整流器的一第一端子係連接至該第一燃料電池堆的一第一端子，並且該第一整流器的一第二端子係連接至該第一燃料電池堆的一第二端子。
  8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之燃料電池系統，其中該燃料電池系統進一步包括一第二整流器，其係與該第二燃料電池堆並聯，並且該控制器係被配置以無關於對該燃料電池系統的電流需求而調變通過該第二燃料電池堆的空氣流動，以提供增加該第二燃料電池堆的水合位準的再水合間隔。
  9. 如申請專利範圍第8項之燃料電池系統，其中該控制器係被配置以調變通過該第一燃料電池堆及該第二燃料電池堆的空氣流動，使得該第一燃料電池堆及該第二燃料電池堆的該再水合間隔並不會重疊。
  10. 如申請專利範圍第9項之燃料電池系統，其中該控制器係被配置以交替地調變通過該第一燃料電池堆及該第二燃料電池堆的空氣流動。
  11. 如申請專利範圍第8項之燃料電池系統，其中該第二整流器的一第一端子係連接至該第二燃料電池堆的一第一端子，並且該第二整流器的一第二端子係連接至該第二燃料電池堆的一第二端子。
  12. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之燃料電池系統，其中該控制器係被配置以調變藉由一風扇所產生的空氣流動的量，以便於調變通過該第一燃料電池堆及/或該第二燃料電池堆的空氣流動。
  13. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之燃料電池系統，其中該控制器係被配置以調變一或多個可變的阻塞構件的位置，以便於調變通過該第一燃料電池堆及/或該第二燃料電池堆的空氣流動。
  14. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之燃料電池系統，其進一步包括一阻隔整流器，其係與該第一燃料電池堆串聯。
  15. 一種用於操作一燃料電池系統之方法，該燃料電池系統係包括：一第一燃料電池堆；一第二燃料電池堆，其係與該第一燃料電池堆串聯；以及一第一整流器，其係與該第一燃料電池堆並聯；該方法係包括：無關於對該燃料電池系統的電流需求而調變通過該第一燃料電池堆的空氣流動，以提供增加該第一燃料電池堆的水合位準的再水合間隔。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該第一整流器是一主動二極體，並且該方法進一步包括：操作該主動二極體，使得該主動二極體在順向偏壓時係提供一低電阻，並且在逆向偏壓時係提供一高電阻。
  17. 一種包括電腦程式碼之電腦程式，該電腦程式碼係被配置以用於載入到與一燃料電池系統相關的一控制器之上，該燃料電池系統係包括：一第一燃料電池堆；一第二燃料電池堆，其係與該第一燃料電池堆串聯；以及一第一整流器，其係與該第一燃料電池堆並聯；其中該電腦程式碼係被配置以：無關於對該燃料電池系統的電流需求而調變通過該第一燃料電池堆的空氣流動，以提供增加該第一燃料電池堆的水合位準的再水合間隔。
  18. 一種包括電腦程式碼之電腦程式，該電腦程式碼係被配置以執行如 申請專利範圍第15或16項之方法。
  19. 一種包括電腦程式碼之電腦程式，該電腦程式碼係被配置以用於載入到一控制器之上，以無關於對一相關的燃料電池系統的電流需求而調變通過一第一燃料電池堆的空氣流動，以便於提供增加該第一燃料電池堆的水合位準的再水合間隔。
  20. 如申請專利範圍第19項之電腦程式，其進一步包括電腦程式碼，其係被配置以用於載入到一控制器之上以操作與該第一燃料電池堆並聯的一主動二極體，使得當該主動二極體被順向偏壓時係提供一低電阻，並且當該主動二極體被逆向偏壓時係提供一高電阻。
  21. 一種電腦程式，當在一電腦上加以執行時，使得該電腦：當以下的準則中的一或多個被滿足時，開始在一燃料電池系統中的一燃料電池堆的一再水合操作：g)一燃料電池堆核心溫度係大於一最小的核心溫度臨界值；h)一燃料電池堆核心溫度係小於一最大的核心溫度臨界值；i)一環境空氣溫度係小於一最大的環境空氣溫度臨界值；j)從該燃料電池系統汲取的一電流係大於一最小的電流臨界值；k)從該燃料電池系統汲取的一電流係小於一最大的電流臨界值；以及l)尚未從一負載裝置或是一和該負載裝置相關的應用程式接收到一指出風扇脈波係被禁止的信號。
  22. 如申請專利範圍第21項之電腦程式，當在一電腦上加以執行時，進一步使得該電腦：週期性地檢查準則a)到f)中的一或多個是否被滿足，並且只有在該準則 a)到f)中的一或多個被滿足時才開始該再水合操作。
  23. 如申請專利範圍第21或22項之電腦程式，當在一電腦上加以執行時，使得該電腦藉由無關於對該燃料電池系統的電流需求而調變通過該燃料電池堆的空氣流動，開始在該燃料電池系統中的該燃料電池堆的該再水合操作。
  24. 一種電腦程式，當在一電腦上加以執行時，使得該電腦：當以下的準則中的一或多個被滿足時，停止在一燃料電池系統中的一燃料電池堆的一再水合操作：vi.在該再水合操作期間的一第一臨界時間期間內，一堆電壓尚未下降一電壓降的臨界量；vii.在該再水合操作期間，一核心溫度係大於一最大的核心溫度臨界值；viii.在該再水合操作期間，從該燃料電池堆被汲取到一外部的負載之一電流下降到低於一最小的電流臨界值；ix.在該再水合操作期間，從該燃料電池堆被汲取到一外部的負載之一電流係大於一最大的電流臨界值；以及x.已經從一負載裝置或是一和該負載裝置相關的應用程式接收到一指出需要一立即的功率傳送的信號
  25. 如申請專利範圍第24項之電腦程式，當在一電腦上加以執行時，進一步使得該電腦：週期性地檢查準則i)到v)中的一或多個是否被滿足，並且若該準則i)到v)中的一或多個被滿足，則停止該再水合操作。
  26. 如申請專利範圍第24或25項之電腦程式，當在一電腦上加以執行 時，其係使得該電腦藉由無關於對該燃料電池系統的電流需求而調變通過該燃料電池堆的空氣流動，停止在該燃料電池系統中的該燃料電池堆的該再水合操作。
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