本公開涉及燃料電池系統(tǒng)。更具體地但不排他地，本公開涉及一種包括促成改進(jìn)的診斷與檢測能力的堆端電池的燃料電池堆組件。

背景技術(shù)：

乘用交通工具可包括給交通工具的電氣和傳動系統(tǒng)的某些特征提供動力的燃料電池（“FC”）系統(tǒng)。例如，可將FC系統(tǒng)應(yīng)用于交通工具從而直接地和/或經(jīng)由中間的蓄電池系統(tǒng)給交通工具的電傳動系統(tǒng)部件（例如，電驅(qū)動電機(jī)等）提供動力。FC系統(tǒng)可包括單個電池，或者可替代地，可包括被布置在堆構(gòu)造中的多個電池。

在具有包括數(shù)十至數(shù)百個單獨電池的FC堆的FC系統(tǒng)中，在正常運行狀態(tài)下，F(xiàn)C堆的各種電池可具有相似的電池電壓。然而，在某些運行狀態(tài)（例如，長期的低功率狀態(tài)、高相對濕度和低溫狀態(tài)、較高溫度低相對濕度狀態(tài)、啟動狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)等）下，由于電池間變化因而單獨的電池會具有不同的行為。此外，這種行為會導(dǎo)致與標(biāo)稱電壓水平的電池電壓偏差，從而導(dǎo)致對電池部件的損傷和/或減少的FC堆耐久性和/或使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文中所公開系統(tǒng)和方法的實施例提供了一種包括具有改進(jìn)的診斷與檢測能力的一個或多個堆端電池和/或一組或多組的堆端電池的FC堆組件。在某些實施例中，根據(jù)本文中所公開實施例的FC堆端電池的陽極側(cè)可構(gòu)造成具有低于FC堆中的其它電池的陽極氣體流量（例如，低5%等）。根據(jù)本文中所公開實施例的FC堆端電池的陰極側(cè)還可構(gòu)造成具有高于FC堆中的其它電池的陰極氣體流量（例如，高5%等）。此外，本文中所公開的FC堆端電池的實施例可允許在這種狀態(tài)和/或事件對FC堆中的其它電池造成不利影響之前對FC堆組件中的不利狀態(tài)和/或事件進(jìn)行檢測。在某些實施例中，可利用相對于堆中的其它電池而改進(jìn)它們的魯棒性的特征，來增強(qiáng)根據(jù)本文中所公開實施例的堆端電池，從而在堆的使用壽命期間確保端電池可維持它們的診斷能力。

在一些實施例中，F(xiàn)C系統(tǒng)可包括被構(gòu)造在堆組件中的多個燃料電池?？蓪⒌谝欢穗姵兀ɑ蛞唤M的第一端電池）設(shè)置在燃料電池堆組件的第一端，并且可將第二端電池（或一組的第二端電池）設(shè)置在燃料堆組件的第二端。第一端電池和第二端電池可各自包括具有低于燃料電池堆組件的其它燃料電池的陽極氣體流量的陽極側(cè)、和具有高于燃料電池堆組件的其它燃料電池的陰極氣體流量的陰極側(cè)。

在某些實施例中，端電池的陽極側(cè)可包括相對于堆組件中的其它電池的陽極側(cè)流道為較淺的陽極側(cè)流道。在其它實施例中，端電池的陽極側(cè)可包括構(gòu)造成比與其它電池相關(guān)的擴(kuò)散介質(zhì)層更多地侵入進(jìn)入陽極側(cè)流道中的擴(kuò)散介質(zhì)層。陽極側(cè)還可包括受部分限制的陽極流場（例如，包括被部分堵塞的陽極流道等）。在一些實施例中，陽極側(cè)可包括相對于包括在多個燃料電池中的陽極而具有較高量的析氧反應(yīng)催化劑、較高量的氫氧化催化劑、無催化劑載體、和/或更多的耐腐蝕催化劑載體的陽極材料（例如，IrOx等）。

在其它實施例中，端電池的陰極側(cè)可包括相對于堆組件中的其它電池的陰極側(cè)流道為較深的陰極側(cè)流道。在某些實施例中，端電池的陰極側(cè)可包括構(gòu)造成比與其它電池相關(guān)的擴(kuò)散介質(zhì)層較少地侵入進(jìn)入陰極側(cè)流道中的擴(kuò)散介質(zhì)層。在其它實施例中，為了提高電池魯棒性，端電池的陰極側(cè)可包括具有相對較低的離子聚合物對碳的比例和/或較高的鉑加載量（loading）并且/或者包含石墨化碳和/或鉑黑的陰極材料。

在其它實施例中，一種組裝燃料電池堆的部件的方法可包括：將多個燃料電池設(shè)置在堆構(gòu)造中、將第一端電池或第一組端電池設(shè)置在堆構(gòu)造的第一端、和將第二端電池或第二組端電池設(shè)置在堆構(gòu)造的第二端。根據(jù)本文中所公開的實施例，（一個或多個）第一端電池和第二端電池可各自包括：具有低于燃料電池堆組件的其它燃料電池的陽極氣體流量的陽極側(cè)、和具有高于燃料電池堆組件的其它燃料電池的陰極氣體流量的陰極側(cè)。

本發(fā)明還公開了以下方案。

方案1.一種包括在交通工具中的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括：

被構(gòu)造在燃料電池堆組件中的多個燃料電池，其中所述多個燃料電池包括：

被設(shè)置在所述燃料電池堆的第一端上的至少一個端電池，所述至少一個電池包括陽極側(cè)，所述陽極側(cè)被構(gòu)造成相對于所述燃料電池堆組件中的所述多個燃料電池的其它燃料電池呈現(xiàn)更低的陽極氣體流量，

其中，所述陽極側(cè)的陽極材料包括相對于包括在所述多個燃料電池的所述其它燃料電池中的陽極具有更高量的析氧反應(yīng)催化劑的陽極材料。

方案2.如方案1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述更低的陽極氣體流量包括低至少5%的流量。

方案3.如方案1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個端電池的所述陽極側(cè)包括相對于包括在所述多個燃料電池的所述其它燃料電池中的陽極側(cè)流道更淺的多條陽極側(cè)流道。

方案4.如方案1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個端電池的所述陽極側(cè)包括氣體擴(kuò)散層，所述氣體擴(kuò)散層構(gòu)造成比與所述多個燃料電池的所述其它燃料電池相關(guān)的擴(kuò)散介質(zhì)層更多地侵入進(jìn)入所述陽極側(cè)的陽極側(cè)流道中。

方案5.如方案1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個端電池的所述陽極側(cè)包括具有至少一個流量限制結(jié)構(gòu)的陽極流場。

方案6.如方案1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述析氧反應(yīng)催化劑包括氧化銥。

方案7.如方案1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述陽極材料包括耐腐蝕材料。

方案8.如方案7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述耐腐蝕材料包括石墨化碳、碳納米管、碳納米纖維、和金屬氧化物材料中的至少一種。

方案9.如方案1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述陽極材料包括鉑黑。

方案10.如方案1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個端電池包括被包括在所述燃料電池堆組件中的多個端電池的端電池，所述多個端電池的各端電池具有構(gòu)造成相對于所述多個燃料電池的所述其它燃料電池呈現(xiàn)不同的反應(yīng)物氣體流量的一側(cè)。

方案11.一種包括在交通工具中的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括：

被構(gòu)造在燃料電池堆組件中的多個燃料電池，其中所述多個燃料電池包括：

被設(shè)置在所述燃料電池堆的第一端上的至少一個端電池，所述至少一個電池包括陰極側(cè)，所述陰極側(cè)被構(gòu)造成相對于所述燃料電池堆組件中的所述多個燃料電池的其它燃料電池呈現(xiàn)更高的陰極氣體流量，

其中，所述陰極側(cè)的陰極材料包括相對于包括在所述多個燃料電池的所述其它燃料電池中的陰極具有更低的離子聚合物對碳的比例的陰極材料。

方案12.如方案11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述更高的陰極氣體流量包括高至少5%的流量。

方案13.如方案11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個端電池的所述陰極側(cè)包括相對于包括在所述多個燃料電池的所述其它燃料電池中的陰極側(cè)流道更深的多條陰極側(cè)流道。

方案14.如方案11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個端電池的所述陰極側(cè)包括氣體擴(kuò)散層，所述氣體擴(kuò)散層構(gòu)造成相對于與所述多個燃料電池的所述其它燃料電池相關(guān)的擴(kuò)散介質(zhì)層更少地侵入進(jìn)入所述陰極側(cè)的陰極側(cè)流道。

方案15.如方案11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個端電池的所述陰極側(cè)的所述陰極材料包括具有相對于包括在所述多個燃料電池的所述其它燃料電池中的陰極更高的鉑加載量的材料。

方案16.如方案11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述陰極材料包括耐腐蝕材料。

方案17.如方案16所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述耐腐蝕材料包括石墨化碳、碳納米管、碳納米纖維、和金屬氧化物材料中的至少一種。

方案18.如方案11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述陰極材料包括鉑黑。

方案19.如方案11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個端電池包括被包括在所述燃料電池堆組件中的多個端電池的端電池，所述多個端電池的各端電池具有構(gòu)造成相對于所述多個燃料電池的所述其它燃料電池呈現(xiàn)不同的反應(yīng)物氣體流量的一側(cè)。

方案20.一種用于組裝燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括：

組裝所述燃料電池系統(tǒng)的燃料電池堆的部件，其中所述組裝包括：

將多個燃料電池設(shè)置在堆構(gòu)造中；

將第一端電池設(shè)置在所述堆構(gòu)造的第一端處；和

將第二端電池設(shè)置在所述堆構(gòu)造的第二端處，

其中，所述第一端電池和所述第二端電池各自包括陽極側(cè)，所述陽極側(cè)具有相對于燃料電池堆組件的多個燃料電池更低的陽極氣體流量，并且

其中，所述第一端電池和所述第二端電池各自包括陰極側(cè)，所述陰極側(cè)具有相對于所述燃料電池堆組件的多個燃料電池更高的陰極氣體流量。

附圖說明

下面參照附圖描述了本公開的非限制性和非詳盡的實施例，包括本公開的各種實施例，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本文中所公開實施例的FC堆端電池的一部分的透視圖。

圖2示出了根據(jù)本文中所公開實施例的包括FC堆端電池的FC堆組件的圖示。

圖3示出了根據(jù)本文中所公開實施例的組裝FC堆的示例性方法的流程圖。

具體實施方式

下面提供對根據(jù)本公開實施例的系統(tǒng)和方法的詳細(xì)說明。雖然描述了若干實施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開并不局限于任何一個實施例，反而包括許多替代、修改、和等同物。另外，雖然為了提供對本文中所公開實施例的詳盡理解而在以下的描述中陳述了許多具體細(xì)節(jié)，但一些實施例可以在沒有部分或全部的這些細(xì)節(jié)的情況下實施。此外，為了清楚的目的且為了避免不必要地使本公開難以理解，對于在相關(guān)領(lǐng)域中為已知的某個技術(shù)材料不作詳細(xì)描述。

通過參考附圖將最佳地理解本公開的實施例，其中相似的部件可用相似的附圖標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)示。公開的實施例的部件，如在本文中的附圖中概括地描述，可以被布置且被設(shè)計在許多種的不同構(gòu)造中。因此，下面對本公開的系統(tǒng)和方法的實施例的詳細(xì)說明并非意圖限制如要求保護(hù)的本公開的范圍，而僅僅是本公開的可行實施例的代表。另外，方法的步驟不一定必須按任何特定順序或者甚至順序地執(zhí)行，也無須僅執(zhí)行一次該步驟，除非另有說明。

本文中所公開的系統(tǒng)和方法的實施例提供一種包括使改進(jìn)的診斷與檢測能力成為可能的堆端電池的FC堆組件。某些實施例可結(jié)合PEMFC系統(tǒng)而被應(yīng)用，盡管也使用其它類型的FC系統(tǒng)。在PEMFC系統(tǒng)中，可將氫提供給FC的陽極，并且可將空氣（或氧）作為氧化劑提供給FC的陰極。PEMFC可包括膜電極組件（“MEA”），該膜電極組件包括質(zhì)子傳導(dǎo)但不是電子傳導(dǎo)的固體聚合物電解質(zhì)膜，該電解質(zhì)膜具有在其一面上的含陽極催化劑層、和在相反面上的含陰極催化劑層?？蓪⒃撃づc相鄰的催化劑層夾在陽極與陰極氣體擴(kuò)散層（“GDL”）之間從而形成MEA?？蓪EA設(shè)置在一對導(dǎo)電元件之間，從而形成雙極板的各部分并且起用于陽極和陰極的集電器的作用。雙極板可限定用于將氣體反應(yīng)物分配在各自的陽極和陰極催化劑層的表面上方的一條或多條流道。

FC系統(tǒng)可包括單個電池，或者可替代地，可包括被布置在堆構(gòu)造中的多個電池。例如，在某些實施例中，可將多個電池串聯(lián)地布置而形成FC堆組件。在FC堆組件中，可將多個電池電性串聯(lián)地堆疊在一起，并且用透氣的導(dǎo)電雙極板將它們隔開。該雙極板可執(zhí)行多種功能并且以多種方式而構(gòu)造。在某些實施例中，該雙極板可限定一條或多條內(nèi)部冷卻通路和/或通道，其包括一個或多個換熱表面，冷卻劑可流動經(jīng)過該換熱表面以便除去在其運行期間從FC堆中產(chǎn)生的熱。

圖1示出了根據(jù)本文中所公開實施例的FC堆組件的FC堆端電池100的一部分。此外，F(xiàn)C堆組件可以是包括在交通工具中的FC系統(tǒng)的FC堆組件。該交通工具可以是機(jī)動交通工具、海上運輸工具、飛機(jī)、和/或任何其它類型的交通工具，并且可包括用于并入本文中所公開系統(tǒng)和方法的任何適當(dāng)類型的傳動系統(tǒng)和/或固定電源。FC系統(tǒng)可構(gòu)造成為交通工具的某些部件和/或其它電動裝置提供電力，這些在本文中被共同地被描述為由FC提供動力的設(shè)備（“FCPE”）。例如，F(xiàn)C系統(tǒng)可構(gòu)造成給交通工具的電傳動系統(tǒng)部件提供電力。FC堆組件可包括被布置在堆構(gòu)造中的多個電池，并且可包括上述的某些FC系統(tǒng)元件和/或特征。

FC堆端電池100可包括被質(zhì)子交換膜（“PEM”）106隔開的陰極104和陽極102。陰極104可包括：被設(shè)置成抵接PEM 106的第一側(cè)的陰極側(cè)催化劑層、和被設(shè)置成抵接陰極側(cè)催化劑層的陰極側(cè)微孔層。陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層108包括陰極側(cè)微孔層，其可被設(shè)置成抵接陰極104。FC的陽極102可包括：被設(shè)置成抵接PEM 106的第二側(cè)的陽極側(cè)催化劑層、和被設(shè)置成抵接該陽極側(cè)催化劑層的陽極側(cè)微孔層?？蓪枠O側(cè)微孔層的陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層110設(shè)置成抵接陽極102?？蓪C堆的FC電性串聯(lián)地堆疊在一起并且用透氣的導(dǎo)電板將它們隔開。導(dǎo)電板可包括多個導(dǎo)電薄板。例如，第一板可包括薄板112并且第二板可包括薄板114。在某些構(gòu)造（例如FC堆端電池100）中，F(xiàn)C堆端電池100的至少一個板可包括單個薄板。

在某些實施例中，導(dǎo)電板的薄板可采用多種方法制造，包括機(jī)械加工、模壓、沖壓等?？赏ㄟ^焊接和/或任何其它粘接工藝（例如，在某些界面位置處）將薄板附著在一起而形成導(dǎo)電板。導(dǎo)電板和/或組成部分的薄板112、114可包含任何合適的材料，包括例如鋼、不銹鋼、鈦、鋁、碳、石墨等。在其它實施例中，導(dǎo)電板和/或組成部分薄板112、114可包含包括導(dǎo)電性保護(hù)涂層的材料，此外該電性保護(hù)涂層構(gòu)造成在相關(guān)的FC系統(tǒng)的運行期間減小接觸電阻并且緩解雙極板和/或組成部分薄板112、114的退化。

在某些實施例中，第一導(dǎo)電板的陰極側(cè)可由薄板114所限定。類似地，第二導(dǎo)電板的陽極側(cè)可由薄板112所限定。薄板112可限定多條陽極側(cè)流道116。薄板114可限定多條陰極側(cè)流道118。陰極反應(yīng)物（例如，氧和/或空氣）可流動經(jīng)過陰極流道118并且陽極反應(yīng)物（例如，氫）可流動經(jīng)過陽極流道116。陰極反應(yīng)物（例如，氧和/或空氣）可擴(kuò)散經(jīng)過陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層108并且在陰極催化劑層104內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)。陽極反應(yīng)物（例如，氫）可擴(kuò)散經(jīng)過陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層110并且在陽極催化劑層102內(nèi)發(fā)生反應(yīng)。氫離子可擴(kuò)散經(jīng)過PEM 106，由此產(chǎn)生電流。盡管未圖示，薄板112、114還可限定用于促成在FC堆運行期間冷卻劑的流動的多條冷卻流體流道。

根據(jù)本文中所公開的實施例，F(xiàn)C堆端電池100可構(gòu)造成提供改進(jìn)的診斷與檢測能力。在某些實施例中，F(xiàn)C堆端電池100的陽極側(cè)（即，包括薄板112、陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層110、和/或陽極102）可構(gòu)造成具有低于FC堆中的其它電池（即，非端電池）的陽極氣體流量。例如，在一些實施例中，陽極氣體流量可低至少5%，盡管也包括其它相對壓力降。FC堆端電池100的陰極側(cè)（即，包括薄板114、陰極側(cè)擴(kuò)散介質(zhì)層108、和/或陰極104）可構(gòu)造成具有高于FC堆中的其它電池（即，非端電池）的陰極氣體流量。例如，在一些實施例中，陰極氣體流量可高大約至少5%，盡管也包括其它相對陰極流量。此外，所公開的FC堆端電池100的實施例可允許在不利狀態(tài)和/或FC堆組件中的事件對FC堆中的其它電池造成不利影響之前對這種狀態(tài)和/或事件進(jìn)行檢測。

在某些實施例中，F(xiàn)C堆端電池100的陽極側(cè)可以多種方法進(jìn)行構(gòu)造，從而實現(xiàn)低于FC堆中其它電池的陽極氣體流量。例如，在一些實施例中，包括在陽極側(cè)中的導(dǎo)電板的薄板112可限定相對于與FC堆中的其它電池相關(guān)的陽極側(cè)流道為較淺的陽極側(cè)流道116。在其它實施例中，陽極側(cè)擴(kuò)散介質(zhì)層110可以是相對于與FC堆中的其它電池相關(guān)的擴(kuò)散介質(zhì)層為較軟的并且/或者被設(shè)計成更容易地侵入進(jìn)入陽極側(cè)流道116。在一些實施例中，通過限制相關(guān)的流場，可實現(xiàn)較低的陽極的氣體流量。例如，陽極側(cè)可構(gòu)造成包括在陽極通道中和/或在在入口氫歧管與出口氫歧管之間的活性區(qū)域流場中的一條或多條部分堵塞的陽極通路。

為了提高端電池魯棒性，根據(jù)本文中的實施例FC堆端電池100的陽極側(cè)中的較低陽極氣體流量還可與包含相對于FC堆中的其它電池的陽極為較高量的析氧反應(yīng)催化劑的陽極催化劑層102相結(jié)合。例如，在某些實施例中，F(xiàn)C堆端電池100的陽極102可包含是FC堆中的其它電池的陽極4-8倍的析氧反應(yīng)催化劑。在一些實施例中，可將高IrOx添加陽極用于FC堆端電池100。在其它實施例中，可將鉑黑用作陽極催化劑（例如，代替被擔(dān)載在碳上的鉑納米粒子）。在一些實施例中，F(xiàn)C堆端電池100的陽極102可包含更多的耐腐蝕催化劑載體（如石墨化碳）、碳納米纖維/納米管、金屬氧化物載體（如TiOx、SnOx）、和/或進(jìn)一步用W、In、Sb等摻雜的上述氧化物。

在一些實施例中，F(xiàn)C堆端電池100的陰極側(cè)可以構(gòu)造為多種方式從而實現(xiàn)與FC堆中的其它電池相比為相對較高的流量。例如，在一些實施例中，包括在陰極側(cè)中的導(dǎo)電板的薄板114可包括比與FC堆中的其它電池相關(guān)的陰極側(cè)流道更深的陰極流道118。在其它實施例中，陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層108可以是相對于與FC堆中的其它電池相關(guān)的氣體擴(kuò)散層（例如，陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層108可以是相對地較硬）為較薄的并且/或者被設(shè)計成呈現(xiàn)較少地侵入進(jìn)入陰極側(cè)流道118。在其它實施例中，F(xiàn)C堆端電池100的陰極104可具有低于FC堆中的其它電池的離子聚合物對碳的比例。

下面在表1中詳述了用于改進(jìn)FC堆端電池100的診斷與檢測能力以及用于提高FC堆端電池魯棒性的特征的各種示例性特征，包括許多的上述特征：

在某些實施例中，利用相對于堆中的其它電池提高它們的魯棒性的特征，可增強(qiáng)根據(jù)文中所公開實施例的陰極端電池，從而確保端電池可在堆的使用壽命期間維持它們的診斷能力。例如，為了提高端電池魯棒性，可將陰極端電池中的較高的流量與呈現(xiàn)較高鉑加載量、包括石墨化碳和/或包括較少腐蝕的催化劑（如鉑黑）的陰極催化劑層104相結(jié)合。在其它實施例中，與常規(guī)的膜相比，PEM 106可具有更高的化學(xué)和機(jī)械魯棒性。

根據(jù)本文中所公開實施例的FC堆端電池100可使端電池的電壓和/或電阻監(jiān)測以及減小和/或減少或排除其它堆電池的電壓和/或電阻監(jiān)測要求成為可能。端電池100還可包括診斷傳感器、裝置、和/或工具，例如電化學(xué)氫傳感器、端電池的阻抗測量等，從而增強(qiáng)診斷和/或檢測能力。在某些實施例中，F(xiàn)C堆可包括在一個或兩個FC堆端部上的根據(jù)本文中所公開實施例的單個端電池100和/或多個端電池100中的任一種情況。例如，在一些實施例中，F(xiàn)C堆可包括10個端電池，5個端電池是在包括本文中所公開診斷特征的實施例的堆的各端上。

在某些實施例中，包括根據(jù)公開實施例的特征的FC堆端電池100可位于FC堆組件的一端和/或兩端上。在其它實施例中，包括根據(jù)公開實施例的特征的FC堆端電池100可位于在FC堆組件內(nèi)部的任何其它位置，包括不在FC堆組件的端部的位置。下面所給出的表2中提供了用于將根據(jù)公開實施例的一個或多個堆端電池100包括在FC堆組件中的示例性位置、和相關(guān)的提高的診斷和/或檢測能力，該提高的能力可通過將FC堆端電池100加入到這種示例性位置中而實現(xiàn)。

此外，公開的FC堆端電池100的實施例可允許在FC堆組件中的其它電池中的相關(guān)不利作用發(fā)生之前對不利事件和/或狀態(tài)進(jìn)行檢測。例如，在一些實施例中，由于在FC堆端電池100的陽極側(cè)中具有較低的相對流量，因而端電池會具有相對于堆電流為較低的流量化學(xué)計量、和/或在FC堆組件中的其它電池前面的液泛狀態(tài)。因此，當(dāng)利用與FC堆端電池100中的FC堆組件相關(guān)的控制系統(tǒng)和/或傳感器對這種狀態(tài)進(jìn)行檢測時，可實現(xiàn)一種或多種保護(hù)作用以便緩解對FC堆組件中其它電池的損傷。在一些實施例中，在對FC堆組件中的整體氫缺乏進(jìn)行檢測期間，由于增加的析氧反應(yīng)催化劑加載量，因而FC堆端電池100的陽極102可對電池?fù)Q極具有更大的耐性，因此在正常運行期間端電池100可維持發(fā)電能力。

類似地，在某些實施例中，由于在FC堆端電池100的陰極側(cè)中具有高的流量，因而端電池可經(jīng)歷顯著較高的化學(xué)計量流量，因此經(jīng)歷在FC堆組件中其它電池前面的增加的干涸狀態(tài)，特別是當(dāng)FC堆在高溫和低相對濕度下運行時。如果未進(jìn)行檢測，那么FC堆中的電池的顯著的干涸會導(dǎo)致局部發(fā)熱增加并且最終導(dǎo)致膜中的短路和孔洞形成。由于在其不利作用在FC堆組件中的其它電池中發(fā)生之前端電池能夠?qū)Ω珊誀顟B(tài)作出反應(yīng)，因而利用與FC堆端電池100中的FC堆組件相關(guān)的控制系統(tǒng)和/或傳感器對這種狀態(tài)進(jìn)行檢測，并且可實現(xiàn)一種或多種保護(hù)作用以便緩解對FC堆組件中電池的損傷。

因為端電池100在空氣側(cè)可具有較高的流量，所以空氣側(cè)比堆的剩余部分會更快地干涸。當(dāng)端電池中的膜干涸時，其質(zhì)子阻抗（R）會比堆的剩余部分以更快的速率增加。因為電池電壓由于電阻損耗而下降（其中電壓下降等于I乘以R），所以端電池的電池電壓會比堆的剩余部分更快地下降。控制系統(tǒng)可對該電壓下降進(jìn)行監(jiān)測，從而形成干涸的指示物并且采取必要的修復(fù)和/或保護(hù)措施。

在其它狀態(tài)中，根據(jù)本文中所公開實施例的FC堆端電池100可用于在長期的低功率或啟動期間、低相對濕度和/或高溫狀態(tài)、在空氣-空氣啟動期間的氫缺乏狀態(tài)、和/或在長期關(guān)閉后的空氣侵入期間檢測低流量/低化學(xué)計量和/或液泛狀態(tài)。在檢測到這種狀態(tài)時，可采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施（如增加陽極化學(xué)計量/流量、降低堆溫度和/或增加陰極入口RH、或者關(guān)閉FC系統(tǒng)）以便緩解對FC堆組件的損傷。

在低功率下，端電池100可對液泛進(jìn)行檢測，并且可能的修復(fù)和/或保護(hù)措施可包括增大氫流量和增加功率達(dá)相對較短的持續(xù)時間和/或通過引發(fā)陽極氫排放事件。如果該系統(tǒng)具有使這個額外的功率緩慢下降的（例如，用于給蓄電池充電）能力增加功率會是可能的。在高功率下，端電池100會對過度干涸進(jìn)行檢測，并且如果可能的話相關(guān)的保護(hù)作用可包括功率降低或溫度下降（例如，通過增加散熱器流量和/或通過啟動散熱器風(fēng)扇）。

如上所述，可將根據(jù)公開實施例的包括診斷和/或魯棒性特征的多個端電池包括在FC堆組件中。在某些實施例中，多個端電池的各端電池可包括一個或多個不同特征，以便改進(jìn)對特定堆狀態(tài)的診斷。例如，第一端電池可包括受限制的陽極流場，并且第二端電池可包括受較少限制的陰極流場。在本實例中，如果測量到第一端電池的電壓為低，則可增加流向陽極的氫流量。類似地，如果測量到第二端電池的電壓為低，則可執(zhí)行一項或多項措施以減少堆的干涸。在其它實施例中，端電池可包括根據(jù)公開實施例的相似特征（例如，陽極和/或陰極特征兩者），并且可基于端電池的測量值和/或與整個FC堆組件相關(guān)的終端測量值來確定多種堆狀態(tài)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明的實體工作的范圍內(nèi)，可以對圖1中示出的所公開的FC堆端電池100的實施例作出一些變型。例如，可將根據(jù)本文中所公開實施例的FC堆端電池100合并入具有多種其它幾何形狀和/或構(gòu)造的FC堆組件中。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，圖1是為了說明和解釋的目的而不是限制的目的而提供。

圖2示出了根據(jù)本文中所公開實施例的包括FC堆端電池100a、100b的FC堆組件200的圖示。FC堆組件200還可包括潮濕端204和干燥端206，陽極和陰極氣體可經(jīng)過該潮濕端204而進(jìn)入堆。應(yīng)注意的是，陽極和陰極氣體入口和出口以及冷卻劑入口和出口未被關(guān)聯(lián)FC堆組件200被圖示。在某些實施例中，F(xiàn)C堆端電池100a、100b可構(gòu)造成包括上面參考圖1所描述的FC堆端電池的某些特征，并且可與包括在FC堆組件200中的其它電池202不同的方式而加以構(gòu)造。在一些實施例中，F(xiàn)C堆端電池100a（即，與干燥端206相聯(lián)的FC堆端電池100a）可用于與檢測在空氣-空氣啟動狀態(tài)下的陽極液泛、電池干涸、和/或氫缺乏相關(guān)聯(lián)。在其它實施例中，F(xiàn)C堆端電池100b（即，與潮濕端204相聯(lián)的FC堆端電池100b）可用于與檢測陽極液泛、電池干涸、和/或空氣侵入狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。盡管如上所述被圖示為位于FC堆組件200的端部，但在其它實施例中，根據(jù)公開實施例的FC堆端電池100a、100b可位于在FC堆組件200內(nèi)部的任意位置。

圖3示出了根據(jù)本文中所公開實施例的組裝FC堆的示例性方法300的流程圖。具體地，方法300可用于組裝包括根據(jù)本文中所公開實施例的FC堆端電池的FC堆組件。在302，可開始方法300。在304，可將多個燃料電池組裝在一個堆構(gòu)造中。例如，可將多個電池電性串聯(lián)地堆疊在一起，并且用透氣的導(dǎo)電雙極板將它們隔開。

在306，可將第一端電池或第一組端電池設(shè)置在堆構(gòu)造的第一端。此外，第一端電池或第一組端電池可包括具有低于堆構(gòu)造中其它燃料電池的陽極氣體流量的陽極側(cè)、和包括具有高于堆構(gòu)造中其它燃料電池的陰極氣體流量的陰極側(cè)的陰極側(cè)。在308，可將第二端電池或第二組端電池設(shè)置在堆構(gòu)造的第二端。此外，如同第一端電池，第二端電池或第二組端電池可包括具有低于堆構(gòu)造中其它燃料電池的陽極氣體流量的陽極側(cè)、和包括具有高于堆構(gòu)造中其它燃料電池的陰極氣體流量的陰極側(cè)的陰極側(cè)。采用具有前述構(gòu)造的第一和第二電池，例如可允許在這種狀態(tài)和/或事件對FC堆中其它電池造成不利影響之前，對FC堆組件中的不利狀態(tài)和/或事件進(jìn)行檢測。在310，方法300可結(jié)束。

盡管為了清楚的目的較為詳細(xì)地對前面的內(nèi)容進(jìn)行了描述，但顯而易見的是，在不背離其原理的前提下可對這些內(nèi)容作出某些變更和修改。例如，在某些實施例中，本文中所公開的系統(tǒng)和方法可應(yīng)用于不包括在交通工具中的FC系統(tǒng)。應(yīng)注意的是，還存在實施本文中所描述工藝和系統(tǒng)的許多替代方式。因此，本發(fā)明的實施例應(yīng)被看作是說明性的而不是限制性的，并且本發(fā)明不應(yīng)局限于本文中所給出的細(xì)節(jié)，而是可在所附權(quán)利要求范圍和等同物內(nèi)作出修改。

前面已參考各種實施例描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在不背離本公開的范圍的前提下，可以作出各種修改和變更。例如，各種操作步驟以及用于執(zhí)行操作步驟的部件，可根據(jù)具體用途或者考慮與系統(tǒng)運行相關(guān)的任意數(shù)量的成本因素而以替代方式實施。因此，可將任何的一個或多個步驟加以刪除、修改、或者與其它步驟結(jié)合。此外，本公開應(yīng)被看作是說明性而不是限制性的，所有的這種修改意圖是包括在本公開的范圍內(nèi)。同樣地，上面已基于各種實施例描述了益處、其它優(yōu)點、和問題的解決方案。然而，可導(dǎo)致任何益處、優(yōu)點、或解決方案實現(xiàn)或者變得更加明顯的益處、優(yōu)點、問題的解決方案、和任何（一個或多個）要素不應(yīng)被理解成是重要的、必需的、或基本的特征或要素。

本文中所使用的術(shù)語“包含”和“包括”及其任何其它的變型，意圖涵蓋非排他性的包括，因此包含一系列要素的工藝、方法、物件、或裝置不僅包括這些要素而且也可包括未明確地列出的或者這種工藝、方法、系統(tǒng)、物件、或裝置所特有的其它要素。另外，本文中所使用的術(shù)語“聯(lián)接的”、“聯(lián)接”及其任何其它變型意圖涵蓋物理連接、電連接、磁性連接、光學(xué)連接、通信連接、功能連接、和/或任何其它連接。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在不背離本發(fā)明基本原理的前提下，可對上述實施例的細(xì)節(jié)作出許多變更。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅決定于所附權(quán)利要求。