常規(guī)的電化學燃料電池將燃料和氧化劑轉換成電能和反應產物。常見的電化學燃料電池類型包括膜電極組件(MEA)，所述膜電極組件包括在陽極與陰極之間的聚合物離子(質子)轉移膜和氣體擴散結構。使燃料(諸如氫)和氧化劑(諸如來自空氣的氧)穿過MEA的相應側面以產生電能和作為反應產物的水?？梢孕纬梢粋€堆，其包括數(shù)個布置有單獨的陽極和陰極流體流動通路的此類燃料電池。這種堆通常呈包括眾多單個燃料電池板的塊形式，所述燃料電池板由處于堆的任一末端處的端板保持在一起。

重要的是聚合物離子轉移膜保持水化以便有效地運行。同樣重要的是堆的溫度是受控的。因此，冷卻水可供應至堆以用于冷卻和/或水化。因此，燃料電池系統(tǒng)可包括例如用于儲存用于水化和/或冷卻燃料電池堆的水的水/冷卻劑儲存箱。如果燃料電池系統(tǒng)在零下狀態(tài)下儲存或運行，則燃料電池堆和水儲存箱中的水可能凍結。凍結水可引起阻塞，所述阻塞妨礙冷卻劑或水化水向燃料電池堆的供應。當水儲存箱中的水不再通過穿過堆而進行加熱并且可能完全凍結時，這對燃料電池系統(tǒng)的停機尤其成問題。在這種情況下，可能不可獲得足夠的液態(tài)水用于水化和/或冷卻。這可阻止燃料電池堆重啟或以全功率運行，直到凍結水已被解凍。已知在燃料電池系統(tǒng)中提供加熱器，所述加熱器依靠諸如來自蓄電池的儲能工作，并且使燃料電池系統(tǒng)保持在零上的溫度下以防止凍結發(fā)生。然而，蓄電池功率是有限的并且如果蓄電池出故障或變?yōu)榉烹姷?，則燃料電池系統(tǒng)可能經歷凍結。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，我們提供了一種用于儲存燃料電池系統(tǒng)中的冷卻劑的冷卻劑儲存箱，所述冷卻劑儲存箱包括多個可單獨控制的加熱元件。

這是有利的，因為已發(fā)現(xiàn)加熱元件的這種布置對快速且高效地凍結冷卻劑儲存箱中的冷卻劑是特別有效的。這能夠使燃料電池系統(tǒng)(所述箱向其供應純冷卻劑)快速地被供應其所需要的冷卻劑以使得其可以全功率運行。冷卻劑通常是水，但是其可以包括乙二醇或其他冷卻劑。

冷卻劑箱可與控制器相關聯(lián)，所述控制器被配置成依序啟用可單獨控制的加熱元件。依序啟用可包括隨時間推移來另外啟用加熱元件。所述依序啟用可包括啟用第一加熱元件，然后在停用第一加熱元件或改變傳遞至第一加熱元件的功率的同時啟用第二加熱元件。控制器可被配置成隨時間推移或響應于箱中冷卻劑如何融化的量度來“依序啟用”。

多個可單獨控制的加熱元件中的至少一個可包括；

位于冷卻劑儲存箱的基部處或中的加熱元件；

從所述冷卻劑儲存箱的基部向上延伸的加熱元件；

從所述箱的上表面向下延伸的加熱元件；

沿所述箱的側面定位的加熱元件；以及

從所述箱的側面延伸的加熱元件。

冷卻劑儲存箱可包括位于所述冷卻劑儲存箱的基部的第一加熱元件和從基部向上延伸或從上表面向下延伸的第二加熱元件。已發(fā)現(xiàn)提供基部加熱器與從基部/上表面向上或向下延伸的加熱器的組合提供了對凍結冷卻劑的有效解凍。

冷卻劑儲存箱可包括在垂直方向上間隔開的兩個或更多個加熱元件，并且第一可單獨控制的加熱元件可被設置在箱的底部。在箱中提供垂直分布的加熱元件是有利的，因為熱在箱中以多個水平被傳遞。

多個可控制的加熱元件或其子組可各自使用歐姆加熱或感應加熱中的至少一種來加熱。此外，多個可控制的加熱元件或其子組可包括被配置成在箱內產生熱的局部加熱元件?？商娲?，加熱元件可包括遠程加熱元件，所述遠程加熱元件被配置成包括將在箱外部產生的熱傳遞至箱的傳熱元件。例如，熱管可將由排氣流產生的熱傳遞到箱中或者氫催化加熱器或易燃性氣體燃燒器可通過工作流體和位于箱中的換熱器將熱傳遞至箱。使用與冷卻劑儲存箱可形成其的一部分的燃料電池中使用的燃料相同的燃料是有利的。

冷卻劑儲存箱可包括第一冷卻劑儲存隔室和第二冷卻劑儲存隔室，所述第二冷卻劑儲存隔室與所述第一冷卻劑儲存隔室流體連通，其中所述第一冷卻劑儲存隔室包括可單獨控制的加熱元件并且所述第二冷卻劑儲存隔室是非加熱的。提供非加熱隔室使得加熱器的能量集中于箱中的一定比例的冷卻劑上以改進燃料電池系統(tǒng)的啟動時間。

第二冷卻劑儲存隔室可通過壁與第一冷卻劑儲存隔室分開，所述壁在其中包括孔以提供隔室之間的流體連通。壁基本防止對流進入第二隔室，從而通過限制來自加熱元件的熱所施加至的凍結冷卻劑的量來幫助解凍第一隔室中的冷卻劑。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，我們提供了一種包括第一方面的冷卻劑儲存箱的燃料電池系統(tǒng)。

這是有利的，因為在凍結狀態(tài)的情況下冷卻劑儲存箱可快速地向燃料電池堆供應冷卻劑。

可提供控制器，所述控制器被配置成啟用可單獨控制的加熱元件?？刂齐娐房杀慌渲贸梢佬騿⒂每蓡为毧刂频募訜嵩?。

控制器可被配置成監(jiān)測由箱所傳遞的流體的速率并且相應地控制多個可單獨控制的加熱元件。

燃料電池系統(tǒng)可被配置成將燃料電池系統(tǒng)中的冷卻劑驅動至冷卻劑儲存箱和/或被布置成使得冷卻劑至少在燃料電池系統(tǒng)停機時排到冷卻劑儲存箱。

燃料電池可被配置成向所述可單獨控制的加熱元件提供動力?？商娲鼗蛄硗?，儲能或來自替代源的能量可用于向加熱元件提供動力?？刂破骺杀慌渲贸稍诘谝还β仕较率苟鄠€可單獨控制的加熱元件中的第一加熱元件啟用(可能使用來自燃料電池的功率)持續(xù)第一時間段、將通過所述第一加熱元件加熱的冷卻劑從箱提供至所述燃料電池并且在第二功率水平下使多個加熱元件中的至少一個啟用(可能使用來自燃料電池的功率)持續(xù)第二時間段。第二功率水平可能高于第一功率水平。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，我們提供了一種融化燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑儲存箱中的凍結冷卻劑的方法，所述冷卻劑儲存箱包括用于融化所述箱內的凍結冷卻劑的至少一個加熱元件，所述冷卻劑儲存箱被配置成向燃料電池系統(tǒng)的燃料電池供應冷卻劑以至少冷卻運行過程中的燃料電池，所述方法包括以下步驟；

在沒有來自所述冷卻劑儲存箱的冷卻劑的情況下，運行所述燃料電池；

以第一融化模式運行，所述第一融化模式包括啟用所述至少一個加熱元件以融化所述冷卻劑儲存箱內的所述凍結冷卻劑的至少一部分；

向所述燃料電池供應所述融化的冷卻劑；

以不同于所述第一融化模式的第二融化模式運行。

這是有利的，因為燃料電池可在沒有冷卻劑冷卻的情況下以第一融化模式運行有限的時間段以從凍結冷卻劑箱中釋放少量的冷卻劑。一旦從冷卻劑箱接收到一定量的冷卻劑用于冷卻燃料電池堆，所述一定量可包括小于箱中凍結冷卻劑的總量，就可采用第二融化模式來融化箱中的更多量的凍結冷卻劑。另外的模式可利用位于箱中不同位置的不同加熱器。因此，第一加熱器可融化箱中的第一區(qū)中的凍結冷卻劑并且第二加熱器可融化第二區(qū)中的冷卻劑。通過使用多個可單獨控制的加熱器將箱分為區(qū)，箱中的凍結冷卻劑在箱中的不同位置處以遞增方式融化。因此，可使用第一融化模式來融化少量的冷卻劑，使得燃料電池可冷卻至能夠從燃料電池輸出更高功率的水平?？蓡为毧刂频募訜崞鞯氖褂媚軌蚴顾龇椒☉貌煌娜诨Ｊ剑@取決于在特定時間處已從箱中的凍結冷卻劑中釋放的冷卻劑的量。融化模式可包括控制哪些加熱器是啟用的，哪些是非啟用的，或者向加熱器供應的功率?？墒褂萌剂想姵鼗蛐铍姵鼗蚱渌麅δ芟蚣訜嵩峁﹦恿Σ⑶也煌碾娫纯梢圆煌哪Ｊ絹硎褂?。例如，燃料電池可以第一模式和第二模式向加熱器提供動力。可替代地，蓄電池可用于第一融化模式并且燃料電池用于第二融化模式。

冷卻劑儲存箱可包括第一加熱元件和第二加熱元件并且其中第一融化模式包括啟用第一加熱元件并且第二融化模式包括啟用第二加熱元件。除第一加熱元件之外，可啟用第二加熱元件?？商娲?，可啟用第二加熱元件并且停用第一加熱元件(或者改變供應的功率)。

在第二融化模式中，與第一融化模式相比，可將更多的功率從燃料電池供應至加熱元件。因此，當使凍結冷卻劑融化時，冷卻劑可為燃料電池獲得以用于冷卻。因此，可增加燃料電池的功率輸出并且將其供應至箱中的加熱元件以用于解凍更多的冷卻劑。

可將第一融化模式運行第一時間段并且隨后可將第二融化模式運行第二時間段。時間段可預先確定或者其可通過監(jiān)測運行過程中的燃料電池的參數(shù)來計算，例如所述參數(shù)為諸如燃料電池溫度、功率輸出或排氣組成。

當功率變?yōu)榭蓮娜剂想姵孬@得時，融化模式可包括供應至加熱元件的功率的基本上連續(xù)的傾斜上升。

在第一融化模式和第二融化模式之后，可提供至少一種另外的融化模式用于隨后的運行，所述另外的融化模式包括；

a)啟用不同于先前融化模式的加熱元件或加熱元件組合；或

b)在不同于先前融化模式的功率水平下運行加熱元件。

加熱元件可被定尺寸、成型或配置成在每個融化模式過程中有效地運行，這可在每個模式過程中有利地充分利用可獲自燃料電池的功率。因此，可在第一融化模式過程中啟用的第一加熱元件可位于冷卻劑箱的出口附近，使得通過融化凍結冷卻劑獲得的冷卻劑可容易地從箱抽取以供應至燃料電池。可替代地或另外，在第一融化模式過程中啟用的加熱元件可小于一個或多個其他加熱元件或被配置成與一個或多個其他加熱元件相比其熱消散在更小體積的箱中。因此，加熱元件可將其熱輸出(可能來自燃料電池的有限輸出功率)集中在小體積的凍結冷卻劑上以使得其可融化此凍結冷卻劑并且將所得冷卻劑供應至燃料電池。然后燃料電池在具有現(xiàn)在可獲得的此少量的冷卻劑的情況下可能夠增加其功率輸出。然后可在更高的功率水平下啟用另外的加熱元件，從而現(xiàn)在可用于融化箱中更多的凍結冷卻劑，所述另外的加熱元件可被配置成使得其熱輸出不是同樣集中在這樣的小體積中。

如上所述的燃料電池系統(tǒng)可被配置成根據(jù)以上方面的方法運行。運行方法可應用至本發(fā)明的任何其他方面。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，我們提供了一種用于儲存燃料電池系統(tǒng)中的冷卻劑的冷卻劑儲存箱，所述冷卻劑儲存箱包括位于冷卻劑儲存箱的基部處或中的第一加熱元件和包括以下各項中的至少一項的第二加熱元件；

從所述基部向上延伸的加熱元件；

包括從所述基部向上延伸的多個加熱子元件的加熱元件；

從所述箱的上表面向下延伸的加熱元件；

包括從所述箱的上表面向下延伸的多個加熱子元件的加熱元件；

沿所述箱的側面延伸的加熱元件；以及

從所述箱的側面延伸的加熱元件。

這是有利的，因為冷卻劑儲存箱可具有兩個或更多個啟用加熱元件，所述啟用加熱元件被布置在箱中的不同位置處以高效地融化可能在箱中形成的凍結冷卻劑。第二加熱元件可延伸至箱中以有效地解凍可在箱中圍繞其形成的凍結冷卻劑。加熱元件可包括從箱的基部、上表面、蓋或側面懸臂延伸的伸長加熱器，或可包括以鏈的形式布置的多個子加熱器。子加熱器可以是可單獨控制的。

第一加熱元件可形成冷卻劑儲存箱的基部的至少一部分。第一加熱元件可在基本上整個基部或僅基部的一部分上延伸。如果它僅在基部的一部分上延伸，則它可在箱出口區(qū)域處、相鄰于箱的出口進行延伸。

第二加熱元件可通過水儲存箱的基部接收電力。第一加熱元件和第二加熱元件可以是可單獨控制的。第一加熱元件可包括電動式加熱元件。

第二加熱元件可包括具有蒸發(fā)端和冷凝端的熱管，蒸發(fā)端被布置用于接收來自第一加熱元件的熱。

第二加熱元件可包括伸長構件。這是有利的，因為如果箱中的冷卻劑凍結，則加熱元件可延伸至凍結冷卻劑的塊中。

可提供另外的加熱元件?？商峁┰诨恐械牧硗獾募訜嵩⑶?或者可提供從基部向上延伸的另外的加熱元件并且/或者可提供從上表面向下延伸的另外的加熱元件。

冷卻劑儲存箱可包括至少部分地位于第二加熱元件之上或之下的第三加熱元件，所述第三加熱元件是可單獨控制的。

任選地，第二加熱元件包括位于箱的基部或上表面處的近端和與近端相對的遠端，第三加熱元件被布置成從第二加熱元件的遠端延伸?？商峁┒鄠€第三加熱元件。

控制器可被配置成基于冷卻劑儲存箱中的冷卻劑水平來啟用加熱元件。控制器可被配置成在啟用加熱元件之后將冷卻劑儲存箱內的冷卻劑維持一時間段。所述時間段可包括預先確定的時間量。所述時間段可使用供應至第一加熱元件和/或第二加熱元件的能量的量度來確定。這是有利的，因為供應比恰好融化冷卻劑所需的能量更多的能量降低了冷卻劑在離開水箱后重新凍結的風險。

冷卻劑儲存箱可包括第一冷卻劑儲存隔室和第二冷卻劑儲存隔室，所述第二冷卻劑儲存隔室與所述第一冷卻劑儲存隔室流體連通，其中第一冷卻劑儲存隔室包括第一加熱元件和第二加熱元件并且第二冷卻劑儲存隔室是非加熱的。

第二冷卻劑儲存隔室可通過壁與第一冷卻劑儲存隔室分開，所述壁在其中包括孔以提供隔室之間的流體連通。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，我們提供了一種包括本發(fā)明的第三方面的冷卻劑儲存箱的燃料電池系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，我們提供了一種用于儲存燃料電池系統(tǒng)中的冷卻劑的冷卻劑儲存箱，所述冷卻劑儲存箱包括第一冷卻劑儲存隔室和第二冷卻劑儲存隔室，所述第二冷卻劑儲存隔室與所述第一冷卻劑儲存隔室流體連通，所述第一冷卻劑儲存隔室包括至少第一加熱元件并且其中所述第二冷卻劑儲存隔室是非加熱的。

第二冷卻劑儲存隔室可通過分隔壁與第一冷卻劑儲存隔室分開，所述壁在其中包括孔以提供隔室之間的流體連通。

第一加熱元件可形成第一冷卻劑儲存隔室的基部的至少一部分。

冷卻劑儲存箱可包括多個可單獨控制的加熱元件。

第一冷卻劑儲存隔室可包括位于所述冷卻劑儲存隔室的基部的第一加熱元件和從基部向上延伸的第二加熱元件。可替代地，第二加熱元件可從箱的上表面向下延伸。第二加熱元件可包括電動式加熱元件。第二加熱元件可包括具有蒸發(fā)端和冷凝端的熱管，蒸發(fā)端被布置用于接收來自第一加熱元件的熱。第二加熱元件可包括伸長構件?？商峁┒鄠€第二加熱元件。

冷卻劑儲存箱可包括至少部分地位于一個或多個第二加熱元件之上的第三加熱元件，所述第三加熱元件是可單獨控制的?？商峁┒鄠€第三加熱元件。

控制器可被配置成基于冷卻劑儲存箱中的冷卻劑水平來啟用加熱元件?？刂破骺杀慌渲贸稍趩⒂玫谝患訜嵩髮⒗鋮s劑儲存箱內的冷卻劑維持一時間段，其中所述時間段包括；

a)預先確定的時間量；或

b)所述時間段使用供應至所述第一加熱元件和/或所述第二加熱元件的能量的量度來確定。

第一冷卻劑儲存隔室可包括多個可單獨控制的加熱元件。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面，我們提供了一種包括本發(fā)明的第五方面的冷卻劑儲存箱的燃料電池系統(tǒng)。

僅以舉例的方式，下述為參照附圖的本發(fā)明的實施方案的詳細描述，其中:

圖1示出燃料電池系統(tǒng)的示例性冷卻劑儲存箱；

圖2示出包括加熱元件的第一示例性冷卻劑儲存箱的圖解視圖；

圖3示出冷卻劑儲存箱中的加熱元件的第二實例的圖解視圖；

圖4示出冷卻劑儲存箱中的加熱元件的第三實例的圖解視圖；

圖5示出被分為隔室的第四示例性冷卻劑儲存箱的圖解視圖；

圖6示出具有向下延伸的加熱元件的第五示例性冷卻劑儲存箱；

圖7示出具有傾斜的側壁和與側壁相關聯(lián)的加熱元件的第六示例性冷卻劑儲存箱；并且

圖8示出第七示例性冷卻劑儲存箱；

圖9示出第八示例性冷卻劑儲存箱；

圖10示出圖9中所示的箱的平面視圖；

圖11示出第九示例性冷卻劑儲存箱；并且

圖12示出第十示例性冷卻劑儲存箱。

所有圖示出燃料電池系統(tǒng)2的冷卻劑儲存箱1。在此實例中，冷卻劑包括水，但是應當理解可使用其他冷卻劑。此外，應當理解本發(fā)明的儲存箱可儲存除冷卻劑之外的液體并且可用于經歷凍結狀態(tài)或其中液體需要加熱的液體儲存箱。冷卻劑或水儲存箱1儲存純凈水以用于燃料電池堆3的水化和蒸發(fā)冷卻。

水儲存箱1包括具有用于接收水的入口5和用于供應由燃料電池堆3使用的水的出口6的中空本體4，所述水可從燃料電池堆3的排放流體流抽取。水儲存箱1包括多個可單獨控制的加熱元件7、8a、8b(示出于圖2的更詳細視圖中)。

水儲存箱1還包括計量器10，所述計量器10用于向用戶顯示多少水存在于水儲存箱1中。這種計量器的結構對于本領域的技術人員是已知的并且將僅在此進行簡述。計量器10包括含有浮標11的中空柱12。流動通路13將柱12的基部14連接至水儲存箱1的基部15，使得它們處于流體連通。水儲存箱1中的水能夠經由流動通路13進入柱12并且作用于浮標11以顯示水位。作為計量器10的替代或附加，液位(level)傳感器諸如電容傳感器可存在于箱或柱12中。液位傳感器可包括用于顯示其輸出值的顯示器。傳感器可將液位報告至控制器，所述控制器可利用該信息來依序啟用加熱器和/或選擇啟用哪個加熱器。排水管16存在于流動通路13中以將水從柱12中排出。還在水儲存箱1與排水管16之間在流動通路13中設置了閥17，以控制從箱1至柱12的水的流量。

出口6包括閥18，所述閥用于控制水從箱1流出出口6到出口導管19的流量，所述出口導管將水傳輸至燃料電池系統(tǒng)的其余部分。還在出口6處于在閥18的下游設置了排水管20，以使出口導管19排放。出口導管19包括泵21，所述泵用于使水沿著出口導管19從箱中泵送至燃料電池堆。本體4包括箱1的基部15中的另外的排水管22和空氣入口23。

圖2示出水儲存箱1的基部15。包括基部加熱元件7的第一加熱元件位于本體6的基部15內。基部加熱元件7可包括在本體4的基部上延伸的板加熱器?；考訜嵩?是電動式加熱元件。包括向上的加熱元件8a的第二加熱元件基本上從基部15向上延伸。向上的加熱元件8a包括延伸到水儲存箱1的中空內部中的伸長構件。向上的加熱元件8a是電動式加熱元件并且通過基部15來接收其電力。向上的加熱元件8a可與基部加熱元件7分開控制。在此實施方案中，提供了第二向上的加熱元件8b(其可被認為是第三加熱元件)。第二向上的加熱元件8b與第一向上的加熱元件呈相同形式，但是從基部15的不同部分延伸。第二向上的加熱元件8b可與基部加熱元件7和第一向上的加熱元件8a分開控制。

圖1示出燃料電池系統(tǒng)2停機時的水儲存箱1。系統(tǒng)2可被配置和布置成使得系統(tǒng)2中的液態(tài)水24排到水儲存箱1?？商娲鼗蛄硗?，燃料電池系統(tǒng)2可至少在燃料電池系統(tǒng)停機時主動地將水驅動至水儲存箱。因此，例如可使用吹掃氣體將任何液態(tài)水從燃料電池堆3中沖出并且進入水儲存箱1中。

將閥17和閥18致動以防止水儲存箱1中的水經由流動通路13和出口6離開箱1。將排水管16和20打開以使柱12和出口導管19的可能存在于其中的任何水排出。這確保計量器10、出口6和出口導管19保持對任何可形成的冰的清除。

在凍結狀態(tài)的情況下，使得箱1中的水24凍結。系統(tǒng)2可不包括在系統(tǒng)2斷電時維持凍結點之上的溫度的輔助加熱器。在重啟系統(tǒng)1時，可能需要水來用于冷卻燃料電池堆3和/或水化燃料電池膜。因此，如果箱1中的水凍結，則必須快速解凍水以使得堆3可獲得水。

在沒有從水箱注入任何用于蒸發(fā)冷卻的水的情況下，可以降低的功率水平諸如正常功率的10％來啟動堆3?？沈寗友趸瘎┩ㄟ^堆使得所述氧化劑以較高的化學計量運行以便使堆冷卻，直到來自箱1的水可用于蒸發(fā)冷卻。在此實例中，由堆3產生的電力用于向加熱元件7、8a、8b提供動力。這是有利的，因為融化冰所需的功率是通過堆本身產生，而不是通過消耗蓄電池產生。已知蓄電池在低溫下可能經歷低性能并且因此使用堆功率(可能以低功率模式運行)是有益的。加熱元件是可單獨控制的并且因此可按需要啟用。在此實例中，控制器25啟用所有加熱元件；基部加熱元件7和兩個向上的加熱元件8a和8b。加熱元件將融化箱中的冰。在加熱元件7、8a、8b已開始融化冰之后，控制器25可將閥18在關閉位置保持一定加熱時間段。這將使水保留在加熱元件周圍以充當導體/對流介質，從而有助于融化箱1中的冰的其余部分。加熱時間段可包括預先確定的時間段?？商娲?，加熱時間段可使用箱1中的溫度傳感器或任何其他適合裝置基于已被融化的冰量來確定，所述被融化的冰量可通過測量加熱元件的電流消耗來確定。

然后可打開閥18(同時現(xiàn)在排水管20關閉)以使得水被供應至燃料電池堆3。還可打開閥17(同時現(xiàn)在排水管16關閉)以啟用計量器10。當水變?yōu)榭蓮南?獲得時，堆3的功率輸出可被增加。因此，更多的功率可為加熱元件獲得以解凍任何剩余的冰。可替代地，可提供額外的功率用于其他用途。

當融化的水離開系統(tǒng)2中所使用的箱1時，控制器25可停用向上的加熱器8a和8b。例如，如果箱1中的水位/冰位低于向上的加熱器8a、8b的水平，那么它們將不有效地加熱冰。因此，控制器25停用向上的加熱元件8a、8b是有利的?？商娲兀坏┳銐虻乃捎糜诙?，控制器25就可停用所有加熱元件7、8a、8b，無論箱1中是否還存在冰。因此，系統(tǒng)2可依賴于水，水通過穿過堆而被加熱，進入或重新進入箱1以便解凍任何剩余的冰?？商娲兀谕Ｓ盟屑訜嵩?、8a、8b之前，控制器25可等待所有冰進行融化。已發(fā)現(xiàn)基部加熱器和至少一個向上的加熱器的組合提供了解凍水箱中的冰的有效方式。提供可單獨控制的加熱元件也是有利的，因為例如可有效融化冰的加熱元件可優(yōu)先于其他而進行啟用。

運行的另一方法可包括依序運行的第一融化模式和第二融化模式。相對于啟用的加熱元件、啟用的加熱元件的組合、供應至加熱元件或每個加熱元件的功率或以上的組合，融化模式可能不同。例如，融化燃料電池系統(tǒng)的水儲存箱中的冰的方法可包括在沒有使用來自箱1的水進行蒸發(fā)冷卻的情況下以降低的功率運行燃料電池堆3。可將由堆3產生的降低的功率供應至以第一加熱模式運行的加熱元件。在此實例中，在第一融化模式中，一個加熱元件8b被供應有功率，而其他加熱元件是非啟用的。已發(fā)現(xiàn)燃料電池堆在沒有蒸發(fā)冷卻的情況下可運行有限的時間段。通過將在所述有限的時間段期間產生的功率集中到一個加熱元件中，可解凍一定比例的冰。然后可將此水供應至燃料電池堆以用于堆的蒸發(fā)冷卻。在可利用此有限量的水的情況下，已發(fā)現(xiàn)燃料電池堆可以更高的功率運行。因此，可使用不同的第二融化模式來融化更大量的水。

第二融化模式可包括使用從燃料電池堆3獲得的額外功率以啟用多個加熱元件中的另一個諸如加熱元件8a。因此，在第二加熱模式中，可啟用加熱元件8a來融化其周圍的冰。在第一融化模式中，使用加熱元件8b融化其周圍的冰以用于供應至燃料電池堆3。在第二融化模式中，在箱的不同位置處融化了在加熱器元件8b的周圍的不同量的冰?？商娲?，可啟用加熱元件8a和8b兩者。

使用可單獨控制的加熱器使得控制器在來自燃料電池堆的電力變?yōu)榭色@得時依序啟用加熱器。此外，隨著從水箱融化出更多的水，燃料電池堆可以更高的功率運行。因此，提供依序應用的不同融化模式可有利地使用可用的電力。加熱元件在箱中的位置在概念上將箱分為區(qū)，使得箱中的冰塊部分可以遞增方式融化。

可將融化模式應用預先確定的時間段。例如，在移至第二融化模式之前，可將第一融化模式運行30秒?？商娲?，可通過監(jiān)測加熱器元件和/或燃料電池堆的性能來確定每種融化模式的持續(xù)時間。例如，控制器可測量在特定模式過程中融化的水量并且可在從箱中接收到預先確定的水量時移至下一個模式?？商娲鼗蛄硗猓刂破骺蓽y量燃料電池堆3的溫度，并且測定模式之間的轉變應何時發(fā)生。

可提供另外的融化模式并且所述另外的融化模式可包括啟用不同于先前融化模式的加熱器元件或加熱器元件的組合；或在不同于先前融化模式的從燃料電池供應至加熱元件的功率水平下運行加熱器元件。

被配置成在第一融化模式過程中運行的加熱元件可具有不同于其他加熱器元件的構造和/或位置。例如，其可最靠近水箱的出水口定位?？商娲鼗蛄硗猓湔加玫哪芰枯敵?單位體積可高于箱中的其他加熱元件。這是有利的，因為在第一融化模式中可獲得有限的功率，但是已發(fā)現(xiàn)快速融化少量的水能夠增加燃料電池的功率輸出，從而有助于進一步融化冰。提供緊湊的加熱元件以用于在第一融化模式過程中啟用可能夠在第一融化模式過程中有效且快速地融化少量的冰。

圖3示出箱1中加熱元件的替代性布置。在此實例中，與前面的實施例一樣提供了電動式基部加熱元件30。提供了三個第二加熱元件，所述第二加熱元件包括向上的加熱元件31a、31b、31c。然而，在此實例中，向上的加熱元件31a-c包括熱管，而不是電動式加熱元件。熱管31a-c被布置用于將熱能從基部加熱元件30傳遞至箱1中可能形成的冰塊中。熱管31a-c各自包括蒸發(fā)端32a-c和冷凝端33a-c。蒸發(fā)端32a-c定位成與箱1的基部接觸并且因此接收來自基部加熱元件30的熱能。每個熱管中存在的工作流體吸收蒸發(fā)端32a-c處的熱能并且發(fā)生蒸發(fā)。工作流體沿管傳輸至冷凝端33a-c，在其中熱能傳遞至箱1中的冰/水并且工作流體發(fā)生冷凝。然后可以通過芯吸將工作流體傳輸至蒸發(fā)端32a、32b以繼續(xù)循環(huán)。

熱管31a-c可以具有不同的高度和/或位置并且可因此延伸至箱1內的不同點。例如，可在出口6周圍存在更高集中度的加熱元件30、31a-c。這將是有利的，因為出口6周圍的冰將更快速地融化，以便快速獲得水使其從出口6中流出。所述出口周圍的更高集中度的加熱元件可應用至本文所述的任何加熱元件類型。

此實施方案的操作類似于先前的實施方案。然而，控制器35僅控制單一的基部加熱器30，因為熱管31a-c無源地將熱能從基部加熱元件30傳遞至箱1的內部。在圖3的變型中，基部加熱器30可分為若干個可獨立控制的部分?？稍诨?5上以任何布局布置所述部分，例如它們可以是同心的或將基部分為扇區(qū)。所述部分可在基部的與一個或多個熱管相關聯(lián)的部分上延伸。應當理解將基部加熱器分為多個可單獨控制的基部加熱部分可應用于具有或不具有任何第二加熱元件的水箱1，并且無論第二加熱元件是否包括熱管。

圖4示出箱1中加熱元件的替代性布置。在圖4中，提供了包括基部加熱元件40的第一加熱元件。還提供了兩個第二加熱元件，所述第二加熱元件包括向上的加熱元件41a和41b。向上的加熱元件是電動式的并且通過基部15來接收電力。在此實施方案中，提供了第三加熱元件42a、42b，所述第三加熱元件包括在箱1中比第二加熱元件41a、41b延伸更高的上部加熱元件。第三加熱元件42a、42b是電動式加熱元件并且具有伸長的形式。向上的或第二加熱元件41a、41b包括從基部15延伸的近端43a、43b和與近端相對的遠端44a、44b。在此實例中，第三加熱元件42a、42b從向上的加熱元件41a、41b的遠端44a、44b延伸。第三加熱元件42a和42b是受控的并且通過第二加熱元件與第三加熱元件之間的連接部46a、46b來接收電力。

在使用時，控制器45可單獨控制基部加熱元件40、第一向上的加熱元件41a、第二向上的加熱元件41b、第一上部加熱元件42a和第二上部加熱元件42b。當在水箱1中檢測到冰時，控制器45最初可啟用所有加熱元件。如在第一實例中，向加熱元件提供動力的能量可通過以降低的功率模式運行燃料電池堆來獲得，直到可從箱1獲得水?？商娲?，可使用另外的能源。當冰融化并且箱1中的冰位/水位下降時，控制器可依序停用加熱元件。具體地，控制器45可首先停用上部加熱元件42a、42b。當冰位/水位進一步下降時，控制器可停用向上的加熱元件41a、41b，并且然后當獲得足夠的水時或當所有冰已融化時，例如控制器可停用基部加熱元件40。

圖5示出水儲存箱1的另外的實例。在此實施方案中，水儲存箱1分為兩個隔室；第一隔室50和第二隔室51。第二隔室51通過分隔壁52與第一隔室50分開。分隔壁52包括孔53，所述孔53提供第一隔室50與第二隔室51之間的流體連通。

第一隔室50包括第一加熱元件54、第二加熱元件55和第三加熱元件56，其分別包括基部加熱元件、從基部15延伸的向上的加熱元件和上部加熱元件。因此加熱元件具有與圖4中所示的構造類似的構造，不同的是僅提供了一個向上的加熱元件55和一個上部加熱元件56。第二隔室51不含有任何加熱元件并且因此是非加熱的。第二隔室可定位至第一隔室的側面并且可定位成使得其不是完全地在加熱元件的正上方。此外，大部分的第二隔室可從在加熱元件之上延伸的區(qū)域偏移。分隔壁可使第一隔室與第二隔室隔離。此布置使得加熱元件主要或完全地作用于第一隔室50中的冰/水體積上。

第一隔室50被定尺寸為保持特定的水量，所述特定的水量可以是燃料電池系統(tǒng)2以全功率或小于全功率的特定功率要求(諸如完全運行功率的30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％的功率水平)運行所需的最小水量。第二隔室51可保持另外的水或所需的額外的水，使得燃料電池系統(tǒng)可以全功率運行。

隔室的布置是有利的，因為水儲存箱使冰隔室化，使得加熱元件可解凍所需量(通過隔室尺寸來確定)的冰以用于運行。這改進了燃料電池系統(tǒng)實現(xiàn)所需的輸出功率的啟動時間。

在使用時，如在第一實例中，在停機時可將系統(tǒng)2中的水驅動至水儲存箱1并且可接收在隔室50、51中的任一者或兩者中。出口6位于第一隔室中(閥17也是如此)并且孔53使得第二隔室51中的水流到第一隔室并且通過出口6離開箱1。在兩個隔室50、51中允許水凍結。

在啟動燃料電池系統(tǒng)2時，啟用加熱元件54、55、56，所述加熱元件加熱第一隔室50中的冰。第二隔室的偏移位置和分隔壁52的存在使得加熱元件54、55、56解凍第一隔室中的冰，而基本上不作用于第二隔室51中的冰。由加熱元件產生的可有助于解凍的任何對流基本上不進入第二隔室51，這歸因于分隔壁。因此，箱的構造促進第一隔室50中冰的融化超過第二隔室51。圖5示出第一隔室50中的冰位/水位57和第二隔室51中的冰位/水位58。冰位/水位57低于冰位/水位58。因此圖5示出在加熱元件54、55、56已啟用一定時間并且已開始融化第一隔室50中的冰之后的水箱1。

當液位57降至低于上部加熱元件時可停用所述上部加熱元件56，接著停用向上的加熱元件55和基部加熱元件54。在第一隔室50達到最小水平并且向燃料電池系統(tǒng)2供應所需量的水之后第二隔室51中的冰可保持凍結。系統(tǒng)2中的水可通過水儲存箱1循環(huán)并且因此進入箱1的水可用于解凍第二隔室51中的冰。系統(tǒng)可被配置成使得第二隔室51中的冰由于與燃料電池系統(tǒng)的運行相關聯(lián)的增加的系統(tǒng)溫度而隨時間解凍。因此，即使在加熱元件54、55、56停用之后，第二隔室中的水可解凍并且通過孔53進入第一隔室50以增大來自第一隔室的水。

鑒于加熱元件集中于解凍僅所需的最小量的冰(由于其在水箱中隔室化)，燃料電池系統(tǒng)可高效地運行并且快速地啟動。

圖6示出箱1中加熱元件的替代性布置的另一實施方案。在圖6中，提供了包括基部加熱元件60的第一加熱元件。還提供了第二加熱元件61和第三加熱元件62。第二加熱元件和第三加熱元件兩者均從箱上表面63向下延伸到箱1的中空內部中。第二加熱元件和第三加熱元件是可單獨控制的。此外，第二加熱元件和第三加熱元件是電動式的并且通過上表面63來接收其電力。

向下延伸的第二加熱元件61和第三加熱元件62位于箱內部體積中的不同位置處并且可因此被認為與箱中的“區(qū)”相關聯(lián)，在所述區(qū)中使用那個特定的加熱元件來融化那個區(qū)中存在的冰?？刂破?5可被配置成按需要來啟用加熱器，所述啟用可通過多個融化模式，在所述融化模式過程中，啟用的加熱器發(fā)生改變并且/或者將不同量的功率供應至加熱元件。

圖7示出另一實施方案，其中箱1包括斜邊壁71。箱的側壁或每個側壁是傾斜的，由此使得側壁之間的距離朝著箱1的基部72減小。在此實施方案中，未提供基部加熱元件。第一加熱元件包括在箱1的本體4內沿著側壁延伸的側壁加熱器73。第二加熱元件包括在相對側上的另一側壁加熱器74。提供了從箱1的上表面(未示出)向下延伸的第三加熱元件76和第四加熱元件77。第一加熱元件、第二加熱元件、第三加熱元件和第四加熱元件是可單獨控制的并且通過控制器75控制。控制器75可實施任何適當?shù)姆桨竵碛糜谌诨赡茉谙?內形成的冰。例如，其可被配置成通過多個融化模式依序啟用一個或多個加熱元件。

圖8示出另一實施方案，其中第一加熱元件80存在于箱的基部并且第二加熱元件81從箱的上表面83向下延伸。箱中的上表面可包括用于進入箱的蓋，加熱元件從所述上表面懸置出。這是有利的，因為蓋子允許方便地觸及加熱元件以便維修等。此構造可適用于任一以上實施方案。

第二加熱元件包括伸長框82，所述伸長框82攜帶沿著框在間隔開的位置定位的多個子加熱元件81a、81b和81c。子元件是可單獨控制的。子加熱元件(如上述的可單獨控制的加熱元件)提供了用于將來自燃料電池或其他電源的電力集中在箱1內的特定位置處的另一裝置。

圖9和10示出具有可單獨控制的加熱器的另一實例。箱91包括基部加熱元件92和多個感應加熱元件93a-c。感應加熱元件包括圍繞著箱的感應線圈并且在施加交流電流時產生電磁場。因此，感應加熱元件的線圈可通過DC至AC轉換器供應，所述轉換器從燃料電池堆接收DC電流。感應加熱元件被配置成借助于電磁場作用于導電組件，在此實例中所述導電組件包括在箱內延伸的金屬管組件94。雖然感應加熱元件93a-c被配置成作用于常見的導電組件，但是它們圍繞箱布置在不同的(垂直)位置處并且因此優(yōu)先加熱導電組件的局部部分。應理解可提供多個導電組件以各自接收用于感應加熱組件或其子組的感應能。然而，雖然特定的感應加熱元件可主要加熱其相關聯(lián)的導電組件，但是其還可在較小程度上誘導與其他感應加熱元件相關聯(lián)的其他導電組件中的電流。金屬管組件94包括兩種不同直徑的同心管。管可以是穿孔的或在其中具有孔以使得任何融化的冷卻劑圍繞所述管循環(huán)。因此，控制器95可單獨控制基部加熱器92和感應加熱元件93a-c。

圖11示出與圖9中所示的實例類似的另一實例。在此實例中，圍繞箱1101在間隔開的位置處設置了五個可單獨控制的感應加熱元件1103a-e。感應加熱元件1103a-e被配置成引起感應組件1104中的加熱，在此實例中所述感應組件1104包括攪拌棒。攪拌棒1104被配置成在箱1101中旋轉并且電機1105提供動力。在此實例中未設置基部加熱器，但是可以包括基部加熱器。攪拌棒1104包括可旋轉的軸1106和從所述軸延伸的多個臂1107。攪拌棒1105可以是有利的，因為其可移動箱周圍的融化的或部分融化的冰以促進熱傳遞穿過箱1101。

圖12示出與圖6中所示的實例類似的另一實例。圖12示出包括換熱器120的第一加熱元件。換熱器120位于箱1的基部處。還提供了第二加熱元件121和第三加熱元件122。第二加熱元件121和第三加熱元件122兩者均從箱上表面123向下延伸到箱1的中空內部中。第一加熱元件、第二加熱元件和第三加熱元件是可單獨控制的。

換熱器120包括遠程加熱器，因為所述換熱器120被供應有來自在箱1外部的熱源的熱，而不是原位產生熱。換熱器120被供應有來自氫催化加熱器124的熱。氫催化加熱器使用催化劑將氫燃料氧化以產生熱。氫催化加熱器124將產生的熱傳遞至工作流體，所述工作流體經由導管125循環(huán)至換熱器120。因此換熱器120傳遞熱來用于融化箱1的基部內的任何冰。氫催化加熱器的使用是有利的，因為用于燃料電池的氫源是易得的。第二加熱元件121和第三加熱元件122是電動式的。

第一加熱元件、第二加熱元件和第三加熱元件121、122位于箱內部體積中的不同位置處并且可因此被認為與箱中的“區(qū)”相關聯(lián)，在所述區(qū)中使用那個特定的加熱元件來融化那個區(qū)中存在的冰?？刂破?26可被配置成按需要來啟用加熱器124/120、121、122，所述啟用可通過多個融化模式，在所述融化模式過程中，啟用的加熱器發(fā)生改變并且/或者將不同量的功率供應至加熱元件，如關于先前實施方案所述的。

應當理解，以上實例中論述的加熱元件可以是其他類型或類型的組合。例如，加熱元件可以是在箱內延伸的一部分中產生熱的類型，諸如電阻加熱器、感應加熱器或含有通過可逆的放熱化學反應產生熱的相變材料的加熱元件。加熱元件還可包括將來自遠程的熱產生位置的熱接收至箱的元件。例如，箱可包括接收加熱的傳熱流體(諸如乙二醇/水混合物)的換熱器(傳熱流體具有低于箱中冷卻劑的凍結溫度)。可使用熱管來將熱引導到箱中。熱管或管可連接至箱中的傳熱設備諸如換熱器。電阻加熱器或感應加熱器可被布置成加熱在箱的外部的傳熱元件的一部分，所述傳熱元件被配置成將熱傳遞至箱。傳熱元件可包括熱管或其他導熱構件。熱或用于熱產生的能量可通過以下各項供應：空氣冷卻的燃料電池、蓄電池、催化或非催化的氫燃燒器、易燃性氣體燃燒器、可使用來自燃料電池堆排出的氣體的排氣熱交換器、電容器或超級電容器和/或蓄熱電池諸如Schatz設備。

應當理解可提供基部類型、向上類型或上部類型、從箱的上表面或從側面向下延伸的另外的加熱元件，或布置得較高或布置在箱1中的其他位置處的另外的加熱元件。此外，可在箱1中提供以上加熱元件的組合。加熱元件可包括翅片、剛毛、輻條或其他被動加熱元件以將熱能散布在水箱中的整個冰塊上。加熱元件可具有不同于描述的那些的形狀或取向。例如，第三加熱元件可向第二加熱元件的向上方向傾斜。當箱中的水未凍結時，控制器可對所述水加熱。