[发明专利]观察燃料电池系统启动期间的阳极流体成分的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统。更具体地，本发明涉及用于确定在启 动期间燃料电池系统阳极部分中的流体成分的燃料电池系统和方法。

背景技术

在燃料电池系统中，在启动时的阳极浓度是用于启动/停机控制以 满足排放标准的关键参数。当前，阳极浓度通过来自于查询表(LUT) 的寿命初期(BOL)特征来确定。然而，BOL特征可能不代表随时间 变化的准确阳极浓度。

在当前现有技术侧重生产的燃料电池系统(FCS)中，系统启动在 氢气使用方面是相对低效的。当前FCS启动方法通常包括燃料电池堆 阳极集管吹扫程序和燃料电池堆阳极冲洗程序以防止电极催化剂降 级。吹扫和冲洗程序在持续时间和流率上基于FCS已经关闭多久(例 如，使用系统“关闭计时器”)而不同。如果FCS已经关闭短时间， 则假设燃料电池堆中剩留大量的氢气。随着系统老化，外围设备 (balance-of-plant)部件(例如阀)和燃料电池堆膜会降级。这种降级 会增加从阳极的氢气扩散速率。由于该已知行为，当前启动方法针对 寿命末期FCS进行标定。因而，启动方法可在不必要时采用集管吹扫。 此外，具有异常(高端)部件和/或膜的寿命初期FCS可具有极慢的氢 气扩散速率(比标定基准更慢)；在这种情况下，可能不需要较长的 关闭时间，只要集管吹扫或冲洗即可。

当前，不存在用于FCS内部的高性能(～ms响应时间)易于生产 的氢气浓度传感器。借助于这种传感器，可以检测通过集管吹扫或冲 洗阀的氢气前锋，其中，氢气前锋表示集管吹扫程序或集管冲洗程序 的期望终点。此外，用于检测FCS中流体成分的装置将使得可以修正 启动程序以确保最佳操作。

期望开发用于确定燃料电池系统中流体成分的燃料电池系统和方 法，从而提供调整和修正燃料电池系统启动程序的基础，以最大化燃 料电池系统从寿命初期至寿命末期的效率、耐用性和可靠性。

发明内容

根据本发明，令人惊奇地发现用于确定燃料电池系统中流体成分 的燃料电池系统和方法，从而提供调整和修正燃料电池系统启动程序 的基础，以最大化燃料电池系统从寿命初期至寿命末期的效率、耐用 性和可靠性。

在一个实施例中，一种燃料电池系统包括：具有多个燃料电池的 燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阳极供应歧管和阳极排出歧管；第 一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧管和阳极排出歧管中的至少一个 流体连通，其中，所述第一阀包括用于接收流体的入口和用于排出流 体的出口；传感器，用于测量第一阀的入口和出口处的流体压力，其 中，所述传感器产生表示压力测量值的传感器信号；和处理器，用于 接收所述传感器信号、分析所述传感器信号、并基于所述传感器信号 的分析来确定燃料电池系统中的流体成分。

在另一个实施例中，一种燃料电池系统包括：具有多个燃料电池 的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阳极供应歧管和阳极排出歧管； 第一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧管流体连通，其中，所述第一 阀包括用于接收流体流的入口和用于排出流体的出口；第二阀，所述 第二阀与所述阳极排出歧管和再循环回路中的至少一个流体连通，其 中，所述第二阀包括用于接收流体的入口和用于排出流体的出口；至 少一个传感器，用于测量第一阀和第二阀中的每个的入口和出口处的 流体压力，其中，所述至少一个传感器产生表示压力测量值的传感器 信号；和处理器，用于接收所述传感器信号、分析所述传感器信号、 并基于所述传感器信号的分析来确定燃料电池系统中的流体成分。

本发明也提供用于确定燃料电池系统中的流体成分的方法。

一种方法包括步骤：提供具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述 燃料电池堆包括阳极供应歧管和阳极排出歧管；提供第一阀，所述第 一阀与所述阳极供应歧管和阳极排出歧管中的至少一个流体连通，其 中，所述第一阀包括用于接收流体的入口和用于排出流体的出口；测 量第一阀的入口和出口处的流体压力；和基于所述流体压力的测量值 来确定第一阀中的流体成分。

一种燃料电池系统，包括：

具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阳极供应歧 管和阳极排出歧管；

第一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧管和阳极排出歧管中的至少 一个流体连通，其中，所述第一阀包括用于接收流体的入口和用于排 出流体的出口；

传感器，用于测量第一阀的入口和出口处的流体压力，其中，所述 传感器产生表示压力测量值的传感器信号；和