[发明专利]燃料电池系统、用于燃料电池系统的控制方法以及用于燃料电池的状态检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统、以及用于燃料电池系统的控制方法，并且还涉及一种用于燃料电池的状态检测方法。

背景技术

燃料电池通常是一种使用氢和氧作为燃料来获取电能的装置。因为燃料电池对于环境保护而言是优良的并且能够实现高能效率，所以已经广泛地对于作为未来能量供应系统的燃料电池进行了研究和开发。

为了向通过在氢和氧之间的电化学反应而产生电力的燃料电池供应作为燃料的氢，通常存在两种方法：一种是供应被存储在高压力罐等中的氢；以及另一种是供应通过重整包含氢原子的燃料而获得的氢。在采用后一方法的情形中，例如通过与水和氧(空气)一起地向重整器供应重整燃料(例如甲醇、乙醇等的酒精等，诸如汽油、天然气、丙烷等的碳氢化合物，醛、氨等)并且加热重整燃料，水和氧而产生氢。其中在日本专利申请公布No.2005-44708(JP-A-2005-44708)、日本专利申请公布No.2005-93218(JP-A-2005-93218)和日本专利申请公布No.11-40178(JP-A-11-40178)中公开了基于所产生的电流的变化或者所产生的电压的变化来计算被供应到燃料电池的燃料的流量的现有技术。

已经提出了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括燃料电池、以及燃烧从燃料电池的阳极排放的阳极排气的燃烧部。例如，利用了在这个燃料电池系统中产生的燃烧热来加热水，或者通过前面的重整器来产生氢。

利用前面的方法，其中基于所产生的电流或者所产生的电压的变化来计算被供应到燃料电池的燃料的流量，存在配备有燃烧器的燃料电池系统会未能适当地控制燃料流量的可能性。

另外，配备有燃料电池的某些燃料电池系统被配备有用于从诸如碳氢化合物等的燃料产生氢的重整器。其中通过检测由重整器产生的燃料气体中的碳氢化合物浓度而检测重整器的劣化的、在国际公布No.20005/018035中公开的技术也存在前面的问题。

发明内容

本发明提供一种具有燃料电池和燃烧部并且能够适当地控制燃料的流量的燃料电池系统、以及用于该燃料电池系统的控制方法。

本发明还提供一种能够检测燃料电池的状态而不需要提供碳氢化合物传感器的燃料电池系统、以及一种用于燃料电池的状态检测方法。

本发明的第一方面涉及一种燃料电池系统，包括：燃料电池；燃料供应部，其向该燃料电池供应燃料；燃烧部，其燃烧从该燃料电池的阳极排放的阳极排气；氧浓度检测部，其检测氧浓度；以及燃料流量控制部，其控制从该燃料供应部供应到该燃料电池的燃料的流量，从而由该氧浓度检测部检测的、在从该燃烧部排放的燃烧排气中的氧浓度的波动量在第一值和大于第一值的第二值之间。

考虑了如果在燃烧部中的燃烧不是良好的(例如，如果在燃烧部的一部分中发生点火失败)，则在燃烧排气中的氧浓度的波动是高的。这是由于在整个燃烧部或者燃烧部的一部分中空气过量率的降低而发生的，空气过量率的降低是与整个燃料电池或者燃料电池的一个或者多个单元电池的电力产生故障相关联地发生，即，与在一个或者多个单元电池中的燃料利用率的降低相关联地发生的。单元电池是否碰到电力产生故障还受到流至单元电池的燃料的流量所影响。根据前面的构造，被供应到燃料电池的燃料的流量能够被调节，使得在燃烧排气中的氧浓度的波动在适当的范围中，并且因此能够使得发生电力产生故障的单元电池恢复良好的电力产生状态。即，能够执行燃料流量的正确控制，使得燃料电池的电力产生的稳定性改进。作为增加燃烧气体中的氧浓度的波动的另一原因，可以设想由于燃烧部自身的劣化等在为稳定燃烧设定的空气过量率中发生变化。在此情形中，同样，如果被供应到燃料电池的燃料的流量被调节，则使燃烧部中的燃烧稳定化的适当空气过量率能够得以实现。

在根据本发明的燃料电池系统中，如果在燃烧排气中的氧浓度的波动量大于第二值，则燃料流量控制部可以增加燃料的流量，并且如果在燃烧排气中的氧浓度的波动量小于第一值，则流量控制部可以降低燃料的流量。

在燃烧排气中的氧浓度的振幅大于第二值的情形中，认为在燃料电池中电力产生故障已经发生。根据前面的构造，在该情形中，通过增加燃料的流量而改进了在燃料电池中的电力产生状态。在另一方面，在燃烧排气中的氧浓度的振幅小于第一值的情形中，认为燃料电池的电力产生状态是良好的，但是存在燃料的过量供应的可能性。因此，在该情形中，通过降低燃料的流量，能够改进电力产生的稳定性，并且还能够改进电力产生效率。