[发明专利]燃料电池系统的操作方法

说明书

技术领域

本发明的实施例的方面涉及操作燃料电池系统的系统和方法。

背景技术

燃料电池，作为用于通过使用燃料(氢或重整气)和氧化剂(氧或空气)以电化学方式产生电力(power)的设备，通过电化学反应将从外部(例如，外部源)连续供应的燃料和氧化剂直接转换成电能。

例如，燃料电池可以使用纯氧(或包含大量氧的空气)作为氧化剂并且使用纯氢(或通过重整碳氢燃料(LNG、LPG、CH₃OH))而产生的包含大量氢的燃料)作为燃料。

发明内容

本发明的方面针对能够容易地(或稳定地)向燃料电池堆供应燃料而不使用浓度传感器的操作燃料电池堆的方法和系统。

根据本发明的一个实施例，一种操作燃料电池系统的方法包括：在不从燃料箱供应燃料的同时在燃料电池堆中产生电力；将所述电力的输出电压向目标电压降低以增加所述电力的输出电流；测量所述输出电流的增加速率；当所述输出电流的增加速率低于阈值速率时，开始向所述燃料电池堆供应燃料；以及控制所述燃料电池堆中的燃料浓度，以将所述输出电流维持在目标电流电平。

产生所述电力的步骤可以包括：操作所述燃料电池堆直到所述燃料电池堆产生的电力的输出电压被稳定在开路电压电平为止。在降低所述电力的输出电压时，所述输出电压可以减小直到其达到所述目标电压为止。在一个实施例中，所述阈值速率不大于0A/s。所述阈值速率可以在0A/s与-0.5A/s之间。所述输出电压可以被维持在所述目标电压。控制所述燃料电池堆中的燃料浓度的步骤可以包括：在第一时段期间供应燃料；以及在第二时段期间停止燃料供应。

控制所述燃料电池堆中的燃料浓度的步骤可以包括：操作燃料泵以将燃料从燃料箱供应到混合器。控制所述燃料电池堆中的燃料浓度的步骤还可以包括：在所述混合器中将来自所述燃料箱的燃料与水混合。所述燃料泵由从下列的组中选择的控制器来控制，所述组包括比例控制器、比例积分控制器、和比例积分微分控制器。

所述操作燃料电池系统的方法还可以包括：将所述输出电压维持在所述目标电压；检测燃料电池堆中的温度；以及当检测到的温度大于阈值温度时，降低所述目标电压。降低所述目标电压的步骤可以包括：控制所述燃料电池堆中的燃料的浓度，以将所述输出电压维持在降低的目标电压。所述阈值温度可以在大于参考操作温度2％与10％之间。

所述操作燃料电池系统的方法还可以包括：将所述输出电压维持在所述目标电压；测量供应到配置用于冷却所述燃料电池堆的风扇的功率；以及当测得的供应到所述风扇的功率大于阈值功率时，降低所述目标电压。所述阈值功率可以比参考操作功率大5％到20％。所述参考操作功率可以是所述风扇的最大使用功率的70％。

根据本发明的另一实施例中，一种操作燃料电池系统的系统包括：燃料电池堆，其被配置为在不从燃料箱供应燃料的同时产生电力；外围设备，其被配置为将所述电力的输出电压向目标电压降低以增加所述电力的输出电流，并且测量所述输出电流的增加速率；以及控制器，其被配置为在所述输出电流的增加速率低于阈值速率时开始向所述燃料电池堆供应燃料，并且控制所述燃料电池堆中的燃料浓度以将所述输出电流维持在目标电流电平。

附图说明

图1是根据本发明的第一示范性实施例的燃料电池系统的示意性框图；

图2是示出根据本发明的第一示范性实施例的操作燃料电池系统的方法的流程图；

图3是根据图2中示出的操作燃料电池系统的方法的电压和电流对照时间的曲线图；

图4是根据本发明的第二示范性实施例的燃料电池系统的示意性框图；

图5是示出根据本发明的第二示范性实施例的操作燃料电池系统的方法的流程图；

图6是示出根据依据本发明第一和第二示范性实施例的操作燃料电池系统的方法的电池堆的电压、电流、功率、和燃料浓度随时间变化的曲线图；

图7是示出根据依据本发明第一和第二示范性实施例的操作燃料电池系统的方法的电流和燃料浓度随时间变化的曲线图；

图8是示出根据依据本发明第一和第二示范性实施例的操作燃料电池系统的方法的电池堆温度、阳极温度、和外部温度随时间变化的曲线图；

图9是示出当通过依据本发明第一和第二示范性实施例的操作燃料电池系统的方法重新开始操作时电池堆的功率、电压、电流、和燃料浓度随时间变化的曲线图；

图10是示出当通过依据本发明第一和第二示范性实施例的操作燃料电池系统的方法重新开始操作时电池堆的电流和燃料浓度随时间变化的曲线图；

图11示出根据本发明第三示范性实施例的燃料电池系统的示意性框图；和