[发明专利]用于燃料电池系统的传感器装置

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池系统(100)的传感器装置(10)，其用于确定冲扫参数(SP)以控制燃料电池系统(100)的冲扫过程，该传感器装置具有用于安置在燃料电池堆(110)的阳极部(120)的阳极供应部(122)内的第一流道(20)和用于安置在燃料电池堆(110)的阳极部(120)的再循环部(126)内的第二流道(130)，这两个流道至少局部借助气密隔膜(40)被相互分隔，其中，该隔膜(40)设计成能够被质子穿透并且在两侧具有电极部(42,44)，该传感器装置还具有测量装置(50)，用于基于这两个电极部(42,44)之间的电压来确定作为冲扫参数(SP)的在第一流道(20)与第二流道(30)之间的燃料浓度差。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池系统的传感器装置、一种具有这种传感器的燃料电池系统以及一种用于控制燃料电池系统的冲扫过程的方法。

背景技术

已知的是燃料电池在使用中进行燃料再循环。在此，燃料例如是氢气，其被供入燃料电池的阳极侧并在那里被化学转化。但在常见的工作方式中，在阳极之后的阳极废气中仍留有剩余燃料。为了能再使用尚存的剩余燃料而已知的是，至少一部分阳极废气在再循环部内又被供入阳极供应部。

已知的解决方案的缺点是上述再循环造成可能在阳极供应部和进而在燃料电池堆的阳极中出现污染。氮气可能因扩散过程而进入阳极废气并通过再循环又被供入阳极供应部，由此也形成富集。在阳极废气中也存在水或水蒸汽，其也以液态形式呈滴状通过再循环被供入阳极供应部并在那里也会在氢气路径内阻塞通路。另外，基于危害机制可能出现在阳极侧形成少量的一氧化碳和二氧化碳。因此为了避免阳极供应部气体严重污染，在已知的燃料电池系统中执行冲扫过程。在此尤其区分为吹扫过程和渗流过程。吹扫过程是对阳极供应部进行短暂排放或冲扫，而渗流过程是指以少量体积流长期排放或冲扫。

在已知的解决方案中，冲扫过程的时刻或是在燃料电池堆的单独电池低于一定电池电压时被触发，或是通过算法基于模拟模型来确定。因此要模拟经过何种工作时间以及在何种工作状态下在阳极供应部内出现何种脏污。随后基于模拟结果执行该冲扫过程。为了避免模拟误差叠加，出于安全考虑执行更多次冲扫。这一方面是不利的，因为它限制燃料电池工作。另一个缺点是以此方式浪费的阳极供应气体、即不再可供发电所用的损失燃料。

发明内容

本发明的任务是至少部分消除前述缺点。本发明的任务尤其是以廉价且简单的方式改善燃料电池系统内的冲扫过程的控制。

前述任务通过一种具有权利要求1的特征的传感器装置、一种具有权利要求9的特征的燃料电池系统以及一种具有权利要求13的特征的方法来完成。本发明的其它特征和细节来自从属权利要求、说明书和图。在此，与本发明的传感器装置相关所描述的特征和细节显然也与本发明的燃料电池系统以及本发明的方法相关地是适用的，反之均亦然，故关于对这些发明方面的公开内容总是相互参照或能够相互参照。

根据本发明，用于燃料电池系统的传感器装置设计用于确定一个冲扫参数以控制燃料电池系统的冲扫过程。为此，该传感器装置具有用于安置在燃料电池堆的阳极部的阳极供应部内的第一流道。另外，该传感器装置配备有用于安置在燃料电池堆的阳极部的再循环部内的第二流道。第一流道和第二流道借助气密隔膜至少局部被相互分隔。该隔膜设计成是透质子的并在两侧配备有一个电极部。另外，该传感器装置具有用于基于两个电极部之间的电压作为冲扫参数确定第一流道与第二流道之间的燃料且尤其是氢气的浓度差的测量装置。

在本申请范围内，有时结合作为燃料的氢气来解释工作方式。显然，也可以在本发明内使用其它燃料。

不同于已知的解决方案，传感器装置现在被设计成整体确定在两个流道之间和进而在阳极供应部与再循环部之间的燃料浓度差。这尤其基于以下构思，即，阳极供应部内的浓度原则上是已知的，因为它用于燃料的供应。如果例如氢气被用作燃料，则假定在阳极供应部中存在百分百或近似百分百的氢气浓度。再循环部内的氢气浓度取决于污染的严重程度。在燃料电池整个工作期间污染积聚以致脏污含量增大，由此该再循环部内的氢气含量降低。