專利名稱：運行具有混合的離子/電子傳導電解質的固態(tài)氧化物燃料電池堆的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具體地通過改變固態(tài)氧化物燃料電池的一個或更多個運行條件來運行固態(tài)氧化物燃料電池堆(stack)以增加其效率的方法和裝置。
背景技術：
固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)是一種以比更傳統(tǒng)的產(chǎn)生技術更有效且更環(huán)保的方式從氫或化石燃料中產(chǎn)生電的有前途的裝置。然而，傳統(tǒng)的SOFC在非常高的溫度(高于900℃)下運行，即使最近的創(chuàng)新也只能將該溫度降低到700-800℃。這種高的運行溫度導致了構造這種燃料電池堆時所使用的材料以及相關系統(tǒng)堆件的嚴重問題。可以在這種溫度下經(jīng)受住長期運行的材料趨于昂貴，或者易碎，或者既昂貴又易碎。嘗試在高運行溫度下使用較低成本的材料(諸如鐵素體不銹鋼)引起了堆性能降低的問題，這是因為長期在這種高運行溫度下金屬會發(fā)生氧化并且不穩(wěn)定的鉻價態(tài)(chromium species)會發(fā)生遷移(migration)。
因此，為了針對大量市場應用而制造商業(yè)上有吸引力的SOFC堆，存在較強的動機來嘗試降低堆的運行溫度，從而降低所需材料的成本。在650℃以下的溫度下，諸如鐵素體不銹鋼的低成本材料的結構足夠穩(wěn)定，從而允許長期的運行，而堆性能沒有嚴重的降低。
傳統(tǒng)的SOFC使用摻雜了釔的鋯氧化物(YSZ)電解質。這是在高溫下傳導氧化物離子的材料，但不傳導電子。因此，它非常適合用作燃料電池電解質。不幸的是，YSZ不是特別好的氧化物離子導體，它的離子電阻在大約650℃以下變得不切實際地高，這導致了非常差的燃料電池性能。為了在此溫度以下運行(這如前面所述是非?？扇〉?，需要不同的電解質材料。
與不傳導電子的YSZ不同，存在許多混合的離子/電子傳導陶瓷電解質材料，它們在650℃以下具有高的離子傳導性。就其性能、穩(wěn)定性和處理時的安全性而言，在這些低溫混合的離子/電子傳導電解質材料之中最有前途且最廣泛使用的是摻雜了釓的鈰氧化物(CGO)，盡管還存在其他材料，諸如其他的經(jīng)摻雜的鈰氧化物。CGO在下至500℃以下展現(xiàn)出良好的離子傳導性。不幸的是，CGO不像YSZ一樣穩(wěn)定，并且在(諸如通常在燃料電池的陽極側見到的)溫度下在還原氣體中，Ce4+離子可能被還原為Ce3+。這導致電解質產(chǎn)生了一定的電子傳導性，從而導致了在燃料電池內流動的短路電流。該短路從外部被觀察為在開路中電池端子電壓的下降，并且導致將燃料中的能量轉換為電的效率降低。
CGO的該特性讓許多人拒絕將它作為電解質材料，因為他們認為由于內短路而產(chǎn)生的效率損失對于實用裝置來說太過嚴重了。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是至少減少上述問題中的一些問題。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種運行具有混合的離子/電子傳導電解質的固態(tài)氧化物燃料電池堆的方法，該方法包括以下步驟確定所述固態(tài)氧化物燃料電池堆的需用功率輸出；以及根據(jù)所確定的功率輸出，控制所述固態(tài)氧化物燃料電池堆的一個或更多個運行條件。
優(yōu)選地，固態(tài)氧化物燃料電池堆的變化的運行條件是燃料電池堆的溫度和傳送到燃料電池堆的燃料的稀釋度中的至少一個。
CGO的電子傳導性嚴重依賴于溫度，在足夠低的溫度下，可以將電子漏電電流減小到可接受的水平。隨著CGO電解質材料的運行溫度的降低，短路影響的幅度也減小。該影響減小到這樣的程度，即，當運行溫度降低到500℃時可以忽略該影響。因此，當燃料電池的運行溫度低于650℃或者更優(yōu)選地低于600℃時，CGO是合適的電解質材料。這尤其適用于在高的外部負荷下的情況，在該情況下，通過電解質的氧化物離子流量傾向于將Ce3+再氧化為Ce4+，因而消除了電子傳導性。
由于相對于外部電路電流，短路電流變得很小，所以具有包括鈰的電解質的燃料電池堆的效率在其額定功率的大約50％以上迅速提高。
例如可以證明，在接近全功率運行的情況下并且在小于600℃的溫度下，基于CGO的燃料電池的效率與在超過700℃的溫度下運行的基于YSZ的燃料電池是可媲美的，并且使用CGO并沒有產(chǎn)生嚴重的不利結果。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于具有混合的離子/電子傳導電解質的固態(tài)氧化物燃料電池堆的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括用于確定所述堆的需用功率輸出的裝置；以及控制器，用于根據(jù)所述需用功率輸出，控制所述堆的一個或更多個運行條件。
可以將所述控制器安排為控制所述堆的溫度和傳送到所述堆的燃料的稀釋度中的至少一個。
具有混合的離子/電子傳導電解質的燃料電池堆可以設置有根據(jù)本發(fā)明的第二方面的控制系統(tǒng)。


現(xiàn)在將參照附圖通過示例描述本發(fā)明的實施例，在附圖中圖1示出了在500℃到600℃的溫度范圍內具有基于CGO的電解質的燃料電池的相對于電功率密度而繪制的能量轉換效率；圖2示出了在燃料稀釋度的范圍內具有基于CGO的電解質的燃料電池的相對于電功率密度而繪制的能量轉換效率；圖3示意性地示出了具有控制系統(tǒng)的燃料電池堆，該控制系統(tǒng)用于根據(jù)需用功率輸出來控制燃料電池堆的一個或更多個運行條件；圖4示意性地示出了依靠液態(tài)石油氣(LPG)燃料運行的固態(tài)氧化物燃料電池系統(tǒng)；圖5示出了對圖4所示的系統(tǒng)進行仿真期間的堆(直流(DC))功率輸出和系統(tǒng)(交流(AC))功率輸出；圖6示出了仿真期間的堆溫度；
圖7示出了仿真期間的化學計量空氣比；圖8示出了仿真期間得到的堆效率和系統(tǒng)效率；圖9示出了仿真期間堆內的離子電流和外部電流；圖10示出了單個燃料電池的預測電壓；圖11示出了另一仿真的重整器(reformer)中的蒸汽/碳的比；以及圖12示出了另一仿真的堆效率。
具體實施例方式
下面提出兩種策略，用于在部分負荷的情況下使短路電流最小化，從而使燃料電池在其整個運行范圍的效率最高。
方法1圖1示出了對具有0.2Wcm-2的標稱最大指定功率輸出的基于CGO的燃料電池的計算機仿真的結果。在從500℃到600℃的運行溫度的范圍內，相對于電功率密度，繪制出能量轉換效率。將能量轉換效率定義為電功率輸出除以所消耗的氫燃料的化學能(假設100％的燃料轉換)。因為在現(xiàn)實中100％的燃料轉換是不可能的，因此這些值是針對該電池的最大理論效率，而不是實際效率。然而，實際的趨勢會遵循相同的模式。
從圖1可以看出，任何給定功率密度處的最大效率都是隨溫度而定的，并且功率密度越高，出現(xiàn)最大效率時的溫度就越高。其原因如下。較低溫度的運行降低了電子漏電電流密度以及外部電路電流密度(在該外部電路電流密度下，電子漏電電流變得可以忽略)兩者的絕對大小。這意味著在低外部電流密度處，在低運行溫度下可實現(xiàn)較高的效率。然而，低溫也增加了各種電池電阻，尤其是陰極過電勢(over-potential)。因此對于任何給定的電流密度，由內部電池電阻引起的電壓損失會較高，這導致電流越大則效率越低。然而，在這些較高的電流密度處，即使在較高的溫度下，電子漏電電流也可忽略，而電池電阻較低。這導致?lián)p失在內部電池電阻中的電壓較低，因而得到較高的電池端子電壓，并且因此而得到較高的效率。
因此，使用這些特性對堆的效率進行優(yōu)化的清晰的策略是使堆的溫度可以根據(jù)所要求的功率輸出在500-600℃的范圍內變化，或者可以達到650℃。這可以相對簡單地實現(xiàn)，因為從堆輸出的較高的電功率也導致了較高的熱輸出，并且通過對堆進行過冷卻(under-cooling)，可以容易地使溫度隨著功率輸出的提高而上升，反之亦然。
然而，如果功率需求迅速增加，則堆可能無法達到能夠滿足該需求的足夠高的溫度。根據(jù)堆可以多快地被加熱，如果需要，則使用某形式的能量存儲可能會暫時地覆蓋此需求。
作為另選例或者除了上述方法之外，下面提出提高堆效率的第二方法。
方法2圖2示出了對此時具有0.4Wcm-2的標稱最大功率密度的基于CGO的電池的另一計算機仿真的結果。在此情況下，將溫度恒定地保持在570℃，用蒸汽對氫燃料進行的稀釋度是變化的。
可以看出，通過逐漸增高蒸汽的百分比來稀釋燃料與降低溫度具有非常相同的效果。這主要是因為將更高百分比的蒸汽添加到氫燃料中使得燃料更不易還原。這具有以下效果減緩了電解質中的Ce4+離子還原為Ce3+的趨勢，因而降低了電解質的電子傳導性。然而，將燃料稀釋還提高了陽極電阻，并降低了電池開路電壓，因而降低了可實現(xiàn)的最大功率輸出。
另一種在部分負荷的情況下對堆效率進行優(yōu)化的可能的策略是隨著負荷下降逐漸增高蒸汽的百分比而對燃料進行稀釋。該方法可同等地適用于以下情況用二氧化碳、氮、或者蒸汽、氮和/或二氧化碳的混合物對燃料進行稀釋；或燃氣是一氧化碳或者氫和一氧化碳的混合物。
一種實現(xiàn)該燃料稀釋的方法是將引入的燃氣與來自堆的陽極側的可變比例的回收廢氣進行混合。
然而，例如通過從分立的源提供蒸汽、氮和/或二氧化碳對陽極燃氣進行稀釋的任何方法都將落入本發(fā)明的范圍。
圖3示意性地示出了具有混合的離子/電子傳導電解質的固態(tài)氧化物燃料電池堆，其具有控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于控制燃料電池堆的溫度和/或傳送到該堆的燃料的稀釋度中的至少一個。
燃料電池堆10具有陽極格室(compartment)11，含氫燃氣通過陽極格室11；和陰極格室12，空氣通過陰極格室12。燃料電池堆由分層布置的陽極、電解質和陰極的一個或多個排列所組成，從而實現(xiàn)了起作用的燃料電池堆。該堆具有燃料入口30，氫或諸如甲烷的碳氫化合物燃料通過燃料入口30；和出口導管70，陽極格室的廢氣通過其離開堆。這些廢氣通常為蒸汽和未反應的氫的混合物。如果原始燃料為碳氫化合物，則廢氣也會包含碳的氧化物。設置有回收導管40，其使得廢氣能夠通過可變壓縮機50與引入的燃料混合。該壓縮機可以是電驅動的送風機或者是某形式的排出器或噴射泵。
可選地，可以將引入的燃料與回收的廢氣的混合物饋送到重整器單元31，重整器單元31將碳氫化合物燃料通過與蒸汽進行反應而將其轉換為氫和碳的氧化物的混合物。
該堆還設置有空氣入口導管20，通過其將預加熱的空氣饋送到堆，既作為氧化劑又作為冷卻劑?？梢酝ㄟ^以下手段來進行預加熱使用來自燃料電池堆的多余的熱，或者從堆的排氣導管回收熱，或者使用諸如感應加熱的分立熱源，燃燒或從另一外部處理回收的熱。陰極格室也具有出口導管71，該出口導管71使得可從堆中去除廢氣。
設置有微處理器60，其例如可以是計算機或印刷電路板的一部分。該微處理器接收堆溫度13、堆電壓14和堆電流15的輸入。將該微處理器構成為通過控制線21控制堆溫度，并且通過控制線51控制新鮮燃料與回收的廢氣的比例，控制線51控制可變壓縮機50。另選地，通過添加來自另一個源的受控的量的蒸汽、二氧化碳或惰性氣體，可以控制引入燃料的稀釋度。
通過線21對堆溫度的控制可由多種方法或多種方法的組合實現(xiàn)，這些方法包括但不限于1)改變饋送到堆的空氣的量2)改變饋送到堆的空氣的溫度3)在假設發(fā)生內部重整的情況下，改變進入堆的未重整的碳氫化合物燃料的濃度4)改變進入堆的燃料的溫度微處理器通過將堆電壓14和堆電流15相乘而得到堆的功率輸出的輸入。微處理器會包含查找表等，其會包含針對給定功率輸出的最佳堆溫度和/或燃料稀釋度。微處理器將操縱控制變量21和51以嘗試達到針對給定功率輸出的最佳值。
圖4示意性地示出了依靠液態(tài)石油氣(LPG)燃料運行的完整的固態(tài)氧化物燃料電池系統(tǒng)。該系統(tǒng)示出了在實踐中如何實現(xiàn)對方法1中描述的中間溫度固態(tài)氧化物燃料電池(IT-SOFC)堆進行控制的方法。該系統(tǒng)是僅僅作為一個示例而例示的，還可以采用會得到同一結果的許多其他的結構。
通過某形式的質量流控制和脫硫系統(tǒng)10來提供LPG燃料。在混合器21中，將該燃料與來自管道62的蒸汽以燃料中每一摩爾碳使用至少兩摩爾蒸汽的比例進行混合。然后將蒸汽/LPG混合物在燃料熱交換器22中預加熱到大約430℃，然后將其饋送到重整器23。在重整器中，通過與廢氣流的熱交換(其由起自熱交換器50的連線51示意性地示出)，將該混合物加熱到大約700℃。在該提高的溫度下，燃料中的碳氫化合物(主要是丙烷，同時具有小比例的丁烷、丙烯、以及諸如戊烷的微量成分)與蒸汽反應從而形成富含氫的重整混合物。典型地，該重整的混合物按體積計算60-70％為氫，同時具有較低百分比的蒸汽、一氧化碳、二氧化碳和甲烷。在不用進一步處理的情況下，該氣體混合物適于作為SOFC堆的燃料。
通過燃料熱交換器22將該重整的混合物冷卻到適于饋送到堆的溫度，在該過程中對引入的反應物進行加熱。然后通過燃料入口導管24將重整的混合物饋送到燃料電池堆30的陽極格室31。燃氣在堆內被部分地消耗，而廢氣通過排氣導管41離開堆的陽極格室。該廢氣在溫度接近于堆的最熱部分的溫度的情況下離開，根據(jù)運行條件，該溫度通常為550-620℃。廢氣主要是蒸汽和二氧化碳，同時具有較少量的未燃燒的氫和一氧化碳。
由空氣送風機91將大氣中的空氣通過空氣過濾器90吸入系統(tǒng)。送風機91具有由馬達控制器93控制的變速馬達，用這種裝置可以改變吸入系統(tǒng)的空氣的質量流。由質量流傳感器94測量吸入系統(tǒng)的空氣的質量流。提供的空氣既作為氧化劑又作為冷卻SOFC堆的手段，這是因為要饋送的空氣通常比需要用作氧化劑的空氣多得多，所以剩余的空氣將過多的熱帶出堆。
將空氣從質量流傳感器94饋送到空氣預加熱器70，在空氣預加熱器70中，將空氣預加熱到適于饋送進堆的溫度(通常為450-500℃)。通過冷卻熱的廢氣流63對引入的空氣進行預加熱。然后通過空氣導管72將經(jīng)預加熱的空氣饋送到燃料電池堆30的陰極格室32。當與燃料在一起時，空氣中的氧氣通過燃料電池的反應被部分地消耗。剩余的空氣(氧氣有些耗盡)通過空氣排氣導管42離開堆。當與燃氣在一起時，通常空氣的溫度接近于最大堆溫度，根據(jù)運行條件，該溫度通常為550-620℃。
燃料排氣導管41和空氣排氣導管42都插入系統(tǒng)的后燃燒器40，在后燃燒器40中將空氣流和燃料廢氣流混合在一起，來自堆廢氣中的未反應的氫和一氧化碳常規(guī)地燃燒以產(chǎn)生熱。將得到的熱的(通常為700-900℃)廢氣流43通過熱交換器50首先進行饋送以向重整器23提供熱。然后將來自熱交換器50的較冷的氣流52饋送到蒸汽產(chǎn)生器60，在蒸汽產(chǎn)生器60中使用較冷的氣流52使由饋送泵61提供的水蒸發(fā)。然后將得到的蒸汽通過管道62饋送到重整器。然后將現(xiàn)在已冷卻到大約600℃的廢氣饋送到空氣預加熱器70以對引入的空氣進行預加熱。最后，將仍為大約250℃的廢氣饋送到熱交換器80，可以使用熱交換器80來回收多余的熱，用于組合的熱以及功率應用。
堆設置有外部功率需求110，其通過線纜111從堆抽取電流。功率需求的本質可以是一定范圍的不同應用中的一個。
該系統(tǒng)設置有基于微處理器的控制單元100?？刂茊卧?00通過輸入101測量堆電流，并且通過輸入102測量堆溫度?？刂茊卧?00還通過質量流傳感器94和輸入104來測量進入系統(tǒng)的空氣的質量流?？刂茊卧ㄟ^馬達控制器93和輸出103來控制空氣送風機91。這樣，控制器可以控制到堆的空氣流?？刂茊卧?00還通過輸出105控制水饋送泵61。這樣，還可以改變重整器中蒸汽與燃料的比例。
已在計算機上對圖4所示的系統(tǒng)的性能進行了仿真。所仿真的系統(tǒng)基于具有1kWe的功率輸出的堆、以及提供交流(AC)功率的系統(tǒng)。系統(tǒng)的AC功率輸出總是小于堆的功率輸出，這是因為系統(tǒng)的各個部分(諸如空氣送風機)消耗了功率。
在該仿真中，以全AC功率(800W)運行系統(tǒng)10分鐘(600秒)。然后將功率傾斜地降到半AC功率(400W)，然后通過暫時增加空氣流從而加快堆內的冷卻速度將堆溫度降低25℃。可以看到在部分負荷條件下降低堆溫度的明顯有益的效果。
圖5示出了仿真期間的堆(DC)功率輸出和系統(tǒng)(AC)功率輸出，示出了功率從800We傾斜下降到400We。圖6示出了仿真期間的堆溫度，圖7示出了化學計量空氣比。它表示為燃料電池反應提供足夠氧氣的實際空氣流與理論空氣需求的比?？梢钥闯龅氖牵谌β氏略摫却蠹s為10，表示用于堆冷卻所需的大量空氣。然后，隨著增加空氣流以使堆冷卻，空氣比增加到大約為20的最大值。在大約1100秒處的空氣流的增加是當堆溫度接近于新的設置點時重置堆溫度控制器以使其更靈敏的結果。
圖8示出了得到的堆效率和系統(tǒng)效率?？梢钥闯龅氖牵诙褱囟缺３衷诖蠹s590℃的情況下，當負荷減少時效率會顯著下降。這是隨著電流密度減小電解質中的電子傳導性提高的結果。然而，隨著堆溫度下降，效率開始恢復，直到其可以與全負荷效率相當為止。事實上，作為較高的電池電壓的結果，堆效率要比全負荷效率更高。然而，作為固定的寄生功率需求(諸如運行控制系統(tǒng)所需的寄生功率需求)的結果，系統(tǒng)效率要差一些。
圖9示出了堆內的離子電流和外部電流。外部電流是在外部電路中流動的電流，離子電流是外部電流和電子漏電電流之和?？梢钥闯龅氖?，表示電子漏電的大小的這兩條線之間的間隙隨著外部電流下降而增大。然而，還可以看出的是，在部分負荷條件下，該間隙隨著堆溫度下降而靠攏。
最后，圖10示出了單個燃料電池的預測電壓?？梢钥闯龅氖?，隨著負載減少，電池電壓增加，這是所期望的。還可以看出的是，隨著堆冷卻，電池電壓實際上下降了一些，這通常表示電池電阻增加時的效率損失。然而，如果溫度降低得不太大，則減小漏電電流的好處要超過電阻的增加。
進行第二仿真以展示在部分負荷的情況下將燃料稀釋對系統(tǒng)效率的影響(方法2)。進行類似的仿真，在該仿真中，將堆以全功率運行10分鐘，然后降到半功率。然而，這一次將堆保持在恒定溫度下，但是將從泵61到蒸汽產(chǎn)生器的水的質量流按兩級增加。如圖11所示，這具有以下效果將重整器中的蒸汽/碳的比從2.0提高到3.5，因而增加了堆中的燃料的稀釋度?？梢栽趫D12中看到對堆效率的影響。與改變堆溫度(方法1)相比，該方法的益處沒有那么明顯，但是效率的小幅提高是顯而易見的。
在仍然落入本發(fā)明的范圍內的情況下，可以對上述示例進行許多修改。例如微處理器可以只控制堆溫度而不控制燃料稀釋，反之依然。
權利要求
1.一種運行具有混合的離子/電子傳導電解質的固態(tài)氧化物燃料電池堆的方法，該方法包括以下步驟確定所述固態(tài)氧化物燃料電池堆的需用功率輸出；以及根據(jù)所確定的功率輸出，控制所述固態(tài)氧化物燃料電池堆的一個或更多個運行條件。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述固態(tài)氧化物燃料電池堆的受控制的運行條件是燃料電池堆的溫度和傳送到燃料電池堆的燃料的稀釋度中的至少一個。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，隨著所述固態(tài)氧化物燃料電池堆的功率輸出降低，該燃料電池堆的溫度下降，并且隨著所述固態(tài)氧化物燃料電池堆的功率輸出增加，該燃料電池堆的溫度升高。
4.根據(jù)權利要求2或權利要求3所述的方法，其中，燃料電池堆的所述溫度保持在650℃或以下。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，燃料電池堆的所述溫度保持在600℃或以下。
6.根據(jù)權利要求2至5中任一項所述的方法，其中，用預定量的蒸汽、二氧化碳、氮、或者包括蒸汽、二氧化碳和/或氮的混合物，對傳送到燃料電池堆的燃料進行稀釋。
7.根據(jù)權利要求2至5中任一項所述的方法，其中，用來自燃料電池的陽極側的可變比例的回收廢氣，對傳送到燃料電池堆的燃料進行稀釋。
8.根據(jù)權利要求2至7中任一項所述的方法，其中，隨著所述固態(tài)氧化物燃料電池堆的功率輸出降低，傳送到該燃料電池堆的燃料的稀釋度增加，并且隨著所述固態(tài)氧化物燃料電池的功率輸出增加，傳送到該燃料電池堆的燃料的稀釋度降低。
9.根據(jù)前述權利要求任一項所述的方法，該方法可應用于具有包括摻雜了釓的鈰氧化物的電解質的固態(tài)氧化物燃料電池。
10.一種基本上如以上參照附圖所描述的方法。
11.一種用于具有混合的離子/電子傳導電解質的固態(tài)氧化物燃料電池堆的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括用于確定所述堆的需用功率輸出的裝置；以及控制器，用于根據(jù)所述需用功率輸出，控制所述堆的一個或更多個運行條件。
12.根據(jù)權利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中，將所述控制器構成為控制所述堆的溫度和傳送到所述堆的燃料的稀釋度中的至少一個。
13.根據(jù)權利要求12所述的控制系統(tǒng)，其中，作為確定裝置確定出所述需用功率輸出正在下降的結果，所述控制器降低所述堆的溫度，并且作為確定裝置確定出所述需用功率輸出正在增加的結果，所述控制器提高所述堆的溫度。
14.根據(jù)權利要求11至13中任一項所述的控制系統(tǒng)，其中，所述確定裝置監(jiān)測所述堆的電功率輸出。
15.根據(jù)權利要求11至14中任一項所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制器將所述堆的溫度保持在650℃或以下。
16.根據(jù)權利要求15所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制器將所述堆的溫度保持在600℃或以下。
17.根據(jù)權利要求11至16中任一項所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制器安排用預定量的蒸汽、二氧化碳、氮、或者包括蒸汽、二氧化碳和/或氮的混合物，對傳送到燃料電池堆的燃料進行稀釋。
18.根據(jù)權利要求11至17中任一項所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制器安排用來自燃料電池堆的陽極側的可變比例的回收廢氣，對傳送到燃料電池堆的燃料進行稀釋。
19.根據(jù)權利要求11至18中任一項所述的控制系統(tǒng)，其中，作為確定裝置確定出所述需用功率輸出正在降低的結果，所述控制器增加傳送到該燃料電池堆的燃料的稀釋度，并且作為確定裝置確定出所述需用功率輸出正在增加的結果，所述控制器降低傳送到該燃料電池堆的燃料的稀釋度。
20.一種基本上如以上參照附圖所描述的控制系統(tǒng)。
21.一種具有混合的離子/電子傳導電解質的燃料電池堆，該燃料電池堆包括根據(jù)權利要求11至20中任一項所述的控制系統(tǒng)。
22.一種基本上如以上參照附圖所描述的燃料電池堆。
全文摘要
本發(fā)明提供了運行具有混合的離子/電子傳導電解質的固態(tài)氧化物燃料電池堆的方法和裝置，本發(fā)明提供的運行具有混合的離子/電子傳導電解質的中間溫度固態(tài)氧化物燃料電池堆(10)的方法和裝置用以提高其效率。確定固態(tài)氧化物燃料電池堆(10)的需用功率輸出，以及根據(jù)所確定的需用功率輸出，控制固態(tài)燃料電池堆(10)的一個或更多個運行條件。所述受控制的運行條件可以是燃料電池堆的溫度和傳送到燃料電池堆的燃料的稀釋度中的至少一個。
文檔編號H01M8/12GK1947297SQ200580006240
公開日2007年4月11日 申請日期2005年2月2日 優(yōu)先權日2004年2月10日
發(fā)明者羅伯特·利赫, 奈杰爾·彼得·布蘭登, 阿索爾·達克特, 卡里姆·埃爾-庫瑞, 馬丁·施密特 申請人:塞瑞斯動力有限公司