專利名稱：用以監(jiān)測和/或控制燃料電池排氣借以提供非易燃性排氣流的系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明大致有關于燃料電池系統(tǒng)，而更特別的是有關于用來控制燃料電池 系統(tǒng)中的凈化功能進而避免發(fā)出易燃性凈化流的系統(tǒng)及方法。
背景技術：
電化燃料電池為 一種將燃料以及氧化劑轉換成為電、反應產(chǎn)物與熱的裝 置。例如，燃料電池可適以將氬與氧轉換成為水、電與熱。在這樣的燃料電池 中，氫為燃料，氧為氧化劑，而水則為反應產(chǎn)物。
燃料電池堆組包含至少一個燃料電池，而典型則為兩個或者更多的燃料電 池，其包含燃料電池群組，連接在一起而如同一單元。燃料電池堆組可以并入 一燃料電池系統(tǒng)之中。燃料電池系統(tǒng)典型同樣也包含一燃料源，諸如燃料的供 應器和/或燃料處理器，其從一種或者多種原料產(chǎn)生氫氣或其它適用的質子源， 以為燃料電池堆組之用。燃料處理器闡述的范例為一種蒸汽重組器，其從水以 及含碳的原料產(chǎn)生氫氣。
在將氧氣充當氧化劑的燃料電池系統(tǒng)中，經(jīng)常提供氧氣給予燃料電池堆 組，充當氧化反應劑或者氧化劑蒸汽的部分，其同樣也可以包含一種稀釋劑。 適用于燃料電池系統(tǒng)的氧化反應劑范例為空氣，可以認為空氣本質上是一種氮 氣與氧氣以預定比例的混合物。燃料電池系統(tǒng)可以包含一氧化反應劑來源，提 供空氣給予燃料電池堆組，諸如吹風機、風扇、壓縮機或者其它適用可供選擇 的空氣輸送組件。
在操作期間中，燃料電池堆組將(持續(xù)性或者間歇性地)發(fā)出排氣至燃料電 池系統(tǒng)的周圍環(huán)境，其可包含未消耗掉的供應氣體，諸如燃料、氧化劑和/或 稀釋劑以及反應產(chǎn)物。這些排氣成分其中的某些，特別是燃料，在特定程度下 可能是易燃性的。所以，利用空氣充當氧化反應劑的燃料電池系統(tǒng)典型地包含 用以直接測量通過燃料電池堆組的空氣流動速率的系統(tǒng)，借以判斷有多少燃料能夠稀釋于包含排放燃料與排放氧化反應劑的排氣流中，用以保持排氣流中燃 料的濃度低于燃料易燃性限制下。可包含流量計及其相似物的這些系統(tǒng)會加復 雜度與可靠度的利害關系附加至燃料電池系統(tǒng)。

發(fā)明內容
上述揭示的是用于控制燃料電池堆組操作的方法與燃料電池系統(tǒng)，其操作 包含從之而出的氣體的凈化或排放。如文中所使用的，燃料電池堆組包含一個 或者多個燃料電池，不論是單個或者群組的燃料電池，其并且典型地包含連接 于集線金屬板之間的多數(shù)燃料電池。燃料電池系統(tǒng)包含一個或者多個燃料電池 堆組、以及用于至少一個燃料電池堆組的至少一個燃料源與至少一個氧化劑 源。


圖1為燃料電池與相關的燃料源與氧化劑源的示意圖。
圖2為包含一燃料電池堆組、 一燃料源、 一氧化劑源、 一排氣組件與一控 制系統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。
圖3為稀釋于氮氣中的氫氣的易燃性范圍坐標圖，顯示若由空氣流提供氮 氣所相應的氧濃度。
圖4為圖3的坐標圖，具有顯示所附加的耗氫燃料電池系統(tǒng)各種不同闡述 操作比率的曲線。
圖5為包含一燃料電池堆組、 一燃料源、 一氧化劑源、 一排氣組件與一控 制系統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)的示意圖，其中的控制系統(tǒng)則包含一功能控制器以及一 聯(lián)鎖控制器。
圖6為圖5燃料電池系統(tǒng)的闡述控制系統(tǒng)的示意圖。 圖7為圖5燃料電池系統(tǒng)操作闡述狀態(tài)圖的概示圖。
具體實施例方式
請參其后所探討的燃料電池堆組與燃料電池系統(tǒng)兼容于各種不同型式的
12燃料電池，諸如質子交換膜(PEM)燃料電池、堿性燃料電池、固態(tài)氧化物燃料 電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池以及其相似物。為了闡述的目的， PEM燃料電池形式的闡述燃料電池20概要地闡述于圖1?？梢詫⒋巳剂想姵?說明為形成諸如通例以22所指示的燃料電池系統(tǒng)的一部分和/或通例以24所 指示的燃料電池堆組的一部分。質子交換膜燃料電池典型地利用 一薄膜電極組 件26，由離子交換、或者電解液、位于陽極區(qū)域30與陰極區(qū)域32之間的薄 膜28所構成。每個區(qū)域30與32包含一電極34，分別稱為陽極36與陰極38。 每個區(qū)域30與32同樣也包含一支托40，諸如支撐金屬板42。支托40可以在 鄰接的燃料電池之間形成雙極性金屬組件的一部分。燃料電池20的支撐金屬 板42可以傳導由燃料電池所產(chǎn)生的相對電位。
在操作上，將燃料44饋至陽極區(qū)域，同時將氧化劑46饋至陰極區(qū)域。燃 料44同樣也可以指稱為供應燃料44。用于燃料電池20典型而非唯一的燃料 為氫48，而典型而非唯一的氧化劑則為氧50。如文中所使用的，氫是指稱氫 氣，而氧則是指稱氧氣?？梢酝高^任何一種適用的機制，將氬48與氧50從分 別的來源52與54輸送至燃料電池個自的區(qū)域。適用于氫48的燃料源52包含 至少一個加壓槽、氫化物床或其它適用的氫儲存裝置53、和/或燃料處理器55， 其產(chǎn)生包含著充當大多數(shù)成分的氬氣的氣流。某些燃料電池，諸如直接曱醇燃 料電池，則利用曱醇來充當燃料44。
當燃料源52包含一適以產(chǎn)生含氫產(chǎn)生物流的燃料處理器55時，根據(jù)本發(fā) 明揭露事項，此產(chǎn)生物流至少一部分可以充當燃料電池堆組的燃料44而被消 耗掉。至少一部份的產(chǎn)生物流可以額外或者替代地儲存以為之后的使用，諸如 儲存在適用的氫儲存裝置53中。燃料處理器55可以是任何一種適用的裝置， 其從一個或者多個進料流產(chǎn)生氫氣。從進料流產(chǎn)生氬氣的適用機制的范例包含 水蒸氣重組法以及自發(fā)熱能重組法，其中重組催化劑是用來從至少一個包含著 含碳原料與水的進料流產(chǎn)生氫氣。產(chǎn)生氫氣的其它適用機制包含有含碳原料的 高溫分解與催化部分氧化，在此狀況下，進料流并不含有水。產(chǎn)生氫氣的另一
種適用機制為電解，在此狀況下，原料則為水。適用含碳原料的范例包含至少 一種碳氬化合物或者酒精。適用的碳氫化合物的范例包含甲烷、丙烷、天然氣、 柴油、煤油、汽油及其相似物。適用的酒精的范例包含曱醇、乙醇以及多元醇，諸如乙二醇與丙二醇。
可以透過任何一種適用的機制將其中一個或者多個進料流輸送至燃料處
理器55，諸如透過一種原料輸送系統(tǒng)。原料輸送系統(tǒng)可包含一個或者多個進 料流成分的來源，和/或可以是與用于進料流一種或多種成分的一個或者多個 外部供應器進行液態(tài)交流，包含含有整體進料流的外部供應器。當出現(xiàn)時，原 料輸送系統(tǒng)可以包含任何一種適用于控制燃料處理器進料流的輸送的架構，乃 至其氫產(chǎn)生區(qū)域。在某些實施例中，原料輸送系統(tǒng)將會包含一個或者多個幫浦。 適用的燃料處理器闡述而非唯一的范例揭示于美國專利第6,221,117、 5,997,594、 5,861,137號以及申請中的美國專利申請案公開第2001/0045061、 2003/0192251以及2003/0223926號。以上所確認的專利以及專利申請案完整 的揭示內容于此合并參照用于所有的目的。
氧50適用的氧化劑來源54可適以提供氧化反應劑或者氧化劑流56，其 包含由諸如氮氣60的適用稀釋劑58所稀釋的氧氣。氧化反應劑56的范例可 以包含空氣62，其包含預定比例的氮氣60以及氧氣50。可以通過氧化反應劑 來源64提供空氣，此來源可以包含一吹風機66?；蛘?，氧化劑來源54可以 包含一氧或空氣的加壓槽、或者一風扇、壓縮機、或其它直接致使空氣或某些 其它適用氧化反應劑至燃料電池陰極區(qū)域的裝置。
氫與氧典型地透過氧化還原反應而彼此組合。盡管薄膜28會限制氫分子 的通行，然其將允許氫離子(質子)穿過，主要是由于薄膜28的離子傳導性。 氧化還原反應的自由能量驅使質子從氫氣穿過離子交換薄膜。隨著薄膜28同 樣也不易電氣傳導，對所剩余的電子而言，外部電路68為最低的能量路徑， 其并且概要地闡述于圖1。
實際上，燃料電池堆組24將典型地包含多數(shù)的燃料電池20，其具有分隔 著鄰接薄膜電極組件的雙極性金屬板組件。雙極性金屬板組件本質上允許自由 電子經(jīng)由雙極性金屬板組件而從第 一個電池的陽極區(qū)域通行至鄰接電池的陰 極區(qū)域，借此建立穿過堆疊的可以用以滿足所施加的負載70所需的電位。此 凈電子流會產(chǎn)生可以滿足所施加的負載的電流，諸如來自至少一個能量消耗裝 置、能量儲存裝置、燃料電池系統(tǒng)本身、能量儲存/消耗組件等等。
負載70已經(jīng)概要地闡述于圖2，并且根據(jù)本發(fā)明，預期其通例地代表一
14個或者多個會施加電氣負載至燃料電池堆組和/或燃料電池系統(tǒng)的裝置。負載
70可以代表從一個或者多個能量消耗裝置所施加的負載，其與燃料電池堆組 電氣交流，而且可以包含一從燃料電池系統(tǒng)本身所施加的負載。燃料電池系統(tǒng) 所施加的負載或者能量需求可以指稱為燃料電池系統(tǒng)的外圍設備需求。因此， 由燃料電池堆組24以及根據(jù)本發(fā)明包含相同物體的系統(tǒng)所產(chǎn)生的電流或者電 氣輸出可以適合滿足至少一個相關連的能量消耗裝置的能量需求或者所施加 的負載。能量消耗裝置闡述的范例包含而不應受限于汽車、修旅車、工程或工 業(yè)車輛、輪船或海輪、工具照明設施或點燈組件、器具(諸如家用或其它器具)、 家用或其它處所、辦公室或其它商業(yè)公司、計算機、訊號或交通設施、電池充 電器等等。如概要闡述的負載70同樣也可以代表適用的電源管理模組、或者 部件，諸如可以針對所相應的能量消耗裝置而包含任何一種適以將燃料電池堆 組所產(chǎn)生的電流轉換成適當?shù)碾娏ε渲玫募軜?，諸如通過調整電力流的電壓 (即，以降壓型或升壓型轉換器)以及電流的型式(交流或者直流)等等。
在陰極區(qū)域32中，來自外部電路的電子以及來自薄膜的質子會與氧相組 合，而產(chǎn)生水和熱。同樣也概要地闡述于圖1的是可能含有諸如氫氣的未反應 燃料的陽極凈化或放電流72、以及可能含有氧化反應劑的陰極空氣排氣流74, 諸如假如非大量而可以是至少部分消耗的氧。燃料電池堆組24將典型地具有 共同的氬(或其它燃料)的進料、空氣引入口、以及堆疊凈化與排氣流，因而可 能包含適用的液體導管，借以將相關的氣流輸送至各自的燃料電池，以及從之 收集氣流。相似的是，可以使用任何一種適用的機制有所選擇地凈化陽極與陰 極區(qū)域。
燃料電池22闡述而非唯一的范例顯示于圖2，并且通例以80指示。燃料 電池系統(tǒng)80可以包含一燃料電池堆組24，而堆組24可以包含一個或者多個 燃料電池20，并且典型地包含多數(shù)的燃料電池。例如，燃料電池堆組可以包 含概要闡述于圖1的一個或者多個質子電子薄膜(PEM)燃料電池。燃料電池系 統(tǒng)80同樣也可以包含燃料源52、氧化劑源54、排放組件82、控制系統(tǒng)84以 及負載70。燃料源52可以供應燃料44，其可能包含氫氣48,而且可能包含 一氬氣儲存裝置和/或產(chǎn)生氫氣的燃料處理器。燃料源52可適用在固定壓力下 或者在適用壓力的預定范圍內，將燃料44供應至燃料電池堆組24?？蓪⑷剂?br> 15透過適用的導管輸送至燃料電池堆組24至少一個燃料電池20的陽極區(qū)域30。 燃料電池系統(tǒng)80可包含一燃料源切斷模組88,其適合相應于燃料源切斷命令 訊號90而選擇性促動于一開啟配置以及一關閉配置之間，在其中的開啟配置， 燃料源適以提供燃料給予燃料電池堆組，而在其中的關閉配置，燃料源切斷模 組88則適合避免燃料輸送至燃料電池堆組24?？赏ㄟ^控制系統(tǒng)84傳送命令 訊號90。燃術+源52可適以相應于一個或者多個外加命令訊號，借以初始化、 終止、增加或者減少饋至燃料電池堆組的燃料流量。
氧化劑源54可包含一氧化反應劑源64，適以提供空氣62給予燃料電池 堆組24。通過任何一種適用的空氣輸送系統(tǒng)或者機制，便可將空氣62供應至 燃料電池堆組。闡述的范例為風扇或者空氣吹風機66。可透過適用的導管92 將空氣輸送至燃料電池堆組24至少一個燃料電池20的陰極區(qū)域32。氧化劑 源54或者特別的是空氣吹風機66可適合相應于一個或者多個命令訊號，借以 初始化、終止、增加或者減少饋至燃料電池堆組的空氣流量。
排放組件82可包含一堆疊排氣裝置94，適以接收來自燃料電池堆組的排 放氣體，可包含陽極排出氣體72以及陰極排出氣體74的一者或兩者，并且適 以釋出這些排放氣體至燃料電池系統(tǒng)的周圍環(huán)境。所以，排放組件82可包含 一適以傳輸陽極排出氣體72的燃料凈化導管96、以及可包含一適以傳輸陰極 排出氣體74的氧化反應劑排放導管100，其中的陽極排出氣體72典型包含排 放燃料98,而陰極排出氣體74則典型地包含排放氧化反應劑102,排放氧化 反應劑102可包含排放氧化劑104與排放稀釋劑106。
排放組件82同樣可包含一種與堆疊排放裝置94、燃料凈化導管96、以及 氧化反應劑排放導管IOO液態(tài)交流的組合式導管108。所以，燃料凈化導管96 以及氧化反應劑排放導管100可與堆疊排放裝置94液態(tài)交流，燃料凈化導管 96可透過其與燃料電池系統(tǒng)80的周圍環(huán)境液態(tài)交流。
可持續(xù)或者間歇地發(fā)出排放氧化反應劑102。如文中所使用的，間歇性者 可包含預定周期的事件，乃至除了簡單地經(jīng)過時間預定量之外相應于事情而受 觸發(fā)或者初始化的間隔時間事件。在圖2所示的范例中，每當空氣吹風機66 進行操作用以提供所要供應的氧化反應劑56給予燃料電池堆組時，陰極排出 氣體74便可持續(xù)透過氧化反應劑排放導管100傳輸。在其它范例中，排放組件82可包含并無顯示的額外構件，借以調節(jié)來自陰極區(qū)域32的排放氧化反應 劑102的流量。
燃料電池堆組24可包含一燃料凈化模組110，適以凈化燃料電池堆組24 的陽極區(qū)域30。燃料電池凈化模組可適以隨選地促動，借以控制來自燃料電 池堆組的燃料的排氣流。可間歇或者持續(xù)地發(fā)出排放燃料98。在間歇發(fā)出排 放燃料98的范例中，可以時間平均基準來考慮排放燃料的流量速率。在這些 實施例中，排放燃料的流量可視為連續(xù)的，即使實際的陽極排出氣體72可能 僅為間歇的。凈化之間的時序以及每次凈化的時間區(qū)間可以是固定的、可變的 和/或可通過控制系統(tǒng)84來判斷，如文中將更為詳細探討的。
燃料凈化-漠組110可適以相應于至少一個諸如來自控制系統(tǒng)84的燃料凈 化命令訊號112，以便選擇性地促動，借以調變可釋放至燃料凈化導管96之 中并且依序釋放至堆疊排放裝置94的排放燃料產(chǎn)量。在間歇排放燃料的范例 中，燃料凈化模組IIO可適合隨選地促動為一關閉配置以及一開啟配置之間的 轉變，在其中的關閉配置，燃料凈化模組110適以避免排放燃料引進或者釋放 于堆疊排放裝置之中，而在開啟配置，燃料凈化模組110適以將排放燃料98 的產(chǎn)量釋放于燃料凈化導管96之中，并且依序至堆疊排放裝置94。適合間歇 地發(fā)出排放燃料98的燃料凈化模組110非唯一范例可包含螺線管氣閥114。
在持續(xù)將排放燃料排放的范例中，燃料凈化模組IIO可適以選擇性促動， 借以調節(jié)可釋放至燃料凈化導管96之中并且依序而至堆疊排放裝置94的排放 燃料的產(chǎn)量。盡管對所有的實施例并非需要的是，燃料凈化模組IIO可適以發(fā) 出排放燃料持續(xù)而調變的氣流。適以發(fā)出排放燃料持續(xù)而調變氣流的燃料凈化 模組110非唯一范例可包含一調整氣閥的洞孔或其相似物。燃料凈化模組110 同樣也可包含這些構件的組合，或者執(zhí)行這些功能的組合借以間歇發(fā)出已調變 排氣流的單一構件。
燃料排放導管116可將排放燃料從燃料電池20傳輸至燃料凈化模組110。 包含超過一個燃料電池20的燃料電池堆組24可包含相應數(shù)目的燃料排放導管 116,其合并成為一個或者多個共同的燃料排放導管，將排放燃料從每個各別 的燃料電池傳輸至一個或者多個共同的燃料凈化模組IIO?；蛘撸剂想姵囟?組可包含每個均與各別的燃料凈化導管96液態(tài)交流的各別燃料凈化模組。同樣的是，包含超過一個燃料電池20的燃料電池堆組可包含相應數(shù)目的氧化反應劑排放導管100,每個均傳輸來自每個各別燃料電池的排放氧化反應劑。排放組件82可包含任何適用數(shù)目的燃料凈化導管96、氧化反應劑排;故導管100、以及組合式排放導管108，借以提供來自燃料電池堆組的充分排放流量。再者，燃料凈化導管96以及氧化反應劑排放導管100可在適當?shù)奈恢眠B結(即，液態(tài)連接)，借以形成組合式排放導管108。或者，燃料電池凈化導管96以及氧化反應劑排放導管100每個均可直接與堆疊排放裝置94液態(tài)交流，而不需使用組合式排放導管108。
控制系統(tǒng)84可包含一個或者多個模擬或者數(shù)字電路、邏輯單元、或者處理器，以為內存中儲存為軟件形式的操作程序之用，并且可包含一個或者多個彼此交流而與他者不同的單元。圖2所示的闡述非唯一范例包含一系統(tǒng)控制器118、可包含一個或多個電流傳感器122的一個或多個系統(tǒng)傳感器120、以及多數(shù)的通訊鏈路124。系統(tǒng)控制器118可透過通訊鏈i 各124而與燃料電池系統(tǒng)80數(shù)個部件進行通訊。例如系統(tǒng)控制器可透過燃料源通訊鏈路126與燃料源52進行通訊，而氧化劑源54則透過氧化劑源通訊鏈路128,燃料凈化模組110透過燃料凈化通訊鏈路130，以及電流傳感器122透過電流傳感器通訊鏈路132?？墒褂闷渌逆溌?24，諸如到監(jiān)測堆疊排放裝置94內的部件、負載70或燃料電池系統(tǒng)80其它部件的系統(tǒng)傳感器120鏈路。
通訊鏈路124可致使對系統(tǒng)控制器至少單向的通訊。在某些狀況下，通訊鏈路可傳輸代表量測數(shù)值的通訊訊號134，可指示燃料電池系統(tǒng)80的操作狀態(tài)給予控制系統(tǒng)84。由控制系統(tǒng)所監(jiān)測的數(shù)值的闡述范例包含一個或者多個燃料電池所產(chǎn)生的電流或者電壓、氣體輸送壓力或流量速率、溫度、及其相似物。此外或可替代的是，通訊訊號134可表示從系統(tǒng)控制器118至燃料電池系統(tǒng)各個不同部件的命令訊號136。某些通訊鏈路124可傳輸通訊訊號以及命令訊號兩者。
通訊鏈路124可適以傳輸或者傳遞本質上可以是模擬或數(shù)字的訊號。鏈路可透過有線和/或無線電> 茲通訊方法、透過氣壓和/或水壓的方法、或者透過其組合來傳輸訊號，其中的無線方法包含射頻(RF)、紅外線(IR)或者光傳輸。
如之前參照圖l所探討的，可將氧化劑46供應至燃料電池堆組，而以稀
182所闡述的范例中，可在供應氧化反應劑流量速率下提供由空氣62所具體化的氧化反應劑。相類似的是，可在供應氧化劑流量速率下、以及在具有對供應氧化劑流量速率的預定(或者本質上為固定的)比率的供應稀釋劑流量速率下，提供氧化反應劑的主要成分，特別是氧氣與氮氣。在燃料電池系統(tǒng)80的操作期間中，燃料電池堆組24可適以消耗一部份的供應燃料44以及供應稀釋劑46,借以從之產(chǎn)生電流。排放氧化劑104可包含供應氧化劑46以及供應稀釋劑所消耗的部分之間的差量。所以，排放氧化反應劑102可包含排放氧化劑104以及排放稀釋劑106?？稍谙鄳诠♂寗┝髁克俾实呐欧畔♂寗┝髁克俾氏?，從陰極區(qū)域32傳輸排放稀釋劑106。如已知的燃料系統(tǒng)習知技術，操作中的燃料電池的陽極區(qū)域30需要凈化，借以移除燃料雜質、氮、水、及其相似物，其中如果處于陽極區(qū)域的某適當位置，將會使燃料電池的效能劣化。所以，不是基于間歇性地便是基于持續(xù)性地將燃料與其它氣體從陽極區(qū)域凈化。如同之前所探討的，燃料凈化模組IIO，
或者更特別的是圖2的螺線管氣閥114可適以間歇地從陽極區(qū)域30將氣體釋放至排放燃料凈化導管96，包含排放燃料的已釋放產(chǎn)量。系統(tǒng)控制器118可適以產(chǎn)生一個或者多個命令訊號136，可包含用以選擇性促動燃料凈化模組IIO的燃料凈化命令訊號112。為了判斷何時要產(chǎn)生燃料凈化命令訊號，此系統(tǒng)控制器可利用某些算法其中 一種或者多種，可包含監(jiān)測燃料電池堆組操作、燃料電池系統(tǒng)和/或燃料電池系統(tǒng)排氣流易燃性其一或者多方面的效能的各種不同方法。
具有氫氣與空氣的供應氣流的燃料電池系統(tǒng)可具有包含氫氣、氧氣、氮氣、以及水的排氣流，乃至于包含大氣數(shù)種可包含于供應空氣的其它成分諸如氬氣與二氧化碳氣體，就燃料電池操作的目的而言，可將之視為雜質。可通過以下的表示式，可將供應與排氣流的成分表示成以方程式型式的比率，(2+a)H2+人02+3.71 * iN242H20+aH2+(X-1 )02+3.71 *入N2在此一表示式中，人代表過剩氧比率，其為一種供應至燃料電池堆組的氧氣量對與所消耗的氬氣或其它燃料進行反應作用所需氧氣最小量的比率。3.71的倍數(shù)因子相應于供應與排放兩者的氮氣，并且有關于大氣空氣中氮氣對氧氣的相對濃度。在此表示式中，a代表在消耗用以產(chǎn)生電流得部分剩余量中供應
19至燃料電池堆組24的燃料非必須的剩余數(shù)量。經(jīng)常會使用剩余氫比率e來替代供應至燃料電池堆組的燃料的剩余量，并且可通過闡述(非唯一)的表示式e =
(2+a)/2來定義之。剩余氫比率e可代表所供應的燃料量對所消耗的燃料部分的比率。
剩余氫比率大于1.0的任何數(shù)值意謂著燃料電池系統(tǒng)22會將某些數(shù)量、
或者流量的氫氣排放至其周圍環(huán)境。根據(jù)本發(fā)明，期望在釋放至周圍環(huán)境的前充分地稀釋排氣，致使排氣流不因其釋放而易燃?；谒矔r和/或時間平均便可滿足此判斷。在諸多燃料電池系統(tǒng)的操作條件下，水可以不是蒸汽便是液態(tài)的形式存在。所以，就排氣易燃性的判斷而言，可忽略或者不理會排氣流中水的出現(xiàn)。隨著水蒸氣將充當排氣流中另類的稀釋劑，出現(xiàn)在燃料電池堆組排氣的任何數(shù)量的水將會增加易燃性的邊限。
圖3敘述坐標圖150，顯示排放至空氣中的氬氣與氮氣混合物的易燃性輪廓。坐標圖的水平軸152代表排氣中氮氣濃度對氫氣時間比重濃度的比率。垂直軸154代表所示放的排氣混合物數(shù)量，其以百分比(產(chǎn)量或質量)為基礎，代表相對于周圍環(huán)境空氣所排放的氮氣/氫氣。所要加注的是，在垂直軸164上所繪制的數(shù)值中并不表示出周圍環(huán)境中的氮氣。交替垂直軸156因而以百分比為基礎代表所釋放的排氣混合物數(shù)量，其代表氧氣的濃度。所以，零百分比的排放氮氣/氫氣混合物會相應于空氣中所存在的氧氣標準21 %(以產(chǎn)量而言)。
坐標圖150包含區(qū)域158，代表其中氮氣與氫氣所排放的混合物在空氣中易燃的區(qū)域。易燃度區(qū)域158包含上邊界160，于其之上，最終氣體混合物中的氫氣濃度便會超過可燃上限(UFL)。由于最終氣體混合物將會通過空氣進一步稀釋，而所產(chǎn)生的最終稀釋將會落在易燃度區(qū)域158之內，因此對任何燃料電池系統(tǒng)而言，此不是所需的一個操作點。
易燃度區(qū)域158同樣也包含一下邊界162，于其之下，最終氣體混合物中的氫氣濃度便會低于可燃下限(LFL)。如圖3所示，下邊限以水平軸152所表示的排氣中的氮氣濃度對氫氣濃度比率來代表最終氣體混合物數(shù)量對于垂直軸154上的周圍環(huán)境的線性關系，而最終氣體混合物數(shù)量則代表所排放的氮氣/氫氣。因為在此一區(qū)間內的任何一種混合物并不需要周遭環(huán)境的空氣進一步稀釋而成為非易燃的，坐標圖150低于下邊限162的區(qū)域代表操作非易燃區(qū)間164。
上邊限160與下邊限162的交點代表臨界稀釋點166,于其上，無任何混合物可燃。如圖3所示，臨界稀釋點166相應于排氣中氮氣濃度對氫氣濃度的臨界比(CR), CR=16.5。在大于此一CR的比率下，當釋i文至空氣之中，沒有任何氫氣與氮氣的混合物為易燃的。
此時轉至圖4，包含易燃度區(qū)域158的坐標圖170顯示于燃料電池系統(tǒng)操作的文脈，諸如根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)22或80。坐標圖170包含一水平軸172,相似于坐標圖150的水平軸152，然其具有一伸展的范圍，用以包含范例燃料電池系統(tǒng)的操作點。坐標圖170包含相同于坐標圖150的的垂直軸154以及交替垂直軸156。在燃料電池系統(tǒng)80的文脈中，垂直軸154代表特別是氮氣稀釋劑而流經(jīng)陰極區(qū)域32的流量、以及特別是氫氣而由燃料凈化模組110所釋放的平均燃料流量的總和。
除了易燃度區(qū)域158之外，坐標圖170同樣也包含易燃度限制或界限的闡述范例，即50%的易燃度區(qū)域174以及25%的易燃度區(qū)域176。區(qū)域174與176代表其中所排放的氮氣/氫氣混合物分別超過LFL 50 %以及氫氣LFL 25 %的區(qū)域。50%易燃度區(qū)域以及25%易燃度區(qū)域，像是易燃度區(qū)域158，每個均包含下邊界，分別以178與180指示。代替上邊界的是，50%易燃度區(qū)域174以及25%易燃度區(qū)域176每個均包含一垂直邊界182與184。垂直邊界代表所排放的氮氣對所排放而分別超過50%易燃度限制以及氫25%易燃度限制的氫氣的比率。如圖3中所能夠發(fā)現(xiàn)以及計算的，50%的垂直邊界182相應于CR的CR50。/。LFL乘以2、或者33.0，而25%垂直邊界184則相應于CR的CR25。/oLFL乘以4、或者66.0。所應了解的是，已經(jīng)提供了 50%以及25%的易燃度界限如闡述而非唯一的范例。在本發(fā)明范疇內的是，控制系統(tǒng)與方法可以相應于這些或其它所選擇的易燃度界限來配置之，包含大于、小于或者介于這些闡述界限或限制之間的界限。
能夠將過剩氧比率人轉化于交替垂直軸156之上。排氣流中0.0%的氧含量相應于過剩氧比率人=1.0。增加排氣流中的氧含量可相應于較高的過剩氧比率入。例如，過剩氧比率 1 = 2.0可相應于9.9%的氧氣含量，而過剩氧比率人=4.0可相應于17.1%的氧氣含量。坐標圖170同樣也包含多數(shù)的曲線186，代表闡述燃料電池系統(tǒng)操作在各
種不同過剩氬比率的特性，范圍從e-1.02至e-1.08。由于相對于所排出的氮氣量，較少的氫氣從燃料電池系統(tǒng)排出，因此較低的過剩氳比率e相應于位在
遠離易燃度區(qū)域157、 174與176的曲線86。相應于不會相交易燃度區(qū)域158、174與176的過剩氫比率e曲線會相應于燃料電池系統(tǒng)的操作點，其超過任何過剩氧比率人的易燃度限制。
可判斷出過剩燃料比率e的目標值，借以保證燃料電池系統(tǒng)80排氣流的非
易燃性。目標過剩燃料比率e的計算可能需要數(shù)個假設。第一，要描述最小的
氧化劑流量，相應于最小氧化劑流量以及過剩氧比率X-1.0的描述。第二，必
須假設特定的非易燃度限制。如同闡述非唯一范例，某人可能關注于判斷要在
50%易燃度區(qū)域174外部、25%易燃度區(qū)域176、或者在文中所提的任何其它
易燃度界限或區(qū)域之下或之內操作燃料電池系統(tǒng)22的過剩氫比率e。如圖3
所示，50%易燃度區(qū)域174垂直邊界182與相應于過剩氧比率X- 1.0的坐標圖170頂端相交的交點位在相應于過剩燃料比率e- 1.05至6 = 1.06之間。在其它實施例中，可期望將燃料電池系統(tǒng)80操作在25%易燃度區(qū)域176之外，或者某種其它適用的操作機制。
某人可特別地計算過剩燃料比率e50。/。LFL,相應于與50%易燃度區(qū)域的垂直邊界182相交的過剩燃料比率e曲線。能夠將排放稀釋劑流量速率對所釋放的燃料平均流量速率的比率表示為3.71/a,如能夠從先前所敘述的燃料電池系統(tǒng)供應與排放成分表示式所推論的。經(jīng)由過量供應燃料a對過剩燃料比率e的相互關系，可將此一表示式重寫為3,71/(2*9-2)。如果某人希望判斷目標值e50%LFL，此便相應等于CR50%LFL = 30.0的比率。所以，可計算CR50%LFL為1.056。
再次參照圖2，才艮據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)22,包含燃料電池系統(tǒng)80,在系統(tǒng)控制器118之內可包含一燃料凈化控制系統(tǒng)190,其包含一燃料凈化控制器192,適以判斷最大排放燃料流量速率、以及用以判斷燃料稀釋因子。燃料凈化控制器可適以將燃料稀釋因子計算為排放燃料98所釋放的產(chǎn)量對排放稀釋劑106所釋放的產(chǎn)量的比率。凈化燃料控制器可包含有效的稀釋劑模組194，適用以諸如透過通訊鏈路124接收來自各種不同系統(tǒng)傳感器120的輸入，
22其中的傳感器則指示排放稀釋劑所釋放的產(chǎn)量，諸如在空氣導管92或者排放 氧化反應劑導管100的流量傳感器、或其相似者。
有效的稀釋劑模組194可接收直接或間接提供否則允許流經(jīng)燃料電池堆 組的稀釋劑最小流量速率的計算的其它輸入。特別的是，由于供應稀釋劑58 以及供應氧化劑46兩者流量速率的比率為大氣空氣本質所決定的數(shù)值，因此 如果氧化反應劑最小流量速率的指針可以決定，假設過剩氧比率人=1.0,燃料 凈化控制器便可計算稀釋劑的最小流量速率。就剩氧比率人>1.0的任何數(shù)值而 言，實際的排放稀釋劑流量將會超過此一計算最小值，增加至非易燃度的邊限。
如所探討的，燃料電池堆組會消耗一部份的供應氧化劑46而產(chǎn)生電流。 所以，通過量測燃料電池堆組所產(chǎn)生的電流并且以構成燃^f"電池堆組的燃料電 池數(shù)目的相關知識，燃料電池凈化控制器可計算、否則便會儲存、接收、或判 斷最小供應氧化劑流量速率，并因而計算出最小供應稀釋劑的流量速率。所以， 燃料電池凈化控制系統(tǒng)可包含一個或者多個電流傳感器122，適以產(chǎn)生由所燃 料電池堆組所產(chǎn)生的電流量測值，此可以一個或者多個通訊訊號134提供至有 效的稀釋劑模組194。
燃料凈化控制器192可產(chǎn)生燃料凈化命令訊號112，借以控制排放燃料流 量速率，致使燃料稀釋比率保持低于某一界限數(shù)值，此數(shù)值可以是一預定數(shù)值、 一經(jīng)由計算的數(shù)值、或者兩者均是。在間歇排放燃料的范例中，燃料凈化控制 器可適以判斷最大的均時排放燃料流量速率，并且適以判斷均時的燃料稀釋因 子，此因子為在最小排放稀釋劑流量速率下排放燃料的均時釋放產(chǎn)量對排放稀 釋劑的均時釋放產(chǎn)量的比率。在這些闡述的范例中，燃料凈化控制器可適以產(chǎn) 生燃料凈化命令訊號，借以控制均時排放燃料流量速率，致使燃料稀釋比率維 持低于某一預定數(shù)值。
在某些范例中，燃料凈化控制器192可適以維持燃料稀釋因子低于燃料的 可燃下限(LFL)。在這其中的某些范例，燃料凈化控制器192可適以維持燃料 因子于燃料的可燃下限的分數(shù)(即，小于100%)，諸如低于LFL的90。/。、低于 LFL的75 % 、低于LFL的50 % 、低于LFL的25 %或者低于LFL的10 % 。
例如，考慮所產(chǎn)生的電流每安培、以及燃料電池串聯(lián)實現(xiàn)中每個各別燃料 電池20消耗氧氣0.003676SLPM(每分鐘標準公升)的燃料電池堆組24。操作用
23以產(chǎn)生包含小于燃料可燃下限50 %的排氣流的范例燃料電池系統(tǒng)可包含24個 串聯(lián)并且產(chǎn)生34安培電流的各別燃料電池。此一范例燃料電池系統(tǒng)有效的稀 釋劑模組可判斷燃料電池系統(tǒng)操作于11.13SLPM的最小氮流量速率。燃料凈 化控制器192可適以產(chǎn)生燃料凈化命令訊號112,借以控制排氣燃料流量速率， 致使基于最小已決定的稀釋劑流量速率的燃料稀釋比率維持低于氫氣LFL的 50%。
在燃料間歇性排放的燃料電池系統(tǒng)80的范例中，燃料凈化控制器192可 適以判斷諸如可包含螺線管氣閥114的燃料凈化模組110可促動成為開啟配置 并且保持于此配置的轉態(tài)的至少一個時間區(qū)間以及頻率。燃料凈化控制器可判 斷工作周期，此工作周期可定義為燃料凈化;f莫組處于開啟配置的時間對總時間 的比率。如果燃料源52適以在固定壓力下提供氳氣給予陽極區(qū)域30,則燃料 凈化控制器192便可適以使用此工作周期來計算排放燃料流量速率，或者均時 排放燃料流量速率，借以計算燃料稀釋比率。此工作周期同樣也能夠用來計算 燃料電池系統(tǒng)操作點的過剩燃料比率e。所以，圖4的坐標圖170上的曲線186 能以相應于燃料電池系統(tǒng)的電流輸出而已適當計算過后的工作周期來重新標
示。相應于過剩燃料比率e較高數(shù)值的曲線可相應于較低的工作周期和/或燃料
電池堆組所產(chǎn)生的較低電流。所以，能夠推論的是，產(chǎn)生低準位電流的燃料電 池系統(tǒng)會操作在釋放可燃排氣更具風險的機制下。
可考慮圖2所示的燃料電池系統(tǒng)80利用一種主動控制系統(tǒng)。如已經(jīng)說明 的控制系統(tǒng)84可適以主動地控制來自陽極區(qū)域30的氣體的凈化，借以維持非 易燃排氣流特性。圖5顯示燃料電池系統(tǒng)22的第二闡述范例20，其利用第二 種排氣控制策略或方法，借以維持非易燃排氣特性。相似于之前所說明的燃料 電池系統(tǒng)80,燃料電池系統(tǒng)200可包含燃料電池堆組24、燃料源52、氧化劑 源54、排放組件82、以及控制系統(tǒng)84。燃料電池系統(tǒng)200可與負載進行交連。 在此一范例中，控制系統(tǒng)84可包含至少一個功能控制器202以及聯(lián)鎖控制器 204，每個均可適以透過通訊鏈路124與燃料電池系統(tǒng)200數(shù)個部件進行通訊。 控制系統(tǒng)84同樣也可包含一內部控制器鏈路206,適用以傳輸功能控制器以 及聯(lián)鎖控制器之間的通訊訊號134和/或命令訊號136。
功能控制器202可適以監(jiān)測燃料電池系統(tǒng)堆組24的效能。功能控制器可接收來自系統(tǒng)傳感器120的通訊訊號134,諸如位于燃料源52、氧化劑源54、 燃料凈化模組IIO、負載70、以及其相似物之內的電流傳感器122以及系統(tǒng)傳 感器。通過選擇性地產(chǎn)生至少一個命令訊號136進而選擇性地促動一個或者多 個控制輸入208,功能控制器便可適以維持燃料電池堆組24的效能。所以， 可由功能控制器202所產(chǎn)生的命令訊號136便可稱為功能命令訊號210。特別 的是，可由功能控制器202所產(chǎn)生的燃料凈化命令訊號112便可稱為功能燃料 凈化命令訊號212?？杉右源賱拥钠渌刂戚斎?08可包含位于燃料源52、氧 化劑源54、燃料凈化模組IIO、負載70等等之內的輸入。功能控制器與控制 方法闡述非唯一的范例揭示于美國專利6,495,277、 6,383,670、以及6,451,464 號中，全部揭露內容在此合并參考。
相似于功能控制器202的聯(lián)鎖控制器204可適以監(jiān)測燃料電池堆組24的 效能。聯(lián)鎖控制器可接收來自系統(tǒng)測器120的通訊訊號134，諸如電流傳感器 122以及諸如位于燃料源52、氧化劑源54、燃料凈化模組110、負載70、功 能控制器202極其相似物之內的其它系統(tǒng)傳感器。聯(lián)鎖控制器204可適以確使 燃料電池堆組24操作于對燃料電池系統(tǒng)200及其環(huán)境無害的機制，諸如產(chǎn)生 過度的熱、釋放可包含反應、有毒和/或易燃液體混合物、以及其相似物的排 氣流。所以，聯(lián)鎖204可適以檢測一個或者多個操作條件，可以是一種有害條 件的前導，并且適用以通過促動一個或者多個聯(lián)鎖構件214來產(chǎn)生一個或者多 個可適以確使燃料電池堆組24的操作條件不會劣化的命令訊號136。聯(lián)鎖控 制器204所產(chǎn)生用以促動一個或者多個聯(lián)鎖構件的命令訊號可稱為聯(lián)鎖命令 訊號216。
聯(lián)鎖控制器204可包含一有效稀釋劑模組194以及一燃料凈化聯(lián)鎖控制器 218。聯(lián)鎖控制器204的有效稀釋劑模組194可操作相似于燃料凈化控制系統(tǒng) 190的有效稀釋劑模組194,用以基于量測燃料電池堆組24所產(chǎn)生的電流，判 斷出供應的氧化劑所消耗的部分以及相應的最小排放稀釋劑流量速率。燃料凈 化聯(lián)鎖控制器218可適以判斷燃料稀釋因子，并且借以產(chǎn)生用來促動諸如螺線 管氣閥114的燃料凈化模組110的燃料凈化命令訊號112，致使當燃料稀釋因 子超過一可由控制系統(tǒng)預選或決定的預定數(shù)值時轉變至關閉配置。燃料凈化聯(lián) 鎖控制器218所產(chǎn)生的燃料凈化命令訊號112可稱為聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號220。
在本發(fā)明范疇內的是，控制系統(tǒng)84各種不同的控制器、模組、鏈路、傳 感器、及其相似物可以任何適用的配置來實現(xiàn)的并且具有任何事用的部件和/ 或機件。在某些實施例中，控制系統(tǒng)84這些部件的其中一個或多個可以一起 實現(xiàn)，同時于他者中，可以實現(xiàn)為分離的部件，彼此合作進行通訊，諸如文中 所提的。
排放氧化反應劑102與排放燃料98兩者可從燃料電池系統(tǒng)200間歇或持 續(xù)地發(fā)出，如同燃料電池系統(tǒng)80。在排放氧化反應劑102與排放燃料98間歇 性發(fā)出的范例中，可基于時間的平均來考慮排氣流量速率。在這些闡述實施例 中，排放氧化劑或排放燃料的流量可視為連續(xù)的，即使實際的陰極排出氣體 74或者陽極排出氣體72僅可為間歇的。所以，至少一個功能控制器202與聯(lián) 鎖控制器204可適以檢測或判斷均時排放氧化反應劑或排放燃料流量速率。間 歇凈化之間的時序以及每次凈化的時間區(qū)間可以固定、或者可由功能控制器 202來決定，如之前已經(jīng)探討的。
燃料凈化模組IIO可包含一個或者多個構件，可相應于功能控制器的燃料 凈化命令訊號212或聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號220,適以選擇性地促動，借以調 變可釋放至燃料凈化導管96之中并且依序而至堆疊排氣裝置94的排放燃料 98的產(chǎn)量。在間歇排放燃料的燃料電池系統(tǒng)200的范例中，燃料凈化模組IIO 可相應于燃料凈化命令訊號，適以選擇性地促動而于關閉配置與開啟配置之間 轉變；在其中的關閉配置，燃料凈化模組110適以避免燃料引進或釋放至堆疊 排放裝置94之中，而在其中的開啟配置，燃料凈化模組110則適以將排放燃 料98的產(chǎn)量^放至燃料凈化導管96之中并依序而至堆疊排放裝置94。適用 以間歇發(fā)出排放燃料98的燃料凈化模組110闡述非唯一的范例可包含螺線管 氣閥114。
在持續(xù)排放燃料的燃料電池系統(tǒng)200的范例中，燃料凈化模組110可相應 于功能控制器燃料凈化命令訊號，適用以選擇性促動，借以調節(jié)可釋放至燃料 凈化導管96并依序而至堆疊排放裝置94的排放燃料98的產(chǎn)量。更特別的是， 燃料凈化模組IIO可適以發(fā)出排放燃料的連續(xù)調變流。在這些范例中，燃料凈 化模組110同樣也可相應于聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號，適用以選擇地促動，而于
26一開啟配置以及一關閉配置之間進行轉變；在其中的開啟配置中，燃料凈化構 件適用以相應于功能控制器燃料凈化命令訊號來調節(jié)排放燃料的產(chǎn)量，而在其 中的關閉配置中，燃料凈化構件適以不論任何的功能控制器燃料凈化命令訊 號，均避免排放燃料進入堆疊排放裝置。適以發(fā)出排放燃料的持續(xù)調變流的燃 料凈化模組110非唯一范例可包含一種洞孔調整氣閥或其相似物。燃料凈化模 組110同樣也可包含這些構件的組合，或者執(zhí)行這些功能組合借以間歇發(fā)出排 氣的調變與可中斷流的單一構件。
燃料稀釋因子可以是一種在最小排放稀釋劑流量速率下的排放燃料已釋 放產(chǎn)量對排放稀釋劑已釋放產(chǎn)量的比率。在某些范例中，燃料稀釋因子可以是 一種最小排放稀釋劑流量速率下排放燃料均時已釋放產(chǎn)量對排放稀釋劑均時 已釋放產(chǎn)量的比率的燃料稀釋因子。
在某些范例中，聯(lián)鎖控制器204可產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號220，借以 當燃料稀釋因子超過可燃下限(LFL)之時，促動燃料凈化模組IIO轉變至關閉 配置。或者，聯(lián)鎖控制器204可產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號220，借以當燃料 稀釋因子超過燃料的可燃下限(LFL)的分數(shù)部分時，促動燃料凈化模組110轉 變至關閉配置，諸如任何一種先前所探討的闡述界限，包含50%、 25%或者 10%。
在燃料電池系統(tǒng)200某些實施例中，可基于燃料電池系統(tǒng)內其它條件的檢 測來配置聯(lián)鎖控制器204用以促動燃料凈化模組110，借以轉變至關閉配置。 例如，為了避免易燃排氣流釋放周期，當用以促動燃料凈化模組110轉變至關 閉配置的功能控制器燃料凈化命令訊號212已經(jīng)不產(chǎn)生超過一預定時間區(qū)間 之時，聯(lián)鎖控制器可適以產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號。
聯(lián)鎖控制器204可適以產(chǎn)生用以促動一個或者多個聯(lián)鎖控制器214的聯(lián)鎖 命令訊號216。例如，燃料源52可包含燃料源切斷模組88，適用以相應于燃 料源切斷命令訊號90而受促動。聯(lián)鎖控制器204可適以產(chǎn)生一聯(lián)鎖燃料源切 斷命令訊號222，借以當產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號220用以促動燃料凈化模 組IIO成為關閉配置之時，促動燃料源切斷模組88轉變至關閉配置。
燃料電池系統(tǒng)200的控制系統(tǒng)84適用配置闡述非唯一范例，特別是聯(lián)鎖 控制器204,更為詳細地顯示于圖6。如所闡述的，聯(lián)鎖控制器204包含一第一聯(lián)鎖處理器224以及一第二聯(lián)鎖處理器225。第一與第二聯(lián)鎖處理器可適以 透過內部控制器通訊鏈路206而與功能控制器202進行通訊，并且透過內部聯(lián) 鎖控制器通訊鏈路226彼此相互通訊。
聯(lián)鎖處理器224與225可包含多數(shù)的聯(lián)鎖電路228，適以從一個或者多個 系統(tǒng)傳感器120接收通訊訊號134，可包含一個或者多個電流傳感器122、或 者在燃料源52、氧化劑源54、燃料凈化模組IIO、堆疊排放裝置94、負載70 之內的其它部件、或者燃料電池系統(tǒng)200的其它部件，其并且適以產(chǎn)生一聯(lián)鎖 輸出230。特別的是，除了與燃料電池堆組排氣流中所發(fā)出的燃料數(shù)量有關的 聯(lián)鎖輸出之外，聯(lián)鎖輸出可能尚有關于諸如燃料供應壓力、通風、和/或燃料 電池系統(tǒng)200內所包含的外殼溫度與燃料電池堆組24內冷卻劑流量溫度的條 件。聯(lián)鎖處理器224與225每個同樣也可包含一聯(lián)鎖失效產(chǎn)生器232,如果在 聯(lián)鎖處理器內檢測出機能失常，適以產(chǎn)生一失效命令訊號234。
每個聯(lián)鎖處理器均可包含一個或者多個的聯(lián)鎖邏輯電路236,可適以處理 一個或者多個聯(lián)鎖輸出，借以判斷一個或者多個可輸出為聯(lián)鎖狀態(tài)訊號238 的聯(lián)鎖狀態(tài)。聯(lián)鎖邏輯電路236非唯一范例可以是一種多傳輸端口 AND邏輯 閘240,可適以執(zhí)行聯(lián)鎖輸出230的組合的布爾(Boolean)AND處理，借以提 供聯(lián)鎖狀態(tài)訊號238?？刂葡到y(tǒng)84同樣也可包含額外的邏輯處理器244與245, 適以使用聯(lián)鎖處理器224和/或225的輸出來執(zhí)行額外的邏輯功能，借以產(chǎn)生 至少一個聯(lián)鎖命令訊號216。
例如，圖6顯示兩個額外的邏輯處理器244與245。在某一非唯一范例中， 額外的邏輯處理器244可包含一布爾AMD閘，可適以接收聯(lián)鎖失效命令訊號 234,并且借以產(chǎn)生一聯(lián)鎖失效輸出246。在另一非唯一范例中，額外的邏輯 處理器245可包含一布爾AND閘，可適以接收一個或者多個聯(lián)鎖狀態(tài)訊號 238，此可包含聯(lián)鎖失效輸出246，以及來自功能控制器202的一個或者多個 命令訊號136。系統(tǒng)控制系84可產(chǎn)生一聯(lián)鎖狀態(tài)命令訊號248，其可包含聯(lián)鎖 燃料凈化命令訊號220、和/或聯(lián)鎖燃料源切斷命令訊號222。
此時轉至圖7，顯示燃料電池系統(tǒng)200范例操作的狀態(tài)圖260的闡述非唯 一范例。狀態(tài)圖260包含系統(tǒng)控制器84多數(shù)的操作狀態(tài)262。操作狀態(tài)262 可包含一OFF狀態(tài)164,其中燃料電池系統(tǒng)200不會產(chǎn)生電流，^f旦各個不同的子系統(tǒng)則預備進入ON狀態(tài)266。例如，燃料源52可有效提供所供應的燃料 44、和/或氧化劑源54可有效提供所供應的氧化劑46。
在進入ON狀態(tài)266之前，系統(tǒng)控制器84可進入WAIT狀態(tài)268 —段預 定的時間周期，諸如60秒，借以確保燃料電池系統(tǒng)200的全體預備產(chǎn)生電流。 在預定的時間周期已經(jīng)過去之后，燃料電池系統(tǒng)200的操作便可進入ON狀態(tài) 266?；蛘?，如果在操作于WAIT狀態(tài)268的同時檢測到任何的失效，則操作 便可返回至OFF狀態(tài)264，或者可進行至一 FAULT狀態(tài)270，其中可產(chǎn)生一 個或者多個命令訊號136,借以促動一或者多個聯(lián)鎖構件214。此外，在操作 于ON狀態(tài)266期間中的任何失效的檢測可指示燃料電池系統(tǒng)200可能是操作 在可能有害于燃料電池系統(tǒng)或其外圍環(huán)境的機制。例如，聯(lián)鎖狀態(tài)訊號248 的產(chǎn)生可導致燃料電池系統(tǒng)的操作進入到FAULT狀態(tài)270。
一旦燃料電池系統(tǒng)200的搡作已經(jīng)進入FAULT狀態(tài)270，功能控制器202 便可避免產(chǎn)生可適以促動一個或者多個控制輸入208的功能命令訊號210，直 到某些使用者與燃料電池系統(tǒng)200的互動執(zhí)行為止。使用者互動可包含將燃料 電池系統(tǒng)的操作移至OFF狀態(tài)264。如同非唯一的范例，端視聯(lián)鎖燃料凈化命 令訊號產(chǎn)生的檢測而定的是，控制系統(tǒng)可進入WAIT狀態(tài)268，并且可適以避 免功能控制器的燃料凈化命令訊號212及其相似物的產(chǎn)生。
狀態(tài)圖260同樣也包含一 WARNING狀態(tài)272，相似于FAULT狀態(tài)270， 可在操作于OFF狀態(tài)264或ON狀態(tài)266的同時，依照特定條件的檢測而進 入之。然而，可觸發(fā)WARNING狀態(tài)272進入的條件可能并非是嚴重到可能 會觸發(fā)而進入FAULT狀態(tài)270的條件。例如，燃料電池堆組24外殼內的低溫 檢測可能導致控制系統(tǒng)84進入WARNING狀態(tài)272。在WARNING狀態(tài)，相 似于在FAULT狀態(tài)，可產(chǎn)生一個或者多個命令訊號136,借以促動一個或者
多個4關鎖構件214，而燃^r牛電池堆組則會導致電流產(chǎn)生。或者，燃料電池堆組
可持續(xù)產(chǎn)生電流，但操作者會受到警告出現(xiàn)觸發(fā)WARNING狀態(tài)的條件。端 視觸發(fā)WARNING狀態(tài)的條件消失的檢測而定的是，控制系統(tǒng)84的操作可保 持在WARNING狀態(tài)272，或者操作可返回到ON狀態(tài)266。
狀態(tài)圖260包含多數(shù)的狀態(tài)轉變箭號274,可指示正當?shù)臓顟B(tài)轉變，諸如 之前所探討的數(shù)種轉變。這些狀態(tài)的轉變可允許狀態(tài)262之間以一某方向或兩
29方向的轉變，如箭頭276所指示的。除了之前所探討的狀態(tài)轉變之外，圖7 顯示一狀態(tài)轉變箭號274，指示ON狀態(tài)266以及可允許使用者停止電流從燃 料電池系統(tǒng)200產(chǎn)生的OFF狀態(tài)264之間的狀態(tài)轉變。此外或者，圖7顯示 往返于WARNING狀態(tài)272之間的狀態(tài)轉變。
燃料電池系統(tǒng)22的自動操作會致使其使用于家電用品、車輛、以及其它 商業(yè)應用，其中則是由不需訓練燃料電池操作的個體使用其系統(tǒng)。同樣也致使 其使用于技術人員、甚或個人不常出現(xiàn)的環(huán)境中，諸如微波繼電站、無人傳輸 器或監(jiān)測設備等等?？刂葡到y(tǒng)84同樣也會致使燃料電池系統(tǒng)實現(xiàn)于個人不能 經(jīng)常監(jiān)測系統(tǒng)操:作的商業(yè)裝置中。例如，車輛與輪船中燃料電池系統(tǒng)的實現(xiàn)需 要使用者不必一直持續(xù)地監(jiān)測并且預備調整燃料電池系統(tǒng)的操作。替代的是， 如果系統(tǒng)遭遇到自動響應的控制系統(tǒng)范圍之外的操作參數(shù)和/或條件，使用者 僅需要通告即可，所以使用者能夠響應控制系統(tǒng)進而調節(jié)燃料電池的操作。
以上的范例闡述如此自動燃料電池系統(tǒng)可實行的應用，而不妨礙其它的應 用、或者必需要燃料電池系統(tǒng)必要適用于任何特殊應用。再者，在之前的章節(jié) 中，已經(jīng)說明了控制系統(tǒng)84控制燃料電池系統(tǒng)各個不同的部分。可實現(xiàn)此系 統(tǒng)，而不包含上述控制系統(tǒng)的每一個觀念。同樣的是，系統(tǒng)22可適以監(jiān)測并 且控制文中并無探討的操作參數(shù)，并且可傳送除了先前范例中所提供之外的命 令訊號。
產(chǎn)業(yè)可利用性
文中所說明的燃料電池系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)可應用于任何一種通過燃料電 池堆組產(chǎn)生電力之處。其特別可應用于燃料電池堆組會發(fā)出易燃性排氣至燃料 電池系統(tǒng)周圍環(huán)境之時。
盡管此中的每種方法及器具已經(jīng)以較佳的型式揭示，然并不認為文中所揭示以 及闡述的特定范例或有限制之意，而為數(shù)眾多的變體也是可實行的。本文的主 題內容包含文中所揭示各不相同的構件特征、功能和/或特性的所有新穎以及 不明顯的組合與次組合。同樣的是，申請專利范圍詳述"一個"或"第一個"構件 或其等效物，應該了解到如此的申請專利范圍包含一個或者多個如此構件的并 入，既不須要也不排除兩個或者更多的如此構件。相信本申請的申請專利范圍特別地點出相應于所揭示的范例并且是新穎 而不明顯的某些組合與次組合。透過此中或相關申請案中的本申請專利范圍的 修正或者新申請專利范圍的呈現(xiàn)，可宣告特征、功能、構件和/或特性的其它 組合或次組合。如此的修訂或新主張，不論是指示為不同的組合或者指示為相 同的組合，不論是不同的、較廣泛的、較狹隘的、或者等同于原有的申請專利 范圍范疇者，同樣認為包含于本申請專利范圍的主體內容之內。
權利要求
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，包含一燃料電池堆組，包含至少一個燃料電池，具有一陽極區(qū)域與一陰極區(qū)域；以及一燃料凈化模組，適以選擇性凈化至少一個燃料電池的陽極區(qū)域；其中，燃料電池堆組適以接收供應燃料與包含有供應氧化劑及供應稀釋劑的供應氧化反應劑；其中，燃料電池堆組進一步適以消耗一部份的供應燃料與一部份的供應氧化劑，借以從其產(chǎn)生電流；一排放組件，包含一與燃料凈化液態(tài)交流的堆組排放裝置；一與燃料凈化液態(tài)交流并且適以從燃料電池堆組傳輸排放燃料的燃料排放導管；以及一與堆疊排放裝置液態(tài)交流并且適以從燃料電池堆組傳輸排放氧化反應劑的氧化反應劑排放導管，其中的排放氧化反應劑則包含排放稀釋劑與排放氧化劑；且其中，相應于燃料凈化命令訊號，燃料凈化模組適以選擇性地被促動，借以調節(jié)所要釋放至堆疊排放裝置中的排放燃料的產(chǎn)量；以及一燃料凈化控制系統(tǒng)，包含一電流傳感器，適以產(chǎn)生燃料電池堆組所產(chǎn)出的電流量測值；一與電流傳感器電氣交流的有效稀釋劑模組，其并且適以基于燃料電池堆組所產(chǎn)生的電流量測值，判斷供應氧化劑所消耗掉的部分以及所相應的最小排放稀釋劑流量速率；以及一燃料凈化控制器，適以判斷最大排放燃料流量速率并且適以判斷燃料稀釋因子，此燃料稀釋因子是一種在最小排放稀釋劑流量速率下排放燃料所釋放的產(chǎn)量對排放稀釋劑所釋放的產(chǎn)量的比率，燃料凈化控制器進一步適以產(chǎn)生燃料凈化命令訊號，借以控制排放燃料的流量速率，致使燃料稀釋因子保持低于一界限數(shù)值。
2. 根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述燃料凈化控制器適 以判斷最大均時排放燃料流量速率以及適以判斷均時燃料稀釋因子，此燃料稀 釋因子為在最小排放稀釋劑流量速率下排放燃料的均時釋放產(chǎn)量對排放稀釋 劑的均時釋放產(chǎn)量的比率，燃料凈化控制器進一步適以產(chǎn)生燃料凈化命令訊 號，借以控制均時排放燃料的流量速率，致使燃料稀釋因子保持低于一界限數(shù) 值，再者其中的燃料凈化模組適以選擇性轉變于一開啟配置與一關閉配置之 間，在其中的開啟配置，燃料凈化模組適以將排放燃料釋放至堆疊排放裝置之 中，而在其中的關閉配置，燃料凈化模組則適以避免排放燃料釋放至堆疊排放 裝置之中。
3. 根據(jù)權利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述燃料凈化控制器適 以判斷燃料凈化模組可處于開啟配置的至少一段時間區(qū)間以及頻率。
4. 根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，燃料具有較低的易燃性 限制，再者其中的所述燃料凈化控制系統(tǒng)適以維持燃料凈化因子低于燃料的可 燃下限。
5. 根據(jù)權利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述界限數(shù)值最多為燃 料可燃下限的50%。
6. 根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個燃料電池 包含至少一個質子交換薄膜燃料電池。
7. 根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述排放氧化劑包含供 應氧化劑以及供應稀釋劑所消耗的部分之間的差量，其中在排放稀釋劑流量速 率下從燃料電池堆組傳輸排放稀釋劑，其中在供應稀釋劑流量速率下提供供應 稀釋劑，再者其中，排放稀釋劑流量速率相應于供應稀釋劑流量速率。
8. 根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述排放氧化反應劑持 續(xù)地發(fā)至堆疊排放裝置之中。
9. 根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在供應氧化劑流量速率 下提供供應氧化劑，而在具有對供應氧化劑流量速率預定比率的供應稀釋劑流 量速率下提供供應稀釋劑。
10. 根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述供應燃料包含氫氣， 其中，供應氧化反應劑包含空氣，其中，供應氧化劑包含氧氣，再者其中，供應稀釋劑包含氮氣。
11. 根據(jù)權利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，進一步包含一空氣輸送組件， 其適以提供空氣給予燃料電池堆組。
12. 根據(jù)權利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在固定壓力下提供供應 燃料。
13. 根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，進一步包含一燃料源，包含一 燃料處理器，適以從至少一種原料產(chǎn)生至少一部分的供應燃料。
14. 一種燃^)"電池系統(tǒng)，包含 一燃料電池堆組，包含至少一個燃料電池，具有一陽極區(qū)域與一陰極區(qū)域；以'及一燃料凈化模組，適以選擇性凈化至少一個燃料電池的陽極區(qū)域；其中，燃料電池堆組適以接收供應燃料與包含有供應氧化劑及供應稀釋劑的供應氧化反應劑；其中，燃料電池堆組進一步適以消耗一部份的供應燃料與一部份的供應氧化劑，借以從之產(chǎn)生電流； 一排^L組件，包含一堆組排放裝置，其與燃料凈化液態(tài)交流；一燃津+排;故導管，其與燃料凈化液態(tài)交流并且適以從燃料電池堆組傳輸排 放燃料；以及一氧化反應劑排放導管，其與堆疊排放裝置液態(tài)交流并且適以從燃料電池 堆組傳輸排放氧化反應劑，其中，排放氧化反應劑則包含排放稀釋劑與排放氧 化劑；以及其中，相應于至少一個燃料凈化命令訊號，燃料凈化模組適以選擇性地被 促動，借以調節(jié)所要釋放至堆疊排放裝置中的排放燃料的產(chǎn)量；此至少一個的 燃料凈化命令訊號則包含一功能控制器燃料凈化命令訊號與 一聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號；以及一控制系統(tǒng)，包含一適以監(jiān)測燃料電池堆組效能并且適以選擇性產(chǎn)生一個或者多個命令訊 號的功能控制器，其中，命令訊號則至少包含功能控制器燃料凈化命令訊號；以及一適以監(jiān)測燃料電池堆組效能的聯(lián)鎖控制器，其并且包含 一適以產(chǎn)生燃料電池堆組所產(chǎn)出的電流量測值的電流傳感器； 一與電流傳感器電氣交流的有效稀釋劑模組，其并且適以基于燃料電池堆 組所產(chǎn)生的電流量測值，判斷供應氧化劑所消耗掉的部分以及所相應的最小排 放稀釋劑流量速率；以及一適以判斷燃料稀釋因子的燃料凈化聯(lián)鎖控制器，此燃料稀釋因子則是一 種在最小排放稀釋劑流量速率下排放燃料所釋放的產(chǎn)量對排放稀釋劑所釋放 的產(chǎn)量的比率，燃料凈化控制器進一步適以產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號，借以 促動燃料凈化模組從一開啟配置轉變成為關閉配置，其中，燃料凈化模組則適 以在燃料稀釋因子超過一界限數(shù)值時避免排放燃料釋放至堆疊排放裝置之中。
15. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述燃料凈化控制器 適以判斷均時燃料稀釋因子，此燃料稀釋因子為在最小排放稀釋劑流量速率下 排放燃料流量速率的均時釋放產(chǎn)量對排放稀釋劑的均時釋放產(chǎn)量的比率，此燃 料凈化控制器進一步適以產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號，借以當均時燃料稀釋因 子超過界限數(shù)值時，促動燃料凈化模組轉變至關閉配置。
16. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述聯(lián)鎖控制器進一 步適以產(chǎn)生燃料凈化命令訊號，借以當用以促動燃料凈化模組轉變至關閉配置燃料凈化模組轉變至關閉配置。
17. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，進一步包含一燃料源以及一 燃料源切斷模組，其適合相應于燃料源切斷命令訊號而選擇性促動于一開啟配 置以及一關閉配置之間，在其中的開啟配置，燃料源適以提供供應燃料給予燃 料電池堆組，而在其中的關閉配置，燃料源切斷模組則適以避免燃料輸送至燃 料電池堆組，其中，聯(lián)鎖控制器進一步適以產(chǎn)生一聯(lián)鎖燃料源切斷命令訊號， 借以當產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號促動燃料凈化模組轉變至關閉配置之時，促 動燃料源切斷模組轉變至關閉配置。
18. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述燃料具有一可燃 下限，再者其中，所述界限數(shù)值低于此燃料可燃下限。
19. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述界限數(shù)值最多為 燃料可燃下限的50%。
20. 才艮據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個燃料電 池包含至少一個質子交換薄膜燃料電池。
21. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)包含多 數(shù)的聯(lián)鎖控制器。
22. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)適以監(jiān) 測聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號，并且適以當聯(lián)鎖控制器產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號 時，促動燃料凈化模組轉變至關閉配置，借以進入一控制狀態(tài)，于此狀態(tài)中， 用以促動燃料凈化模組轉變至開啟配置的功能控制器燃料凈化命令訊號并不 會產(chǎn)生，直到特定使用者與燃料電池系統(tǒng)的互動執(zhí)行為止。
23. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述排放氧化劑包含 供應氧化劑以及供應稀釋劑所消耗的部分之間的差量。
24. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在排放稀釋劑流量速 率下從燃料電池堆組傳輸排放稀釋劑，其中，再供應稀釋劑流量速率下提供供 應稀釋劑，而且其中，排放稀釋劑流量速率相應于供應稀釋劑的流量速率。
25. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，持續(xù)發(fā)出排放氧化反 應劑至堆疊排放裝置。
26. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在供應氧化劑流量速 率下提供供應氧化劑，而在具有對供應氧化劑流量速率預定比率的供應稀釋劑 流量速率下纟是供供應稀釋劑。
27. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述供應燃料包含氫 氣，其中，所述供應氧化反應劑包含空氣，其中，所述供應氧化劑包含氧氣， 再者其中，所述供應稀釋劑包含氮氣。
28. 根據(jù)權利要求27所述的燃料電池系統(tǒng)，進一步包含一空氣輸送組件， 其適以提供空氣給予燃料電池堆組。
29. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中在固定壓力下提供供應 燃料。
30. 根據(jù)權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，進一步包含一燃料源，其包含一燃料處理器，適以從至少 一種原料產(chǎn)生至少 一部分的供應燃料。
31. —種操作燃料電池堆組的方法，該方法包含 提供供應燃料給予燃料電池堆組；提供供應氧化反應劑給予燃料電池堆組，此供應氧化反應劑包含供應稀釋 劑與供應氧化劑；消耗一部份的供應燃料與一部份供應氧化劑，借以從之產(chǎn)生電流； 產(chǎn)生由燃料電池堆組所產(chǎn)出的電流的量測值； 基于電流量測值，判斷供應氧化劑的消耗速率；發(fā)出排放氧化反應劑至堆疊排放裝置，此排放氧化反應劑包含排放稀釋劑 與排放氧化劑；基于供應氧化劑的消耗速率，判斷最小稀釋劑流量速率； 判斷排放燃料流量速率；判斷燃料稀釋因子，其為排放燃料流量速率對最小排放稀釋劑流量速率的 比率；以及產(chǎn)生一燃料凈化命令訊號，借以控制燃料凈化模組維持燃料稀釋因子低于 一界限數(shù)值，其中，燃料凈化模組適以相應于燃料凈化命令訊號而選擇性促動， 借以調節(jié)所要釋放至堆疊排放裝置中的排放燃料的產(chǎn)量。
32. 根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，判斷排放燃料流量速率包含判 斷均時排放燃料流量速率。
33. 根據(jù)權利要求32所述的方法，其中，產(chǎn)生燃料凈化命令訊號包含產(chǎn) 生用以控制燃料凈化模組維持燃料稀釋因子低于界限數(shù)值的燃料凈化命令訊組轉變于一開啟配置與一關閉配置之間，在其中的開啟配置，燃料凈化模組適 以將排放燃料的產(chǎn)量釋放至堆疊排放裝置之中，而在其中的關閉配置，燃料凈 化模組則適以避免排放燃料釋放至堆疊排放裝置之中。
34. 根據(jù)權利要求33所述的方法，其中，判斷均時排放燃料流量速率包 含判斷燃料凈化命令訊號可促動燃料凈化模組轉變至開啟配置的至少一段時 間區(qū)間以及頻率。
35. 根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，燃料具有一可燃下限，再者其中，產(chǎn)生燃料凈化命令訊號包含產(chǎn)生用以控制燃料凈化模組維持燃料稀釋因子 低于此燃料可燃下限的燃料凈化命令訊號。
36. 根據(jù)權利要求35所述的方法，其中，產(chǎn)生燃料凈化命令訊號包含產(chǎn) 生用以控制燃料凈化模組維持燃料稀釋因子低于此燃料可燃下限淤50%的燃 料凈化命令訊號。
37. 根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，發(fā)出排放氧化反應劑包含發(fā)出 排放氧化反應劑，而排放氧化反應劑則包含含有供應氧化劑以及供應稀釋劑所 消耗的部分之間的差量的排放氧化劑，其中提供供應氧化反應劑包含在供應稀 釋劑流量速率下提供包含供應稀釋劑的供應氧化反應劑，再者其中發(fā)出排放氧 化反應劑包含在相應于供應稀釋劑流量速率的排放稀釋劑流量速率下發(fā)出含 有排放稀釋劑的排放氧化反應劑。
38. 根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，發(fā)出排放氧化劑包含持續(xù)釋放 排放氧化反應劑至堆疊排放裝置。
39. 根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，提供供應氧化反應劑包含提供 供應氧化反應劑，其包含在供應氧化劑流量速率下的供應氧化劑以及在具有對 供應氧化劑流量速率一預定比率的供應稀釋劑流量速率下的供應稀釋劑。
40. 根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，提供供應氧化反應劑包含提供 空氣給予燃料電池堆組，其中提供供應氧化反應劑包含提供含有由氧氣所構成 的供應氧化劑的供應氧化反應劑，再者其中提供供應氧化反應劑包含提供含有 由氮氣所構成的供應稀釋劑。
41. 根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，提供供應燃料包含提供含有氫 氣的供應燃料。
42. 根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，提供供應燃料包含從一燃料源 提供供應燃料。
43. 根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，提供供應燃料包含從至少一種 原料產(chǎn)生至少一部分的供應燃料。
44. 一種操作燃料電池堆組的方法，該方法包含 提供供應燃料給予燃料電池堆組；提供供應氧化反應劑給予燃料電池堆組，此供應氧化反應劑包含供應稀釋劑與供應氧化劑；消耗一部份的供應燃料與一部份供應氧化劑，借以從之產(chǎn)生電流； 產(chǎn)生由燃料電池堆組所產(chǎn)出的電流的量測值； 基于電流量測值，判斷供應氧化劑的消耗速率；發(fā)出排放氧化反應劑至堆疊排放裝置，此排放氧化反應劑包含排放稀釋劑 與排放氧化劑；基于供應氧化劑的消耗速率，判斷最小稀釋劑流量速率； 判斷排放燃料流量速率；判斷燃料稀釋因子，其為排放燃料流量速率對最小排放稀釋劑流量速率的 比率；產(chǎn)生包含功能燃料凈化命令訊號的至少一個命令訊號，適以相應于燃料凈 化命令訊號而選擇性促動燃料凈化模組，借以調節(jié)所要釋放至堆疊排放裝置中 的排放燃料的產(chǎn)量；以及產(chǎn)生一聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號，借以促動燃料凈化模組從一開啟配置轉變 成為關閉配置，其中的燃料凈化模組則適以在燃料稀釋因子超過一界限數(shù)值時 避免排放燃料釋放至堆疊排放裝置之中。
45. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號包 含產(chǎn)生一燃料源切斷命令訊號，其適以促動燃料源切斷模組而選擇性轉變于一 開啟配置以及一關閉配置之間，在其中的開啟配置，提供供應燃料給予燃料電 池堆組，而在其中的關閉配置，燃料源切斷模組則避免供應燃料提供至燃料電 池堆組。
46. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，燃料具有一可燃下限，再者其預定分數(shù)時用以促動燃料凈化模組轉變至關閉配置的聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號。
47. 根據(jù)權利要求46所述的方法，其中，產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號包 含產(chǎn)生當燃料稀釋因子超過燃料可燃下限的最多50%時用以促動燃料凈化模 組轉變至關閉配置的聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號。
48. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號包 含產(chǎn)生適以致使燃料電池堆組進入一控制狀態(tài)的聯(lián)鎖命令訊號，于此狀態(tài)中，用以促動燃料凈化模組轉變至開啟配置的功能控制器燃料凈化命令訊號并不 會產(chǎn)生，直到特定使用者與燃料電池系統(tǒng)的互動執(zhí)行為止。
49. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，判斷排放燃料流量速率包含判 斷均時排放燃料流量速率，其中產(chǎn)生聯(lián)鎖燃料凈化命令訊號包含產(chǎn)生用以控制相應于此燃料凈化命令訊號而選擇性促動燃料凈化模組轉變于一開啟配置與 一關閉配置之間，在其中的開啟配置，燃料凈化模組適以將排放燃料的產(chǎn)量釋 放至堆疊排放裝置之中，而在其中的關閉配置，燃料凈化模組則適以避免排放 燃料釋放至堆疊排放裝置之中。
50. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，發(fā)出排放氧化反應劑包含發(fā)出 排放氧化反應劑，而排放氧化反應劑則包含含有供應氧化劑以及供應稀釋劑所 消耗的部分之間的差量的排放氧化劑。
51. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，提供供應氧化反應劑包含在供 應稀釋劑流量速率下提供包含供應稀釋劑的供應氧化反應劑，而且其中發(fā)出排 放氧化反應劑包含在相應于供應稀釋劑流量速率的排放稀釋劑流量速率下發(fā) 出含有排放稀釋劑的排放氧化反應劑。
52. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，發(fā)出排放氧化劑包含持續(xù)釋放 排放氧化反應劑至堆疊排放裝置。
53. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，提供供應氧化反應劑包含提供 供應氧化反應劑，其包含在供應氧化劑流量速率下的供應氧化劑以及在具有對 供應氧化劑流量速率一預定比率的供應稀釋劑流量速率下的供應稀釋劑。
54. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，提供供應氧化反應劑包含提供 空氣給予燃料電池堆組，其中提供供應氧化反應劑包含提供含有由氧氣所構成 的供應氧化劑的供應氧化反應劑，再者其中提供供應氧化反應劑包含提供含有 由氮氣所構成的供應稀釋劑。
55. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，提供供應燃料包含提供含有氫 氣的供應燃料。
56. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，提供供應燃料包含從至少一種 原料產(chǎn)生至少一部分的供應燃料。
全文摘要
用以監(jiān)測和/或控制燃料電池排氣借以提供非易燃性排氣流的系統(tǒng)及方法，在某些實施例中，調節(jié)燃料電池系統(tǒng)的操作，借以提供具有低于其中所含有的氣體預定可燃下限分數(shù)界限的最大易燃性的排氣流。在某些實施例中，此系統(tǒng)及方法利用燃料電池或燃料電池堆所產(chǎn)生的電流來監(jiān)測和/或調節(jié)燃料電池排氣流的易燃性。在某些實施例中，燃料電池系統(tǒng)包含一個或者多個控制器，適以監(jiān)測來自燃料電池堆的排氣流的易燃性和/或借以所相應的調節(jié)燃料電池系統(tǒng)的操作。在某些實施例中，相應于所量測到的電流來調節(jié)或控制至少一個陽極凈化氣閥的操作和/或工作周期。
文檔編號H01M8/04GK101512813SQ200780032311
公開日2009年8月19日 申請日期2007年9月18日 優(yōu)先權日2006年9月25日
發(fā)明者亞倫·曼歐德, 爾尼·雷芬, 柯帝士·瑞恩, 道格拉斯·B.·薩克考 申請人:伊達科技公司