本發(fā)明涉及燃料電池，具體而言，本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)和控制燃料電池系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)：

1、在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)過程中，燃料電池運(yùn)行時(shí)，通過氫瓶為燃料電池電堆提供燃料，氫氣進(jìn)入減壓閥后進(jìn)行減壓，再進(jìn)入進(jìn)氣閥和比例閥，之后進(jìn)入燃料電池電堆，反應(yīng)后的氣體含有較高濃度的氫氣，該高濃度氫氣通過尾排直接排出燃料電池系統(tǒng)會(huì)造成浪費(fèi)，因此可將反應(yīng)后的氣體經(jīng)過氫氣再循環(huán)回路再次進(jìn)入電堆。

2、但是，現(xiàn)有技術(shù)中很難準(zhǔn)確檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)的燃料再循環(huán)回路中的氫含量，這是因?yàn)椋涸谌剂想姵剡\(yùn)行過程中，空氣和氫氣在電堆內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量的水，部分水進(jìn)入燃料再循環(huán)回路中，導(dǎo)致燃料再循環(huán)回路處于潮濕環(huán)境中，而氫傳感器在潮濕環(huán)境中工作效率較低，反應(yīng)緩慢，很難準(zhǔn)確測(cè)量燃料再循環(huán)回路中的氫含量。為了避免損壞電堆，需要快速有效的吹掃，然而，過度吹掃可能會(huì)導(dǎo)致燃油效率損失或燃油排放。

3、由于吹掃不足會(huì)損壞電堆，并且燃料再循環(huán)回路中的確切氫氣濃度未知，因此陽極的吹掃速率通常高于要求，從而導(dǎo)致燃料損耗或高濃度氫氣排放。根據(jù)驅(qū)動(dòng)循環(huán)和電堆設(shè)計(jì)，氫氣吹掃可能占整個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)中消耗的氫氣的15％。在壽命結(jié)束(eol)時(shí)，通常不需要或大大減少氫氣吹掃，因?yàn)檩^小的內(nèi)部泄漏足以將陽極循環(huán)回路中的n2水平維持在可接受的水平。然而，常規(guī)凈化控制方法無法檢測(cè)到這一點(diǎn)，因此通過浪費(fèi)大量燃料或未能達(dá)到排放目標(biāo)來維持bol凈化水平。陽極吹掃時(shí)間通常在壽命開始時(shí)(bol)通過經(jīng)驗(yàn)測(cè)試確定，通常沒有傳感器反饋來根據(jù)變化的條件或老化的部件調(diào)整凈化速率/正時(shí)，也沒有對(duì)故障部件的反饋。

4、因此有必要提供一種能夠準(zhǔn)確反饋燃料再循環(huán)回路中的氫濃度的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一燃料電池系統(tǒng)和控制燃料電池系統(tǒng)的方法。本發(fā)明使燃料氣體的吹掃損失最小化，最大限度地減少燃油消耗(根據(jù)驅(qū)動(dòng)循環(huán)的不同，減少約1％至10％)。同時(shí)還有利于確保部分燃料尾氣符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

2、在本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種燃料電池系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述燃料電池系統(tǒng)包括：

3、燃料電池堆，具有適于從燃料供應(yīng)單元接收燃料的陽極部分和適于從空氣供應(yīng)單元接收空氣的陰極部分；

4、空氣旁路管線，所述空氣旁路管線與所述空氣供應(yīng)單元連通；

5、陽極燃料尾氣管線，適于從所述陽極部分的燃料出口排出燃料尾氣；

6、以及催化傳感器，設(shè)置在所述空氣旁路管線與所述陽極燃料尾氣管線的連接點(diǎn)處，所述空氣旁路管線適于為所述催化傳感器提供空氣，所述催化傳感器適于測(cè)量從所述陽極部分的燃料出口排出的燃料尾氣中的氫濃度。

7、根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，通過將部分反應(yīng)后的燃料尾氣提供至催化溫度傳感器，同時(shí)將部分空氣提供至催化傳感器，在催化溫度傳感器的作用下燃料尾氣中的燃料氣體和空氣發(fā)生反應(yīng)并放出熱量，將反應(yīng)放出的熱量傳導(dǎo)至溫度傳感器，溫度傳感器的溫度變化與燃料尾氣中的氫濃度正相關(guān)，由此得到反應(yīng)后的燃料尾氣中的氫濃度，可根據(jù)該濃度調(diào)整陽極部分的燃料氣體的吹掃速度或吹掃時(shí)間，由此使燃料氣體的吹掃損失最小化，最大限度地減少燃油消耗(根據(jù)驅(qū)動(dòng)循環(huán)的不同，減少約1％至10％)。同時(shí)，還可以根據(jù)燃料尾氣中的氫濃度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)與隔離、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行警報(bào)或通知、或采用自適應(yīng)控制策略來調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。

8、另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

9、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述空氣旁路管線與所述燃料電池系統(tǒng)的壓縮機(jī)的空氣出口直接相連。

10、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述空氣旁路管線與所述燃料電池系統(tǒng)的中冷器的空氣出口直接相連。

11、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述催化傳感器為催化溫度傳感器或與催化軸承結(jié)構(gòu)熱接觸的溫度傳感器。

12、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述催化傳感器測(cè)量的溫度與所述燃料尾氣中的氫濃度值具有預(yù)定義的相關(guān)性。

13、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，來自所述陽極部分的燃料尾氣與所述燃料電池堆的燃料入口通過燃料再循環(huán)回路連通，所述燃料再循環(huán)回路設(shè)有燃料再循環(huán)裝置。

14、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述空氣旁路管線上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)流向所述催化傳感器的空氣量。

15、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述陽極部分的吹掃線基于來自所述催化傳感器從所述燃料尾氣中檢測(cè)到的氫濃度信號(hào)控制燃料氣體的吹掃參數(shù)。

16、在本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種控制以上實(shí)施例所述燃料電池系統(tǒng)的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括：

17、將空氣供應(yīng)單元提供的部分空氣供應(yīng)至燃料電池堆的陰極部分，將燃料供應(yīng)單元提供的燃料氣體供應(yīng)至所述燃料電池堆的陽極部分，使所述空氣和所述燃料氣體在燃料電池堆內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)；

18、通過陽極燃料尾氣管線將反應(yīng)后的部分燃料尾氣提供至催化傳感器，且通過空氣旁路管線將部分空氣提供至所述催化傳感器，以測(cè)量從所述陽極部分排出的燃料尾氣中的氫濃度；

19、根據(jù)所述燃料尾氣中的氫濃度調(diào)整所述陽極部分燃料進(jìn)口處的燃料氣體的吹掃參數(shù)，或根據(jù)所述燃料尾氣中的氫濃度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)與隔離，或根據(jù)所述燃料尾氣中的氫濃度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行警報(bào)或通知，或根據(jù)所述燃料尾氣中的氫濃度采用自適應(yīng)控制策略來調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。

20、根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的控制燃料氣體吹掃的方法，通過將部分反應(yīng)后的燃料尾氣提供至催化溫度傳感器，同時(shí)將部分空氣提供至催化傳感器，在催化溫度傳感器的作用下燃料尾氣中的燃料氣體和空氣或氧氣發(fā)生反應(yīng)并放出熱量，將反應(yīng)放出的熱量傳導(dǎo)至溫度傳感器，溫度傳感器的溫度變化與燃料尾氣中的氫濃度正相關(guān)，由此得到反應(yīng)后的燃料尾氣中的氫濃度，可根據(jù)該濃度調(diào)整陽極部分的燃料氣體的吹掃速度或吹掃時(shí)間，由此使燃料氣體的吹掃損失最小化，最大限度地減少燃油消耗(根據(jù)驅(qū)動(dòng)循環(huán)的不同，減少了約1％至10％)。同時(shí)，還可以根據(jù)燃料尾氣中的氫濃度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)與隔離、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行警報(bào)或通知、或采用自適應(yīng)控制策略來調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。

21、另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

22、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述吹掃參數(shù)包括燃料氣體的流量控制、持續(xù)時(shí)間控制和定時(shí)控制。

23、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣旁路管線與所述燃料電池系統(tǒng)的壓縮機(jī)的空氣出口直接相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣旁路管線與所述燃料電池系統(tǒng)的中冷器的空氣出口直接相連。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述催化傳感器為催化溫度傳感器或與催化軸承結(jié)構(gòu)熱接觸的溫度傳感器。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述催化傳感器測(cè)量的溫度與所述燃料尾氣中的氫濃度值具有預(yù)定義的相關(guān)性。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，來自所述陽極部分的燃料尾氣與所述燃料電池堆的燃料入口通過燃料再循環(huán)回路連通，所述燃料再循環(huán)回路設(shè)有燃料再循環(huán)裝置。

7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣旁路管線上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)流向所述催化傳感器的空氣量。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述陽極部分的吹掃線基于來自所述催化傳感器從所述燃料尾氣中檢測(cè)到的氫濃度信號(hào)控制燃料氣體的吹掃參數(shù)。

9.一種控制權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述燃料電池系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述吹掃參數(shù)包括燃料氣體的流量控制、持續(xù)時(shí)間控制和定時(shí)控制。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了燃料電池系統(tǒng)和控制燃料電池系統(tǒng)的方法，燃料電池系統(tǒng)包括：燃料電池堆，具有適于從燃料供應(yīng)單元接收燃料的陽極部分和適于從空氣供應(yīng)單元接收空氣的陰極部分；空氣旁路管線，空氣旁路管線與空氣供應(yīng)單元連通；陽極燃料尾氣管線，適于從陽極部分的燃料出口排出燃料尾氣；以及催化傳感器，設(shè)置在空氣旁路管線與陽極燃料尾氣管線的連接點(diǎn)處，空氣旁路管線適于為催化傳感器提供空氣，催化傳感器適于測(cè)量從陽極部分的燃料出口排出的燃料尾氣中的氫濃度。本發(fā)明使燃料氣體的吹掃損失最小化，最大限度地減少燃油消耗(根據(jù)驅(qū)動(dòng)循環(huán)的不同，減少約1％至10％)。同時(shí)還有利于確保部分燃料尾氣符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)研發(fā)人員：彼得·詹姆斯·巴赫,菲利普·莫爾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：未勢(shì)能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19