專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，更具體地說涉及當負載減少時的控制。
背景技術：
日本專利局在1996年公布的JP8-45521A和日本專利局在1999年公布的JP11-307110A公開了一種燃料電池系統(tǒng)，其中烴作為其主要組分的燃料原料被蒸發(fā)，并且原料蒸氣和空氣被供應到重整器中。在重整器中，原料中的烴和空氣中的氧氣一起反應，產生富氫氣的重整氣體。富氫氣的重整氣體和空氣被供應到燃料電池中，并且在燃料電池中，重整氣體中的氫氣和空氣中氧氣經歷電化學反應，產生電能。

發(fā)明內容
當上述燃料電池被連接到消耗燃料電池中產生的電能的負載裝置上時，必須控制供應給重整器的原料和空氣流速，使得燃料電池產生負載所需的，根據運行條件變化的電能。
但是，當負載減少時，即便控制蒸發(fā)器，使得原料和空氣流速適合相應于減少的負載的流速，在負載減少前輕微供應的原料和氧氣也將保留在重整器中，所以重整器將繼續(xù)在一段時間內產生富氫氣的重整氣體，因此產生過量的氫氣。當不需要這種過量的氫氣時，在上述現有技術設備中，減少供應給重整器的原料以便抑制過量氫氣的產生。但是必須繼續(xù)原料流，所以燃料消耗增加。
為什么盡管負載減少但仍繼續(xù)供應原料的原因如下。如果減少對重整器的原料供應，當不需要過量氫氣時，重整器的催化劑溫度被相應降低至催化劑活化溫度以下。當負載接著增加，使得需要富氫氣的重整氣體時，重整器中的重整反應需要一段時間來產生富氫氣的重整氣體，所以重整器必須被維持在維持活化所需的溫度下。
因此，本發(fā)明的一個目標是使用過量的氫氣來保持重整器溫暖，并且當負載增加并需要富氫氣的重整氣體時，快速產生富氫氣的重整氣體。為了實現上述目標，本發(fā)明提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包含使用含氧氣的氣體和原料蒸氣來產生含氫氣的重整氣體的重整器、通過使重整氣體中的氫氣與氧氣反應來產生電能的燃料電池、消耗燃料電池產生的電能的負載裝置、保持重整器溫暖的重整器溫度維持系統(tǒng)，以及起著以下作用的控制器確定重整器是否產生過量氫氣，并且當確定產生過量氫氣時，燃燒重整器溫度維持系統(tǒng)中的過量氫氣，以保持重整器溫暖。
根據本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種控制燃料電池系統(tǒng)的方法，其中燃料電池系統(tǒng)具有使用含氧氣的氣體和原料蒸氣來產生含氫氣的重整氣體的重整器，以及通過重整氣體中的氫氣與氧氣反應來產生電能的燃料電池；該方法包括確定重整器是否產生過量氫氣，并且當確定產生過量氫氣時，燃燒重整器溫度維持系統(tǒng)中的過量氫氣，保持重整器溫暖。
本發(fā)明的細節(jié)以及其它的特征和優(yōu)點將在剩余的說明書中提出，并且在附圖中表示。


圖1是根據本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。
圖2是表示控制器實施的控制細節(jié)的流程圖。
圖3是圖2流程圖的繼續(xù)部分。
圖4是表示氫氣流速估計處理的流程圖。
圖5是水流速的特性曲線圖。
圖6是甲醇流速的特性曲線圖。
圖7是氫氣流速基本值的特性曲線圖。
圖8是質量比校正值的特性曲線圖。
圖9是溫度校正值的特性曲線圖。
圖10是表示計算過量氫氣流速的流程圖。
圖11是表示計算目標再循環(huán)重整氣體流速的流程圖。
圖12是表示計算目標空氣流速的流程圖。
圖13是根據第二實施方案的分配比的特性曲線圖。
具體實施例方式
附圖中的圖1表示根據本發(fā)明第一實施方案的燃料電池系統(tǒng)。首先，描述基本結構和操作。
通過供水器4和甲醇給料器5將儲水罐2中的水和燃料原料罐3中的甲醇送到蒸發(fā)器6中，并且加熱變成水和甲醇蒸氣的混合物(原料蒸氣)，該混合物被供應給重整器8。此處，供水器4和甲醇給料器5主要包含給料泵和注射器。
基于燃料電池9的所需電能產生量，由控制器21計算水流速和甲醇流速的目標值，并且控制器21控制給料器4，5中的流速控制裝置(注射器)，使得實現這些目標值。如果在車輛中安裝了燃料電池系統(tǒng)，基于駕駛員加速踏板的下壓量來計算所需電能產生量。
通過空氣壓縮機7將空氣(含氧氣體)送到重整器8。為了供應整個燃料電池系統(tǒng)所需的所有空氣，流速控制器16控制空氣壓縮機7的轉速，使得流速傳感器15檢測的壓縮機排放流速等于重整器8所需的空氣流速和燃料電池9所需的空氣流速之和。在此情況下，舉例來說，可以使用在日本專利局公布的JP2001-338659A中公開的無干擾控制系統(tǒng)來控制流速控制器16。
重整器8引起水和甲醇的氣態(tài)混合物與空氣中氧氣的反應，并且產生富氫氣的重整氣體。重整器8在自熱條件下操作，其中部分氧化反應釋放的熱量平衡甲醇分解吸收的熱量。因此，從溫度傳感器14向其中輸入重整器溫度的溫度控制器13通過調節(jié)安裝在導向重整器8的空氣通道11中的流速控制閥12的打開程度來控制供應給重整器8的空氣流速，使得重整器溫度為目標溫度。
富氫氣的重整氣體包含低水平的一氧化碳。所述一氧化碳會使固體電解質燃料電池9中包含鉑的電極催化劑中毒，使得其活性大量降低，所以與重整器8一起安裝除去一氧化碳的轉換反應器。
然后，一氧化碳已經被降低至非常低水平的重整氣體和來自空氣壓縮機7的空氣被分別送到燃料電池9的燃料電極和空氣電極。在燃料電池9中，空氣中的氧氣和重整氣體中氫氣經歷電化學反應，產生電能。
在燃料電池9中，很難使用重整氧化中的所有氫氣，所以用于產生電能的包含一些殘留氫氣的重整氣體，以及用于產生電能的包含一些殘留氧氣的空氣被送到催化劑燃燒器10中，在那里燃燒。所得熱的燃燒氣體被送到蒸發(fā)器6中，并且用于蒸發(fā)甲醇和水的能量。
燃料電池系統(tǒng)被安裝在車輛中，并使來自燃料電池9的電流流向馬達19，用來借助逆變器18驅動車輛。逆變器18和馬達19是消耗燃料電池9產生的電能的負載裝置。
當燃料電池系統(tǒng)與根據運行條件而變化的負載裝置結合時，必須控制供應給重整器8的原料和空氣流速，使得由燃料電池9產生負載裝置所需的電能。但是，當負載裝置所需的電能減少(當負載減少)時，即便調節(jié)原料和空氣流速來適合負載減少后的條件，就在負載剛減少前原料和空氣仍保持在重整器8中，因此重整器8繼續(xù)產生富氫氣的重整氣體，并且當負載減少時，在重整器氣體中產生比為負載裝置提供電能所需的更多的氫氣(過量氫氣)。
根據本發(fā)明，在結合了根據運行條件而變化負載的負載裝置的燃料電池系統(tǒng)中，當在例如負載減少時，產生了過量氫氣時，所述過量的氫氣被燃燒，并且燃燒產生的氣體在重整器8的上流再循環(huán)，從而保持重整器溫暖。通過燃燒過量氫氣來保持重整器溫暖，不需要向重整器8供應原料和空氣，所以停止向重整器8供應原料和空氣。
現在更詳細地描述這一點。在圖1中，從通道22中分支出通道23，向燃料電池9供應由重整器8產生的富氫氣的重整氣體，并且來自重整器8的部分或所有重整氣體借助所述分支通道23導向重整器溫度維持裝置(RTMD)24。
來自空氣壓縮機7的空氣借助空氣給料通道25也被導向重整器溫度維持裝置24。重整器溫度維持裝置24包含氧化催化劑，并且經由供應分支通道23已經引入的重整氣體中的過量氫氣通過從空氣壓縮機7供應的空氣中的氧氣被燃燒。熱的燃燒氣體借助通道26被再循環(huán)至重整器8的入口。
在分支通道23和空氣給料通道25中安裝流速控制閥27，28。這些控制閥27，28的打開程度由來自控制器21的信號來控制。
在控制器21中，基于重整器8中產生的重整氣體中的氫氣流速Qh2gen和燃料電池9提供負載裝置消耗的電能所需的氫氣流速Qh2sum之間的差異，確定是否產生過量氫氣。當確定產生過量氫氣時，控制閥27，28都被打開。
在控制器21中，通過燃燒過量氫氣，在重整器8的溫度維持期間如下控制兩個流速控制閥27，28。
負載減少時使用的過量氫氣被輸送到燃燒器10中并燃燒。如果燃燒器10升高到允許的上限溫度以上，燃燒器10的壽命縮短。但是，如果除去過量氫氣，在重整器溫度維持裝置24中燃燒，并且如在本發(fā)明中那樣再循環(huán)至重整器8中，那么可以抑制燃燒器10的溫度升高。
同樣，如果重整器8由于燃燒氣體的再循環(huán)而升高到允許的上限溫度以上，盡管打算維持所述溫度，但是重整器8的壽命將縮短。因此，盡管需要處理過量氫氣，但是必須以重整器8和燃燒器10不升高至上限溫度以上的方式再循環(huán)燃燒氣體。
因此，附加提供檢測燃燒器10溫度的溫度傳感器31。然后，基于溫度傳感器31，14檢測的重整器8和燃燒器10的溫度，以及重整氣體的流速ΔQgas(下文中，該重整氣體被稱作“再循環(huán)重整氣體”)，計算再循環(huán)重整氣體的目標流速Qrec。然后，控制流速控制閥27的打開程度，使得再循環(huán)重整氣體的流速為目標流速Qrec。
向重整器溫度維持裝置24中引入空氣，從而燃燒再循環(huán)重整氣體中的過量氫氣，所以通過增加或降低空氣流速可以調節(jié)重整器8的溫度。此處，當燃燒再循環(huán)重整氣體中的過量氫氣來保持重整器8的溫暖時，基于實際重整器溫度，反饋控制流速控制閥28的打開程度，使得重整器催化劑保持活性。
當產生過量氫氣時，控制器21還實施恢復至先前狀態(tài)的控制，如下。
當使用過量氫氣保持重整器8溫暖時，停止向重整器8中供應原料蒸氣和空氣，并且當過量氫氣的產生是臨時的時，一旦再循環(huán)重整氣體中的過量氫氣全部被燃燒，不僅重整器8的溫度，而且燃燒器10或蒸發(fā)器6的溫度將下降。如果重整器溫度下降至催化劑失活的溫度，并且燃燒器10和蒸發(fā)器6的溫度下降至不能獲得這些裝置所需性能的溫度，當負載隨后增加并且需要產生氫氣時，重整器8中的重整反應不能迅速開始，并且氫氣產生的響應性能變差。
因此，提供溫度傳感器32來檢測蒸發(fā)器5的溫度。在已經使用過量氫氣開始溫暖重整器8后，如果溫度傳感器14，31，32檢測的重整器8、燃燒器10和蒸發(fā)器6中任何一個的溫度下降至各自預定值以下，停止由重整器溫度維持裝置24加熱重整器8，并且重新開始向重整器8供應原料蒸氣和空氣(重新開始向蒸發(fā)器6供應燃料原料和水，以及通過溫度控制器13打開流速控制閥12，重新開始供應空氣)。
當燃燒再循環(huán)重整氣體中的過量氫氣來保持重整器8溫暖時，重整器8、燃燒器10和蒸發(fā)器6的溫度有時會下降至它們各自預定值以下，所以提供下面的附加結構和操作。具體地說，此時為了更快地將系統(tǒng)返回至產生過量氫氣以前的狀態(tài)，與上述甲醇給料器5分開提供第二甲醇給料器35，并且當所有所述三個溫度都下降至它們各自預定值以下時，除了[3]的程序外，通過第二甲醇給料器35向燃燒器10供應甲醇，從而升高燃燒器10的溫度。
接下來，基于下面的流程圖，詳細描述控制器21實施的上述控制。
控制器21控制兩個流速控制閥27，28、供水器4、甲醇給料器5、流速控制閥12和第二甲醇給料器35。通過溫度控制器13控制流速控制閥12。
圖2、圖3表示在預定間隔(例如10毫秒)下對這六個單元實施的控制。
在步驟S1中，估計由于重整器催化劑進行的重整反應而產生的氫氣流速Qh2gen。使用圖4來描述的氫氣流速Qh2gen估計。
在圖4中，在步驟S21中，讀取流速傳感器17檢測的流向重整器8的原料流速Qgen[kg/min]和空氣流速Qkai[m3/min]，以及由溫度傳感器14檢測的重整器溫度Tkai。
上述原料流速Qgen是通過水的流速加上甲醇流速得到的值。因為水的流速和甲醇流速由供應給注射器的負荷值(duty value)來控制(流速增加越多，負荷值增加)，所以水的流速[kg/min]和甲醇的流速[kg/min]可以通過查閱圖5、圖6中所示的表的這些負荷值來計算，并且如果將兩者加起來，可以計算原料流速Qgen。
在步驟S22中，通過查閱圖7所示的表，從原料流速Qgen計算氫氣流速基本值Qh2gen0[NL/min]。氫氣流速基本值Qh2gen0是對于標準質量比和標準重整器溫度的氫氣流速，并且與圖7所示的原料流速Qgen直接成正比。在氫氣流速基本值的單位中“L”附加的“N”表示處于標準態(tài)的值(0℃，1atm)。
標準質量比和標準重整器溫度是運行重整器8需要的質量比和溫度，標準質量比由重整器催化劑中的反應方程式來確定。標準重整器溫度由重整器催化劑的規(guī)格來確定，舉例來說為400℃。
在步驟S23中，空氣流速Qkai中的氧氣流速(質量流速)Qo2[kg/min]由下面的等式(1)來計算Qo2＝Qkai×ρ×0.21...(1)式中，ρ＝空氣密度[kg/m3]。等式(1)中的0.21是空氣流速中氧氣流速的比例。
在步驟S24中，通過下面的等式(2)，從氧氣流速Qo2和原料流速Qgen來計算質量比Rmass
Rmass＝Qo2/Qgen …(2)然后，在步驟S25中通過查閱圖8中所示的表，基于質量比Rmass來計算質量比校正值H1。
同樣，在步驟S26中，通過查閱圖9所示的表從重整器溫度計算溫度校正值H2。在步驟S27中，使用這兩個校正值H1，H2和基本值Qh2gen0，由下面的等式(3)來計算由重整器8產生的氫氣流速[NL/min]Qh2gen＝Qh2gen0+H1+H2 ...(3)質量比校正值H1是實際質量比向少的一面偏離標準質量比時的校正值(負值)，并且質量比超過標準質量比越多，氫氣流速降低，如圖8所示。這是因為當質量比增加(氧氣增加)時，一氧化碳和二氧化碳組分增加，并且氫氣組分降低。同樣，溫度校正值H2是實際重整器溫度向高的一面偏離標準重整器溫度時的校正值(負值)，并且重整器溫度超過標準重整器溫度越多，氫氣流速降低，如圖9所示。這是因為當重整器溫度增加時，一氧化碳組分增加，并且氫氣組分相應降低。
圖8、圖9、圖7的實際特性由模擬或實驗來確定。
當完成由重整器8產生的氫氣流速Qh2gen的估計時，路線返回圖2，并且在步驟S2中，計算過量氫氣流速ΔQh2?，F在參照圖10的流程圖描述過量氫氣流速ΔQh2的計算。
在圖10中，在步驟S31中，讀取電流傳感器33檢測的電流I[A]。電流I是流出燃料電池9的電流。在步驟S32中，計算燃料電池9提供負載裝置所需電能需要的氫氣流速(下文中，該氫氣流速被稱作“消耗的氫氣流速”)Qh2sum。具體地說，根據下面的等式(4)，從電流I計算消耗的氫氣流速Qh2sum[NL/min]Qh2sum＝K1×nc×I ...(4)nc是形成燃料電池9的電池的總數量，例如420。系數K1是取決于燃料電池9特性的值，例如7.0。
在步驟S33中，計算重整器8產生的氫氣流速Qh2gen和消耗的氫氣流速Qh2sum之間的差值，作為過量氫氣流速ΔQh2。換句話說，由下面的等式(5)來計算過量氫氣流速ΔQh2ΔQh2＝Qh2gen-Qh2sum ...(5)在步驟S34中，過量氫氣流速ΔQh2與0比較，并且當ΔQh2是負的時，路線進行至步驟S35，并且限制ΔQh2為0。這是因為由于計算誤差，等式(5)的計算結果可能是負的，并且這種限制考慮了這種可能性。
當完成過量氫氣流速的ΔQh2計算時，路線返回圖2，并且在步驟S3中，由下面的等式(6)計算重整器8產生的重整氣體流速ΔQgas[NL/min]ΔQgas＝ΔQh2×K2 ...(6)式中，K2為系數。
重整氣體流速ΔQgas必須總是大于過量氫氣流速ΔQh2，所以系數K2是大于1.0的值(常數值)。
在步驟S4中，過量氫氣流速ΔQh2與預定值(例如0)比較，并且確定是否存在過量氫氣。如果ΔQh2小于預定值(小于0)，不產生過量氫氣，并且因為不需要燃燒過量氫氣，所以終止該路線。
另一方面，如果ΔQh2大于預定值(正值)，確定產生了過量氫氣，所以路線進行至步驟S5，并且計算目標再循環(huán)重整氣體流速Qrec。目標再循環(huán)重整氣體流速Qrec的計算將參照圖11的流程圖來描述。
在圖11中，步驟S41中，讀取由溫度傳感器14檢測的重整器溫度Tkai和由溫度傳感器31檢測的燃燒器溫度Tnen。在步驟S42，S43，S44中，比較重整器溫度Tkai和重整器8允許的上限溫度值Tmkai，并且比較燃燒器溫度Tnen和燃燒器10允許的上限溫度Tmnen。
為了確定重整器8或燃燒器10的溫度上升是否在允許的范圍以內，做出所述比較，并且燃燒過量氫氣。更詳細地描述，必須燃燒過量氫氣，但是在燃料重整系統(tǒng)中，只有重整器8和燃燒器10能夠燃燒過量氫氣。在此情況下，控制重整器8和燃燒器10至目標溫度，但是當過量氫氣通過催化反應被燃燒時，溫度上升。如果所述的溫度上升在允許范圍以內，沒有問題。因此，燃燒過量氫氣，使得溫度上升位于允許范圍以內。舉例來說，重整器8的目標溫度tTkai為400℃，并且燃燒器10的目標溫度tTnen例如為370℃，所以如果確定重整器8的允許溫度值為ε1(例如約20℃)并且確定燃燒器10的允許溫度值為ε2(例如約20℃)，重整器8的允許上限溫度為420℃(Tmkai＝tTkai+ε1＝400℃+20℃＝420℃)，并且燃燒器10的允許上限溫度Tmnen為390℃。
(tTnen+ε2＝370℃+20℃＝390℃)。
通過比較允許的上限溫度Tmkai，Tmnen與實際溫度Tkai，Tnen，可以確定是否能允許燃燒過量氫氣所需的溫度上升。
具體地說，區(qū)別下面四種情況，并且對于每種情況，為重整器8和燃燒器10設置最優(yōu)的分配比。如果過量氫氣對重整器8的分配比(因此，也是包含過量氫氣的重整氣體對重整器8的分配比)為α，對燃燒器10的分配比為1-α。α是從0至1的整數。
(a)如果重整器8低于允許的上限溫度Tmkai，并且燃燒器10低于上限溫度Tmnen，路線進行至步驟S45，并且設置對重整器8的分配比α為0.5，使得包含過量氫氣的重整氣體平等地分配給重整器8和燃燒器10。
(b)如果重整器8低于允許的上限溫度Tmkai，并且燃燒器10高于上限溫度Tmnen，路線進行至步驟S46，并且因為必須分配給重整器8更大量，α被設置為大于0.5，例如0.7。
(c)如果重整器8高于允許的上限溫度Tmkai，并且燃燒器10低于上限溫度Tmnen，路線進行至步驟S47，并且因為必須分配給燃燒器10更大量，α被設置為小于0.5，例如0.3。
(d)如果重整器8高于允許的上限溫度Tmkai，并且燃燒器10高于上限溫度Tmnen，路線進行至步驟S48，并且α被設置為0.5，從而平等地分配給這兩種裝置。
在步驟S49中，通過下面的等式(7)計算分配給重整器8的包含過量氫氣的重整氣體分配量(等于目標再循環(huán)重整氣體流速Qrec)[NL/min]Qrec＝ΔQgas×α ...(7)給燃燒器10的分配量為ΔQgas.i-α)。
通過根據重整器8和燃燒器10的溫度，確定包含過量氫氣的重整氣體在重整器8和燃燒器10之間的分配，可以防止重整器8和燃燒器10溫度的過度上升。如果所述溫度之一低于允許的上限溫度，過量氫氣可以大量地供應所述裝置并燃燒。
當完成目標再循環(huán)重整氣體流速Qrec的計算時，路線返回圖2，并且在步驟S6中計算燃燒該再循環(huán)重整氣體中的氫所需的空氣流速tQa(下文中，該空氣流速稱作“目標空氣流速”)。
必須向重整器溫度維持裝置24供應空氣的原因是重整器溫度維持裝置24充滿燃燒催化劑，并且燃燒過量氫氣需要氧化劑。因此，使用空氣中的氧氣作為該燃燒的氧化劑。
現在，參照圖12的流程圖來描述目標空氣流速tQa的計算。
在圖12中，步驟S61中，通過下面的等式(8)計算燃燒分配給重整器溫度維持裝置24的過量氫氣流速ΔQh2量所需的空氣流速，作為空氣流速基本值Qa0Qa0＝ΔQh2×α/(2×0.21) ...(8)該式如下推導。如果過量氫氣流速ΔQh2中分配給重整器溫度維持裝置24的量是再循環(huán)氫氣流速Qh2kw，那么Qh2kw＝ΔQh2×α ...(9)所以根據化學反應，燃燒該再循環(huán)氫氣流速Qh2kw所需的氧氣流速為Qo2kwQo2kw＝Qh2kw/2 (10)包含該氧氣流速Qo2kw的空氣流速(＝Qa0)為Qa0＝Qo2kw/0.21 (11)結合等式(9)-(11)，得到等式(8)。
在步驟S62中，讀取由溫度傳感器14檢測的重整器溫度Tkai。在步驟S63中，比較重整器溫度與預定值V1。當重整器8被燃燒過量氫氣產生的氣體加熱時，如果重整器8的溫度由于燃燒氣體的引入而增加，盡管過量氫氣被燃燒，但是重整催化劑被活化，并且產生大量的氫氣。相反，如果重整器8的溫度是低的，重整催化劑是失活的，并且不產生氫氣。因此，設置重整催化劑保持活性的極限溫度為第一預定值V1。具體地說，設置第一預定值V1為目標值tTkai(例如400℃)，或者低于目標值的溫度(大約350℃)。
如果重整器溫度Tkai低于第一預定值V1(等于活化下限溫度)，路線進行至步驟S64，將重整器8升高至可以維持活化態(tài)的溫度，并且比較空氣流速基本值Qa0與第二預定值V2。
使用第二預定值V2以確定重整器溫度維持裝置24的運行區(qū)是否在第一區(qū)域或者第二區(qū)域內。第一區(qū)域是當空氣流速(氧氣流速)降低時重整器溫度維持裝置24中催化劑燃燒溫度降低，并且當空氣流速(氧氣流速)增加時重整器溫度維持裝置24中催化劑燃燒溫度增加的區(qū)域。第二區(qū)域是當空氣流速(氧氣流速)降低時重整器溫度維持裝置24中催化劑燃燒溫度增加，并且當空氣流速(氧氣流速)增加時重整器溫度維持裝置24中催化劑燃燒溫度降低的區(qū)域。當空氣流速小時，獲得第一區(qū)域特征，并且當超過特定的空氣流速時，獲得第二種流速特征。
因此，當空氣流速基本值Qa0小于第二預定值V2時(第一區(qū)域)，通過增加空氣流速來增加重整器溫度維持裝置24中的催化劑燃燒溫度，路線進行至步驟S65，并且空氣流速反饋量Qfb增加預定值ΔQa1。具體地說，通過下面的等式(12)計算空氣流速反饋量QfbQfb＝Qfbz+ΔQa1 ...(12)式中，Qfbz＝Qfb的立即先前值。
在步驟S70中，由下面的等式(13)計算目標空氣流速tQatQa＝Qa0+Qfb ...(13)當運行區(qū)域位于第一區(qū)域內，并且重整器8的溫度小于第一預定值V1時，空氣流速根據等式(12)，(13)以控制的間隔持續(xù)增加，使得重整器8的溫度達到第一預定值V1，并且從重整器溫度維持裝置24供應給重整器8的燃燒氣體的溫度因此上升。在此情況下，還沒有到達活化下限溫度的重整器8可以快速返回至超過活化下限溫度的溫度。
盡管沒有顯示，但是如果即使按照等式(12)以每個控制間隔繼續(xù)增加空氣流速，重整器8的溫度下降了，那么停止增加空氣流速。
相反，如果重整器8的溫度低于第一預定值V1并且空氣流速基本值Qa0超過第二預定值V2(第二區(qū)域)，路線從S63，S64進行至步驟S66，并且空氣流速反饋量Qfb降低預定值ΔQa1。具體地說，在通過下面的等式(14)計算空氣流速反饋量Qfb后，實行步驟S70的處理Qfb＝Qfbz-ΔQa1(14)式中，Qfbz＝Qfb的立即先前值。
當重整器8的溫度超過預定值V1時，路線從步驟S63進行至步驟S57，并且比較空氣流速基本值Qa0與第二預定值。如果Qa0小于第二預定值V2(第一區(qū)域)，路線進行至步驟S68，并且空氣流速反饋量Qfb降低預定值ΔQa2。具體地說，通過下面的等式(15)計算空氣流速反饋量QfbQfb＝Qfbz-ΔQa2 ...(15)式中，Qfbz＝Qfb的立即先前值。
并且實行步驟S70的處理。
當重整器溫度維持裝置24的運行區(qū)域是第一區(qū)域，并且重整器8的溫度超過第一預定值V1時，如果空氣流速根據等式(13)，(15)繼續(xù)以控制的間隔降低，使得重整器8的溫度達到第一預定值V1，重整器溫度維持裝置24中的燃燒不完全，并且燃燒氣體中將包含大量未燃燒的重整氣體。當燃燒氣體通過重整器8并通過分支通道23再次進入重整器溫度維持裝置24中時，未燃燒的氣體繼續(xù)在重整器溫度維持裝置24中燃燒。在此情況下，可以延長重整器溫度維持裝置24的溫暖時間。
相反當重整器8的溫度超過第一預定值V1并且空氣流速基本值Qa0超過第二預定值V2(第二區(qū)域)，路線從步驟S63，S67進行至步驟S69，并且空氣流速反饋量Qfb增加固定值ΔQa2。具體地說，通過下面的等式(16)計算空氣流速反饋量Qfb
Qfb＝Qfbz+ΔQa2...(16)式中，Qfbz＝Qfb的立即先前值。
并且實行步驟S70的處理當完成目標空氣流速tQa的計算時，路線返回圖2，并且在步驟S7中，由溫度傳感器14，31，32檢測的三個溫度(重整器溫度Tkai、燃燒器溫度Then和蒸發(fā)器溫度Tjou)分別與各自預定值Vkai，Vnen，Vjou比較。
這些各自的預定值Vkai，Vnen，Vjou如下。重整器8的預定值Vkai是可以維持重整器8活化的最小溫度(活化下限溫度)，例如400℃。燃燒器10的預定值Vnen是可以維持燃燒器10所需功能的最小溫度，例如370℃。蒸發(fā)器6的預定值Vjou是可以維持蒸發(fā)器6功能所需的最小溫度，例如110℃。
如果這三個溫度Tkai，Tnen，Tjou高于各自的預定值Vkai，Vnen，Vjou，路線進行到步驟S9、S10，重整器溫度維持裝置24工作，并且停止原料蒸氣和空氣的供應。
取三個溫度Tkai，Tnen，Tjou高于各自預定值Vkai，Vnen，Vjou作為一種條件的原因是因為如果盡管重整器催化劑沒有處于活化溫度或者沒有維持燃燒器10或蒸發(fā)器6所需的功能，但重整器溫度維持裝置24工作并且停止原料蒸氣和空氣的供應；如果存在從負載減少到負載增加的轉變，返回負載剛減少前的狀態(tài)(產生過量氫氣之前的狀態(tài))被延遲。因此，當三個溫度Tkai，Then，Tjou均高于各自的預定值Vkai，Vnen，Vjou時，路線僅進行至步驟S8，并且測試三個溫度高于各自預定值的狀態(tài)是否已經繼續(xù)一段時間或者更長時間。
如果三個溫度高于各自預定值的狀態(tài)沒有繼續(xù)一段時間或者更長時間，終止該處理，并且僅在三個溫度高于各自預定值的狀態(tài)已經繼續(xù)了一段時間或者更長時間時，路線進行至步驟S9、S10。
取三個溫度高于各自預定值的狀態(tài)在一段時間或者更長時間繼續(xù)作為一個條件的原因如下。具體地說，可以發(fā)生盡管三個溫度之一不高于預定值，但是由于噪聲等，所有三個溫度臨時高于預定值。這意味著由于噪聲做出了不正確的判斷。如果預定時間設置成長于噪聲可能影響溫度信號的時間，即便噪聲影響溫度信號并且三個溫度都高于預定值，這種狀態(tài)也不會繼續(xù)長于預定時間，并且終止所述路線，不進行另外的步驟。因此，取三個溫度高于各自預定值的狀態(tài)在一段時間或者更長時間繼續(xù)作為條件的原因是防止由于噪聲對溫度信號的影響而做出不正確的判斷。
當三個溫度高于各自預定值的狀態(tài)已經繼續(xù)了一段時間或者更長時間時，為了燃燒包含過量氫氣的重整氣體，在步驟S9中，控制流速控制閥27的打開程度，實現目標再循環(huán)重整氣體流速Qrec，并且控制流速控制閥28，實現目標空氣流速tQa。
代替流速控制閥27，28，也可以使用自動調節(jié)氣體流速至目標流速的控制閥。這些控制閥包含流速傳感器，并且當輸入計算的再循環(huán)重整氣體流速Qrec或者目標空氣流速tQa時，驅動閥門，使得內部流速傳感器檢測到的實際流速與輸入值一致。
另外，過量氫氣在重整器溫度維持裝置24中燃燒并且通過燃燒氣體保持重整器8溫暖，所以不需要向重整器8中供應原料蒸氣和空氣。因此，在步驟S10中，向溫度控制器13發(fā)出停止向蒸發(fā)器6供應原料的命令，以及停止向重整器8供應空氣的命令。
在接收到這些命令的供水器4和甲醇給料器5中，關閉注射器。在接收到這些命令的溫度控制器13中，關閉流速控制閥12。
在步驟S7中，確定是否繼續(xù)由重整器溫度維持裝置24的加熱，當產生出過量氫氣時，如果停止了對重整器8的原料蒸氣和空氣的供應，并且繼續(xù)由重整器溫度維持裝置24的加熱，由重整器溫度維持裝置24燃燒的氫氣被完全消耗，并且惰性氣體(燃燒后的氣體)在重整器8和重整器溫度維持裝置24之間循環(huán)。在此情況下，由于重整器溫度維持裝置24的加熱沒有作用并且重整器溫度下降。燃燒器10和蒸發(fā)器6的溫度也由于熱量的損失而下降。
因此，當由重整器溫度維持裝置24加熱期間，所述三個溫度之一低于預定值時，路線從步驟S7進行至圖3，并且根據重整器8、燃燒器10和蒸發(fā)器6的溫度，在原料蒸氣和空氣的供應已經停止時中斷由重整器溫度維持裝置24的加熱。
具體地說，在下面兩種情況下發(fā)生所述中斷。
(1)當在由重整器溫度維持裝置24加熱期間，三個溫度均降至各自預定值以下時，路線從圖3的步驟S11進行至步驟S12，S13，并且實行下面的程序。
(a)停止再循環(huán)到重整器溫度維持裝置24(關閉流速控制閥27)。
(b)開始對蒸發(fā)器6的原料供應(打開供水器4和甲醇給料器5中的注射器)。
(c)開始對重整器8的空氣供應(打開流速控制閥12)。
(d)開始對燃燒器10的燃料供應(打開第二甲醇給料器35的注射器)。
添加上面操作(d)的原因是因為當三個溫度均降至各自預定值以下時，燃燒器10的上游側沒有被立即加熱，并且為了加熱整個燃料重整系統(tǒng)，在燃燒器10中分開進行供應燃料原料并燃燒燃料原料是有效的。
因此，由于所供應的燃料原料(甲醇)的燃燒，燃燒器10的溫度首先升高。由于來自燃燒器10的燃燒氣體，蒸發(fā)器6的溫度升高。當蒸發(fā)器6的溫度升高時，蒸發(fā)器6蒸發(fā)的原料被輸送到重整器8中，并且由于原料蒸氣的部分氧化反應，重整器8的溫度升高。當重整催化劑達到活化溫度時，重整器8產生富氫氣的重整氣體，并且沒有被燃料電池9使用的重整氣體中的氫氣被燃燒器10燃燒。因此，重整器8的溫度返回至活化溫度，燃燒器10和蒸發(fā)器6的溫度返回至可以維持它們功能的溫度，并且產生出富氫氣的重整氣體。
(2)當由重整器溫度維持裝置24加熱期間，三個溫度之一已經降至預定值以下時，路線從步驟S11，S14進行至步驟S15，并且實行從上述(a)至(c)的操作。
由于這些操作，重整器8的溫度因部分氧化反應的反應熱而升高；由于沒有被燃料電池使用的重整器8產生的富氫氣重整氣體中氫氣的燃燒，燃燒器10的溫度升高，并且由于燃燒器10溫度升高的影響，蒸發(fā)器6的溫度升高。
在上述(2)中，不用進行操作(d)。這是因為當三個溫度之一低于預定值時，可以立即加熱重整器8、燃燒器10和蒸發(fā)器6，所以不需要分開向燃燒器10供應燃料。
但是，在上述(1)和(2)中，如果突然供應大量的原料，蒸發(fā)器6的溫度可能下降，所以在抑制原料增加速率至預定值(固定值)下供應原料。
因此，根據重整器8、燃燒器10和蒸發(fā)器6的溫度，重復地以控制間隔來確定是否實施或停止由重整器溫度維持裝置24的加熱，所以重整催化劑可以繼續(xù)被維持在活化溫度下，并且當需要在重整器8中再次產生富氫氣的重整氣體時，富氫氣的重整氣體在良好的響應下產生。
接下來，下面將描述本實施方案的作用。
在本實施方案中，重整器溫度維持系統(tǒng)包含當確定存在過量氫氣時，在重整器8上游再循環(huán)部分或所有包含過量氫氣的重整氣體的再循環(huán)裝置，以及使用通過由燃燒再循環(huán)裝置再循環(huán)的重整氣體而產生的氣體來加熱重整器8的重整器溫度維持裝置24。因此，當發(fā)生可能產生過量氫氣的負載減少時，燃燒過量氫氣來加熱重整器8。因此，重整器催化劑的溫度可以維持在催化重整器8中重整反應的足夠溫度下。在產生過量氫氣的負載減少后，如果發(fā)生需要產生氫氣的負載增加，可以快速開始重整器8中的重整反應，并且產生氫氣的響應性能增強。
當使用由燃燒重整氣體獲得的氣體，通過重整器溫度維持裝置24加熱重整器8時，停止向重整器8供應原料蒸氣和空氣(含氧氣的氣體)，所以阻止了當產生出過量氫氣時消耗過量的原料，并且抑制了燃料消耗(圖2的步驟S4、S10)。
當產生過量氫氣時，通過停止對蒸發(fā)器6的原料供應，防止了不必要的原料消耗。但是當不再向重整器8供應原料和空氣時，催化劑反應不會發(fā)生，并且重整器8的溫度正常將下降。如果重整器8的溫度下降，然后如果需要氫氣并且需要在重整器8中產生重整氣體，就需要有一定的時間來使重整器中的催化劑變成活性，并且響應性能被損害。因此，重整器8必須經常維持催化劑活化溫度。在本實施方案中，即使由于原料和空氣供應的延遲而已經減少了對重整器8的空氣供應和對蒸發(fā)器6的原料供應，重整器8的過量氫氣產生也會繼續(xù)一段時間，所以使用重整器溫度維持裝置24來燃燒重整氣體中的過量氫氣并且保持重整器8溫暖。
當確定已經產生過量氫氣時，基于重整器8和燃燒器10的溫度，計算目標再循環(huán)重整氣體量Qrec和包含過量氫氣的重整氣體量ΔQgas(圖11)。然后，控制流速控制閥27的打開程度，使得實現目標再循環(huán)重整氣體流速Qrec。再循環(huán)重整氣體流速可以根據重整器8和燃燒器10的溫度來調節(jié)，所以可以防止重整器8和燃燒器10的溫度超過各自允許的上限溫度，同時維持重整催化劑處于活化狀態(tài)。
基于重整器8和燃燒器10的溫度，在重整器8和燃燒器10之間分配包含過量氫氣的重整氣體(圖11)。根據重整器8和燃燒器10的溫度，可以改變包含過量氫氣的重整氣體對重整器8和燃燒器10的分配流速，所以可以防止重整器8和燃燒器10的溫度超過各自允許的上限溫度。
對溫度低于各自允許上限溫度的重整器8和燃燒器10中任何一個的分配比被增加(圖11)，所以過量氫氣在重整器8和燃燒器10的溫度不超過允許上限溫度的范圍內燃燒。
如果重整器8和燃燒器10兩者的溫度都低于允許的上限溫度，并且向其中之一供應大量的重整氣體，可能供應大量重整氣體的裝置溫度將超過允許的上限溫度。但是，如果重整器8和燃燒器10的溫度都低于允許的上限溫度，分配比相等(圖11的步驟S42，S43，S45)，所以避免了只向一個裝置中分配大量的重整氣體。
當向重整器溫度維持裝置24中供應空氣來燃燒通過流速控制閥27再循環(huán)的重整氣體時，基于重整器的溫度來控制向重整器溫度維持裝置24供應的空氣的流速(圖12)，所以可以調節(jié)空氣流速來維持重整催化劑的溫度在活化溫度。舉例來說，通過重整器溫度越高，越降低空氣流速，未燃燒的重整氣體被繼續(xù)在重整器8和重整器溫度維持裝置24之間再循環(huán)，所以可能延長因重整器溫度維持裝置24的加熱時間；可能延長停止向重整器8供應原料和空氣的時間，并且可以進一步抑制燃料的消耗。當重整器的溫度是低的時，通過增加空氣流速，因重整器溫度維持裝置24的加熱作用增加，并且重整催化劑的溫度被維持在活化溫度下。
當重整器溫度高于第一預定值(重整催化劑的活化下限溫度)時，降低向重整器溫度維持裝置24供應的空氣流速(圖12的步驟S63，S67，S68)，所以未燃燒的重整氣體被繼續(xù)在重整器8和重整器溫度維持裝置24之間再循環(huán)，并且可能延長因重整器溫度維持裝置24的加熱時間。
當重整器溫度低于第一預定值(重整催化劑的活化下限溫度)時，增加向重整器溫度維持裝置24供應的空氣流速(圖12的步驟S63，S64，S65)，所以熱的燃燒氣體可以再循環(huán)至重整器8，并且重整器8的溫度被升高至活化溫度。
當重整器8由重整器溫度維持裝置24加熱并且停止對重整器8的原料和空氣供應，如果重整器8、燃燒器10和蒸發(fā)器6之一的溫度降至各自預定值以下，停止重整器溫度維持裝置24對重整器8的加熱，并且重新開始對重整器8的原料和空氣供應(圖2中的步驟S7，圖3中的步驟S11，S14，S15)，所以重整器8中發(fā)生部分氧化反應，重整器溫度升高，并且重整器溫度可以被返回至超過預定值的溫度。此外，重整氣體由于重整器8中的重整反應而產生，所述重整氣體在燃燒器10中燃燒，并且產生的熱量被供應給蒸發(fā)器6，所以燃燒器10和蒸發(fā)器6的溫度也可以返回至超過預定值的溫度。
當重整器8通過重整器溫度維持裝置24被加熱，并且停止對重整器8的原料和空氣供應，防止了重整器溫度維持裝置24中可燃重整氣體的不足，此不足會導致重整器溫度的降低，或者燃燒器10燃燒的可燃氣體的不足，此不足會導致燃燒器溫度的降低，以及因此蒸發(fā)器溫度的降低。
在重整器8、燃燒器10和蒸發(fā)器6所有三個溫度都返回至各自預定值以上后，當三個溫度都返回至各自預定值以上的狀態(tài)已經繼續(xù)預定時間時，再次實行重整器溫度維持裝置24對重整器8的加熱和中斷原料蒸氣及空氣的供應(圖2中的步驟S4，步驟S7-S10)。在此情況下，在預定時間已經消逝后，重整器催化劑的溫度被再次維持在足以催化重整反應的溫度下，并且當產生過量氫氣的負載減少后負載增加時，重整器8中的重整反應可以快速再開始。
設置重整器8產生的重整氣體中的氫氣流速Qh2gen和燃料電池9產生逆變器18及驅動馬達19(負載裝置)需要的電能所需要的氫氣流速Qh2sum之間的差別作為過量氫氣流速ΔQh2(圖10)，所以根據負載裝置消耗電能的波動，可以獲得過量氫氣流速ΔQh2。
重整氣體中的一氧化碳增加并且重整氣體中的氫氣組分比例降低，重整器溫度高于標準溫度越多。但是，當重整器8在標準溫度下時，基于重整器溫度校正重整器8產生的重整氣體中的氫氣流速，并且采取校正值作為重整器8產生的重整氣體中的氫氣流速(圖4中的步驟S26，S27)，所以甚至在重整器溫度高于標準溫度時，也可以高度準確地估計氫氣組分含量。
重整氣體中的一氧化碳增加并且重整氣體中的氫氣組分比例降低，質量比高于標準質量比越多(氧氣的量越大)。但是，當供應給重整器8的原料和氧氣的質量比為標準質量比時，基于供應給重整器8的原料和氧氣的實際質量比，校正重整器8產生的重整氣體中的氫氣流速，并且采取校正值作為重整器8產生的重整氣體中的氫氣流速(圖4中的步驟S25，S27)，所以甚至在質量比高于標準質量比時，也可以高度準確地估計氫氣組分。
圖13是根據第二實施方案包含過量氫氣的重整氣體對重整器8的分配比α的特性曲線圖。在第一實施方案中，包含過量氫氣的重整氣體對重整器8的分配比α是不連續(xù)的值，但是在第二實施方案中，根據重整器溫度它是連續(xù)值。
具體地說，如圖13所示，設置分配比α越大，重整器溫度越低于目標溫度。原因如下。當沒有達到目標溫度時，允許過量氫氣的燃燒和溫度的升高。當達到目標溫度時，不允許過量氫氣的燃燒和溫度的升高。因此，α設置得越大，重整器溫度越低。
除了本實施方案外，可以想象下面的分配方法。當大量重整氣體被供應到每單位重整氣體變化量具有更大溫度變化的重整器8和燃燒器10中任何一個中時，可能發(fā)生每單位重整氣體變化量具有更大溫度變化的裝置的溫度超過允許的上限溫度的情況。因此，對每單位重整氣體變化量具有更小溫度變化的重整器8和燃燒器10中任何一個的分配比被增加。
根據所述方法，能夠避免每單位重整氣體變化量具有更大溫度變化的裝置的溫度超過允許上限溫度的可能性。
日本專利申請P2002-72059(2002年3月15日提交)的全部內容引入本文作參考。
盡管參考本發(fā)明的特定實施方案，上面已經描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于上述實施方案。根據上述講解，本領域技術人員可以對上述實施方案做出修改和改變。本發(fā)明的范圍參照下面的權利要求來定義。
應用領域本發(fā)明可以應用于燃料電池系統(tǒng)，舉例來說例如車輛燃料電池系統(tǒng)，它控制供應給重整器的包含原料的氣體和包含氧氣的氣體的流速，使得燃料電池產生根據運行條件而變化的負載所需的電能。它對于高效地使用發(fā)生負載減少時產生的過量氫氣是有效的，并且因此增強了系統(tǒng)與燃料之間的性能-價格比。
權利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括使用含氧氣的氣體和原料蒸氣來產生含氫氣的重整氣體的重整器(8)；通過使重整氣體中的氫氣與氧氣反應來產生電能的燃料電池(9)；消耗燃料電池(9)產生的電能的負載裝置(18，19)；保持重整器(8)溫暖的重整器溫度維持系統(tǒng)(23，24，26，27)；以及起著以下作用的控制器(21)確定重整器(8)是否產生過量氫氣，并且當確定產生了過量氫氣時，燃燒重整器溫度維持系統(tǒng)(23，24，26，27)中的過量氫氣，保持重整器(8)溫暖。
2.根據權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中重整器溫度維持系統(tǒng)(23，24，26，27)包括在重整器(8)上游再循環(huán)部分或所有包含過量氫氣的重整氣體的再循環(huán)裝置(27)，以及使用通過燃燒再循環(huán)裝置(27)再循環(huán)的重整氣體中的過量氫氣而產生的氣體來保持重整器(8)溫暖的重整器溫度維持裝置(24)。
3.根據權利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著當確定產生過量氫氣時，停止向重整器(8)供應原料蒸氣和含氧氣體的作用。
4.根據權利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，進一步包括燃燒燃料電池(9)沒有使用的重整氣體中氫氣的燃燒器(10)，及通過燃燒器(10)的熱量蒸發(fā)原料的蒸發(fā)器(6)。
5.根據權利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用當確定產生過量氫氣時，基于包含過量氫氣的重整氣體的流速、重整器(8)的溫度和燃燒器(10)的溫度，計算由再循環(huán)裝置(27)再循環(huán)的重整氣體的目標流速，及控制再循環(huán)裝置(27)，使得由再循環(huán)裝置(27)再循環(huán)的重整氣體是目標流速。
6.根據權利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著基于所產生的過量氫氣的流速計算再循環(huán)的重整氣體的目標流速的作用。
7.根據權利要求5或6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用基于重整器(8)和燃燒器(10)的溫度，設置包含過量氫氣的重整氣體在重整器(8)和燃燒器(10)之間分配的比例，及基于分配比和包含過量氫氣的重整氣體的流速，計算再循環(huán)的重整氣體的目標流速。
8.根據權利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用偏置分配比，從而有利于重整器(8)和燃燒器(10)中任何一個具有低于其各自允許上限溫度的溫度。
9.根據權利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用當重整器(8)和燃燒器(10)都具有低于它們各自允許上限溫度的溫度時，使所述分配比平衡。
10.根據權利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用偏置分配比，從而有利于重整器(8)和燃燒器(10)中任何一個具有每單位重整氣體變化量更小的溫度變化。
11.根據權利要求3至6中任一項定義的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用向重整器溫度維持裝置(24)供應空氣，用來燃燒再循環(huán)裝置(27)再循環(huán)的重整氣體中的過量氫氣，及基于重整器(8)的溫度，控制供應給重整器溫度維持裝置(24)的空氣的流速。
12.根據權利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用當重整器(8)的溫度高于第一預定值，并且供應給重整器溫度維持裝置(24)的空氣流速低于第二預定值時，降低供應給重整器溫度維持裝置(24)的空氣流速。
13.根據權利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用當重整器(8)的溫度低于第一預定值，并且供應給重整器溫度維持裝置(24)的空氣流速低于第二預定值時，增加供應給重整器溫度維持裝置(24)的空氣流速。
14.根據權利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用當重整器(8)的溫度高于第一預定值，并且供應給重整器溫度維持裝置(24)的空氣流速超過第二預定值時，增加供應給重整器溫度維持裝置(24)的空氣流速。
15.根據權利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用當重整器(8)的溫度低于第一預定值，并且供應給重整器溫度維持裝置(24)的空氣流速超過第二預定值時，降低供應給重整器溫度維持裝置(24)的空氣流速。
16.根據權利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用當重整器(8)由重整器溫度維持裝置(24)保持溫暖，并且停止向重整器(8)供應原料蒸氣和含氧氣體時，當重整器(8)的溫度、燃燒器(10)的溫度和蒸發(fā)器(6)的溫度中任何一個小于預定值時，停止由重整器溫度維持裝置(24)的加熱，并且重新開始向重整器(8)供應原料蒸氣和含氧氣體。
17.根據權利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用在重整器(8)的溫度、燃燒器(10)的溫度和蒸發(fā)器(6)的溫度都返回至它們各自預定值以上，并且重整器(8)的溫度、燃燒器(10)的溫度和蒸發(fā)器(6)的溫度都在它們各自預定值以上的狀態(tài)已經繼續(xù)一段時間之后，重新開始由重整器溫度維持裝置(24)對重整器(8)的加熱，并且停止向重整器(8)供應原料蒸氣和含氧氣體。
18.根據權利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用通過從重整器(8)產生的重整氣體中的氫氣流速中減去燃料電池(9)提供負載裝置(19)消耗的電能所需的氫氣流速來計算過量氫氣流速。
19.根據權利要求18所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用基于重整器(8)的溫度，當重整器(8)處于標準溫度下時，通過校正重整器(8)產生的重整氣體中的氫氣流速來計算重整器(8)產生的重整氣體中的氫氣流速。
20.根據權利要求18或19所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用基于供應給重整器(8)的原料和氧氣的實際質量比，當供應給重整器(8)的原料和氧氣的質量比為標準質量比時，通過校正重整器(8)產生的重整氣體中的氫氣流速來計算重整器(8)產生的重整氣體中的氫氣流速。
21.根據權利要求6、18、19中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(21)進一步起著以下作用確定當過量氫氣流速高于預定值時，存在過量氫氣。
22.一種控制燃料電池系統(tǒng)的方法，其中燃料電池系統(tǒng)具有使用含氧氣的氣體和原料蒸氣來產生含氫氣的重整氣體的重整器(8)，以及通過使重整氣體中的氫氣與氧氣反應來產生電能的燃料電池(9)；該方法包括確定重整器(8)是否產生過量氫氣，并且當確定產生過量氫氣時，燃燒過量氫氣，保持重整器(8)溫暖。
23.一種燃料電池系統(tǒng)，包括使用含氧氣的氣體和原料蒸氣來產生含氫氣的重整氣體的重整器(8)；通過使重整氣體中的氫氣與氧氣反應來產生電能的燃料電池(9)；消耗燃料電池(9)產生的電能的負載裝置(18，19)；保持重整器(8)溫暖的重整器溫度維持系統(tǒng)(23，24，26，27)；確定重整器(8)是否產生過量氫氣的裝置，及當確定產生了過量氫氣時，燃燒重整器溫度維持系統(tǒng)(23，24，26，27)中過量氫氣的裝置。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，包括使用含氧氣的氣體和原料蒸氣來產生含氫氣的重整氣體的重整器(8)，以及通過使重整氣體中的氫氣與氧氣反應來產生電能的燃料電池(9)。控制器(21)確定重整器(8)是否已經產生過量氫氣，并且當確定產生過量氫氣時，燃燒過量氫氣，保持重整器(8)溫暖。
文檔編號H01M8/04GK1643724SQ03806090
公開日2005年7月20日 申請日期2003年1月28日 優(yōu)先權日2002年3月15日
發(fā)明者岡本勝 申請人:日產自動車株式會社