[發明專利]利用由氫氣分壓力差產生的電池壓力的氫氣濃度傳感器

無效

• 申請號: 201110229631.7
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102403518A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: A.J.馬斯林;B.拉克什馬南
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;G01N7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉楨

1.一種燃料電池系統，包括：

包括陽極側的燃料電池堆；

氫氣源，其經陽極輸入管路向所述燃料電池堆的陽極側提供新鮮氫氣氣體；

陽極廢氣再循環管路，其從所述燃料電池堆接收陽極廢氣，并向所述陽極輸入管路和所述燃料電池堆的陽極側提供陽極再循環氣體；以及

氫氣濃度傳感器組件，其與所述陽極輸入管路和所述陽極廢氣再循環管路連通，所述氫氣濃度傳感器組件包括操作為濃度單元的至少一個氫氣濃度傳感器，所述濃度單元具有薄膜、在所述薄膜一側上的第一催化劑層和在所述薄膜相對側上的第二催化劑層，其中所述第一催化劑層暴露于來自所述氫氣源的新鮮氫氣氣體，所述第二催化劑層暴露于所述陽極再循環氣體管路中的陽極再循環氣體。

2.如權利要求1的燃料電池系統，其中所述至少一個氫氣濃度傳感器為串聯電聯接在一起的多個氫氣濃度傳感器。

3.如權利要求1的燃料電池系統，其中所述至少一個氫氣濃度傳感器為并聯電聯接在一起的多個氫氣濃度傳感器。

4.如權利要求1的燃料電池系統，其中所述氫氣濃度傳感器中的所述薄膜具有約150μm的厚度。

5.如權利要求1的燃料電池系統，還包括從所述氫氣濃度傳感器組件接收電勢的控制器，所述控制器構造成使用能斯特方程確定所述陽極再循環氣體中的氫氣分壓力。

6.如權利要求5的燃料電池系統，其中所述控制器使用如下公式計算所述陽極再循環氣體中的氫氣分壓力：

其中V為電勢，R為普適氣體常數，T為陽極再循環氣體的溫度，z為電子交換數，F為法拉第常數，為陽極輸入管路中氫氣的壓力，為陽極再循環氣體的氫氣分壓力。

7.如權利要求5的燃料電池系統，其中所述控制器使用再循環氣體中的氫氣氣體分壓力、再循環氣體的總壓力、再循環氣體的飽和壓力和再循環氣體的相對濕度來確定陽極再循環氣體中的氫氣濃度。

8.如權利要求7的燃料電池系統，其中所述控制器使用如下公式計算再循環氣體中的氫氣氣體濃度：

其中為氫氣氣體濃度，為氫氣分壓力，R為再循環氣體中的總壓力，RH為再循環氣體的相對濕度，為由下式定義的再循環氣體的飽和壓力：

。

9.一種燃料電池系統，包括：

包括陽極側的燃料電池堆；

氫氣源，其向所述燃料電池堆的陽極側的入口提供新鮮氫氣氣體；

陽極廢氣再循環管路，其從所述燃料電池堆接收陽極廢氣，并向所述燃料電池堆的陽極側的入口提供陽極再循環氣體；

第一壓力傳感器，其提供從所述氫氣源提供給所述燃料電池堆的陽極側的入口的新鮮氫氣氣體的壓力測量；

第二壓力傳感器，其提供所述陽極再循環氣體的總壓力測量；

溫度傳感器，其提供所述陽極再循環氣體的溫度測量；

相對濕度傳感器，其提供所述陽極再循環氣體的相對濕度測量；

氫氣濃度傳感器組件，其接收來自所述氫氣源的新鮮氫氣氣體流和陽極再循環氣體在被提供給所述燃料電池堆的陽極側的入口之前的氣體流，所述氫氣濃度傳感器組件提供由所述新鮮氫氣氣體中的氫氣氣體壓力與所述陽極再循環氣體中氫氣分壓力之間的差別產生的電勢；以及

控制器，其響應于所述氫氣濃度傳感器組件的電勢、所述第一壓力傳感器的壓力測量、所述第二壓力傳感器的壓力測量、所述溫度傳感器的溫度測量和所述相對濕度傳感器的相對濕度測量，所述控制器使用這些測量確定所述陽極再循環氣體中的氫氣氣體濃度。

10.一種用于確定燃料電池系統中的氫氣濃度的氫氣濃度傳感器組件，所述傳感器組件包括：

接收新鮮氫氣氣體流的第一流動通道；

接收部分為氫氣的氣體流的第二流動通道；以及

至少一個氫氣濃度傳感器，其安裝在所述第一流動通道與所述第二流動通道之間的基板上，所述至少一個傳感器包括薄膜、在所述薄膜一側上的第一催化劑層和在所述薄膜相對側上的第二催化劑層，其中所述第一催化劑層暴露于所述第一流動通道中的新鮮氫氣流，所述第二催化劑層暴露于所述第二流動通道中部分為氫氣的氣體流。