[發明專利]用于燃料電池中熱控制的方法和設備

有效

• 申請號: 201680006085.1
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN107210462B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 米凱萊·博佐洛;阿爾貝托·特拉韋爾索;亞當·皮爾斯
• 申請（專利權）人: LG電子株式會社
• 主分類號: H01M8/04014
• 分類號: H01M8/04014;H01M8/0432;H01M8/04746;H01M8/04537
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 李英艷

公開了用于控制燃料電池系統的內部溫度的方法和設備。該方法和系統包括測量高溫燃料電池系統的燃燒器溫度，所述高溫燃料電池系統包括燃料電池堆疊和燃燒器，燃料電池堆疊包含至少一個燃料電池。該方法還包括將測量的燃燒器溫度與預先確定的燃燒器溫度設定點比較以確定在測量的燃燒器溫度和預先確定的燃燒器溫度設定點之間的燃燒器溫度差，以及控制被供應至燃燒器的氧化劑的量以減少或增加被供應至燃燒器的氧化劑的量，以從而減小燃燒器溫度差并且控制燃料電池堆疊入口溫度。

發明領域

公開了用于控制燃料電池系統的內部溫度的方法和設備。特別地，公開了用于控制高溫燃料電池系統的內部溫度的方法和設備。

背景

燃料電池是直接從將燃料氧化產生電力的電化學轉化裝置。

包括固體氧化物燃料電池(SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)的高溫燃料電池系統(high-temperature fuel cell system)在非常高的溫度下操作，并且可以在實際的烴(practical hydrocarbon)上直接運行，而不需要在低溫燃料電池中必要的復雜且昂貴的外部燃料重整器(fuel reformer)。某些高溫燃料電池可以在足夠高的溫度下操作使得燃料可以在燃料電池中內部地重整。本發明將參考固體氧化物燃料電池來描述，但是將理解，本發明適用于依賴于內部重整的任何高溫燃料電池技術，并且還適用于不依賴于內部重整的氫作為燃料的系統(hydrogen fuelled system)。

SOFC具有陽極和陰極，陽極供應有燃料(通常為甲烷)的流，而陰極供應有氧化劑(通常為空氣)的流。SOFC在相對較高的溫度典型地約1000℃下操作以維持低的內部電阻。維持這樣高的溫度是一個挑戰，并且另外的挑戰是減小穿過多個燃料電池例如燃料電池堆疊(fuel cell stack)的溫度梯度。

燃料電池堆疊的熱管理對于平衡燃料電池性能和燃料電池壽命跨度是重要的。通常，燃料電池堆疊在前面，堆疊的氧化劑入口附近冷運行，而在后面，堆疊的氧化劑出口附近較熱運行。溫度梯度是由于作為歐姆熱放出的能量損失引起的燃料電池的低效率。因此，在堆疊內的每個燃料電池模塊引起另外的溫度升高。

當燃料電池堆疊熱運行時，燃料電池堆疊的性能是良好的，但燃料電池的壽命通過燃料電池的增加的劣化(degradation)而減小。當堆疊冷運行時，堆疊的性能是差的，但是燃料電池的壽命增加。在燃料電池堆疊性能和燃料電池堆疊壽命之間存在平衡，并且因此存在燃料電池堆疊將理想地操作的最優溫度范圍。

本發明的實施方案目的在于通過改進燃料電池堆疊的熱管理，減輕上文問題中的某些。

US2006228596公開用于操作混合的加壓固體氧化物燃料電池和渦輪發電系統(turbine power generation system)的方法，所述渦輪發電系統包括固體氧化物燃料電池(SOFC)發電機和渦輪發電機。該方法包括根據功率需求控制SOFC/渦輪混合發電系統的氣流以及利用從SOFC發電機獲得的電流調節SOFC發電機溫度。

公開內容概述

根據第一方面，提供了用于控制高溫燃料電池系統的內部溫度的方法，所述方法包括：

測量所述高溫燃料電池系統的燃燒器溫度，所述高溫燃料電池系統包括燃料電池堆疊和燃燒器，所述燃料電池堆疊包括至少一個燃料電池；

將測量的燃燒器溫度與預先確定的燃燒器溫度設定點比較，以確定在測量的燃燒器溫度和所述預先確定的燃燒器溫度設定點之間的燃燒器溫度差；

控制被供應至所述燃燒器的氧化劑的量以減少或增加被供應至所述燃燒器的所述氧化劑的量，以從而減小所述燃燒器溫度差并且控制燃料電池堆疊入口溫度。