[發明專利]操作具有燃料電池的功率生成系統的方法和控制子系統

有效

• 申請號: 201910211611.3
• 申請日: 2019-03-20
• 公開（公告）號: CN110311158B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 王宏剛;A.P.沙皮羅
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01M8/04694
• 分類號: H01M8/04694;H01M8/04537;H01M8/04664
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 姜冰;楊美靈

呈現了一種用于操作包括燃料電池的功率生成系統的方法。所述方法包括檢測燃料電池的缺水條件。所述方法進一步包括響應于檢測到燃料電池的缺水條件，借助于由燃料電池生成的電流的使用來操作功率生成系統的至少一個輔助負載以維持燃料電池中的蒸汽?碳比高于閾值蒸汽?碳比值。還呈現了一種用于操作功率生成系統的控制子系統。另外，呈現了包括燃料電池、至少一個輔助負載、和控制子系統的功率生成系統。

背景技術

本說明書的實施例涉及功率生成系統，并且更具體地說，涉及用于操作功率生成系統以使得燃料電池中的蒸汽-碳比被維持高于閾值蒸汽-碳比值的方法和控制子系統。

燃料電池是電化學能量轉換裝置，與基于柴油和/或煤的功率生成系統的效率和污染相比較，其展示了在更高效率和更低污染方面的潛能。普通類型的燃料電池包括聚合物電解質膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、和固體氧化物燃料電池（SOFC）。諸如固體氧化物燃料電池（SOFC）的燃料電池可在大規模功率生成系統中操作以滿足工業和市政需要。燃料電池通常包括陽極、陰極、和部署在陽極與陰極之間的電解質。通常，燃料電池基于在陽極接收到的氫和蒸汽與在陰極接收到的氧/空氣之間的化學反應以生成電功率。

在采用燃料電池的傳統功率生成系統中，燃料電池的陽極可由于陽極上的碳的沉積而遭受損害和退化。如將領會的，在操作期間，燃料電池生成水或蒸汽以作為排放（exhaust）。由燃料電池生成的水或蒸汽的量與由燃料電池生成的電流的量是成比例的。另外，在傳統功率生成系統中，在某些情況下，所述情況包括但不限于來自功率生成系統的外部負載的丟失或者斷開連接、功率生成系統的過早停機、功率生成系統的預定停機、或者功率生成系統的一個或多個內部組件的異常，由燃料電池生成的電流減小。因此，由燃料電池生成的水或蒸汽的量也可減小。相應地，在這些實例中，當由燃料電池生成的水或蒸汽降到低于某個量時，在燃料電池的陽極上沉積的碳的量增大，這導致陽極的退化。陽極的此退化進一步造成燃料電池的壽命中的降低以及傳統功率生成系統的效率中的降低。

發明內容

根據本說明書的方面，呈現了一種用于操作包括燃料電池的功率生成系統的方法。所述方法包括檢測燃料電池的缺水條件。所述方法進一步包括響應于檢測到燃料電池的缺水條件，借助于由燃料電池生成的電流的使用來操作功率生成系統的至少一個輔助負載以維持燃料電池中的蒸汽-碳比高于閾值蒸汽-碳比值。

根據本說明書的另一個方面，呈現了一種用于操作包括燃料電池和至少一個輔助負載的功率生成系統的控制子系統。所述控制子系統包括傳感器，其被耦合到燃料電池并且配置成生成指示由燃料電池生成的電流的電信號。所述控制子系統進一步包括一個或多個開關，其被耦合在燃料電池與至少一個輔助負載之間。另外，控制子系統包括控制器，其被操作地耦合到傳感器和一個或多個開關。所述控制器配置成基于由傳感器生成的電信號來檢測燃料電池的缺水條件。所述控制器進一步配置成如果檢測到缺水條件，則借助于由燃料電池生成的電流的使用來操作功率生成系統的至少一個輔助負載以維持燃料電池中的蒸汽-碳比高于閾值蒸汽-碳比值。

根據本說明書的仍有另一個方面，呈現了一種功率生成系統。所述功率生成系統包括燃料電池、至少一個輔助負載、以及被操作地耦合到所述燃料電池和所述至少一個輔助負載的控制子系統。所述控制子系統包括傳感器，其被耦合到燃料電池并且配置成生成指示由燃料電池生成的電流的電信號。所述控制子系統進一步包括被耦合在所述燃料電池與所述至少一個輔助負載之間的一個或多個開關。另外，所述控制子系統包括控制器，其被操作地耦合到所述傳感器和所述一個或多個開關。所述控制器配置成基于由傳感器生成的電信號來檢測燃料電池的缺水條件。所述控制器進一步配置成如果檢測到缺水條件，則借助于由燃料電池生成的電流的使用來操作功率生成系統的所述至少一個輔助負載以維持燃料電池中的蒸汽-碳比高于閾值蒸汽-碳比值。

本發明提供了一組技術方案，如下。

技術方案1：一種用于操作包括燃料電池的功率生成系統的方法，所述方法包括：

檢測所述燃料電池的缺水條件；以及