[发明专利]用于调节燃料电池组功率的装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于调节燃料电池组功率的装置和方法。

一种用于调节燃料电池组功率的系统是公知的，其中最后一个燃料电池的电池电压视需要进行匹配。这种系统的缺陷在于，没有考虑多数电池的电池电压。此外，通过调节输入系统内的空气量来控制燃料电池的功率也是公知的。这种系统的缺点在于，不是调节反应物、例如氧气，而是调节空气，而空气中可能包含不同浓度的氧气。因此可能会发生如下情形，即，尽管对输入空气进行节流，所发出的燃料电池功率却无变化。这是因为空气中的氧气分压力和节流点处的氧气分压力碰巧同时升高之故。

因此本发明的目的在于，提供一种用于调节燃料电池组发出功率的装置和方法，其中要利用反应物的浓度。

本发明的对象是一种用于调节燃料电池组功率的装置，该装置包括一个用于测量燃料电池组的过程气体(Prozessgas)管道中的反应气体分压力的探测器，以及一个与该探测器相连的电子控制单元，其中，该控制单元将给定功率与燃料电池组实际发出的功率以及在过程气体中存在的反应气体分压力进行比较，然后相应地调节输入的过程气体量。

此外，本发明的对象还涉及一种用于调节燃料电池组功率的方法，在这种方法中，将燃料电池组的过程气体管道中的反应气体分压力作为调节要输入的过程气体质量流量的基准参数。

在本发明具有优点的一改进设计中，探测器在阴极排气里面测量氧气分压力并将这个值继续传送给电子控制单元。

在本发明具有优点的另一改进设计中，还为电子控制单元提供其它数据，例如设备的环境压力和外部温度，通过这些数据准确测量要输入的空气质量流量。

在这里，加湿并被压缩的气液混合物被称为过程气体，气液混合物被导入燃料电池组用于产生反应。作为过程气体的一个示例是加湿的空气，当然也可以是纯氧气或纯氢气，同样也可以是水/甲醇混合物。优选使用空气作为阴极端的过程气体，其质量流量通过电子控制单元受到调节。

被称为反应气体的气体在燃料电池中进行有效反应。在此，视PEM燃料电池的类型，优选选择纯氧气、纯氢气或纯甲醇作为反应气体。反应气体不包含惰性气体和/或水蒸气成分。所以探测器也只测量燃料电池的过程气体(气-液混合物)中的气体分压力。

下面借助附图来详细描述本发明，附图中：

图1是按照本发明用于调节燃料电池组功率的装置的一实施例的线路简图。

在图中可看到一辆电气机车的一个驱动单元。燃料电池组1与一根过程气体输入管道2、例如氧化剂输入管道(Oxidanszufuehrleitung)相连，空气质量流在该管道中流动。在过程气体导入燃料电池组1之前，过程气体输入管道2通过一个压缩机3。在压缩机3与燃料电池组1之间的过程气体输入管道2上的位置11处，测量所输送的过程气体的质量流量瞬时值，通过一个控制电路8可对过程气体的质量流量进行调节。燃料电池组1右边是排气管道4。

在排气管道4上紧随燃料电池组1之后的位置5处，通过一个探测器6测量氧气分压力(P_O2)。该探测器6通过管道7与控制电路8(图中用虚线表示)相连。在控制电路8里汇集了下列信息：

-司机意愿10，

-由外界温度和环境压力测值9组成的数据，这些数据可以方便地从压缩机3之前的空气输入管道2中测出，

-在过程气体输入管道2的位置11处测得的所输送的空气质量流量瞬时值12，以及

-在位置5处通过探测器6测得的阴极排气中的氧气分压力13。

控制单元14根据这些信息计算修正值x，该修正值表明，是否应该增加或节流空气输入。然后通过压缩机3相应地调节输入燃料电池组1中的空气质量流量，所述压缩机的马达通过转速调节器15与控制单元14相连。

由此首次实现，简便且直接地通过测量排气中的氧气分压力来有效地控制例如以空气作为过程气体的燃料电池组功率。

本发明优选用于移动应用的PEM燃料电池，尤其是机车上的燃料电池中，当然也可以考虑用于PEM燃料电池的固定应用场合中。