[发明专利]利用由氢气分压力差产生的电池压力的氢气浓度传感器

权利要求书

1.一种燃料电池系统，包括：

包括阳极侧的燃料电池堆；

氢气源，其经阳极输入管路向所述燃料电池堆的阳极侧提供新鲜氢气气体；

阳极废气再循环管路，其从所述燃料电池堆接收阳极废气，并向所述阳极输入管路和所述燃料电池堆的阳极侧提供阳极再循环气体；以及

氢气浓度传感器组件，其与所述阳极输入管路和所述阳极废气再循环管路连通，所述氢气浓度传感器组件包括操作为浓度单元的至少一个氢气浓度传感器，所述浓度单元具有薄膜、在所述薄膜一侧上的第一催化剂层和在所述薄膜相对侧上的第二催化剂层，其中所述第一催化剂层暴露于来自所述氢气源的新鲜氢气气体，所述第二催化剂层暴露于所述阳极再循环气体管路中的阳极再循环气体。

2.如权利要求1的燃料电池系统，其中所述至少一个氢气浓度传感器为串联电联接在一起的多个氢气浓度传感器。

3.如权利要求1的燃料电池系统，其中所述至少一个氢气浓度传感器为并联电联接在一起的多个氢气浓度传感器。

4.如权利要求1的燃料电池系统，其中所述氢气浓度传感器中的所述薄膜具有约150μm的厚度。

5.如权利要求1的燃料电池系统，还包括从所述氢气浓度传感器组件接收电势的控制器，所述控制器构造成使用能斯特方程确定所述阳极再循环气体中的氢气分压力。

6.如权利要求5的燃料电池系统，其中所述控制器使用如下公式计算所述阳极再循环气体中的氢气分压力：

其中V为电势，R为普适气体常数，T为阳极再循环气体的温度，z为电子交换数，F为法拉第常数，为阳极输入管路中氢气的压力，为阳极再循环气体的氢气分压力。

7.如权利要求5的燃料电池系统，其中所述控制器使用再循环气体中的氢气气体分压力、再循环气体的总压力、再循环气体的饱和压力和再循环气体的相对湿度来确定阳极再循环气体中的氢气浓度。

8.如权利要求7的燃料电池系统，其中所述控制器使用如下公式计算再循环气体中的氢气气体浓度：

其中为氢气气体浓度，为氢气分压力，R为再循环气体中的总压力，RH为再循环气体的相对湿度，为由下式定义的再循环气体的饱和压力：

。

9.一种燃料电池系统，包括：

包括阳极侧的燃料电池堆；

氢气源，其向所述燃料电池堆的阳极侧的入口提供新鲜氢气气体；

阳极废气再循环管路，其从所述燃料电池堆接收阳极废气，并向所述燃料电池堆的阳极侧的入口提供阳极再循环气体；

第一压力传感器，其提供从所述氢气源提供给所述燃料电池堆的阳极侧的入口的新鲜氢气气体的压力测量；

第二压力传感器，其提供所述阳极再循环气体的总压力测量；

温度传感器，其提供所述阳极再循环气体的温度测量；

相对湿度传感器，其提供所述阳极再循环气体的相对湿度测量；

氢气浓度传感器组件，其接收来自所述氢气源的新鲜氢气气体流和阳极再循环气体在被提供给所述燃料电池堆的阳极侧的入口之前的气体流，所述氢气浓度传感器组件提供由所述新鲜氢气气体中的氢气气体压力与所述阳极再循环气体中氢气分压力之间的差别产生的电势；以及

控制器，其响应于所述氢气浓度传感器组件的电势、所述第一压力传感器的压力测量、所述第二压力传感器的压力测量、所述温度传感器的温度测量和所述相对湿度传感器的相对湿度测量，所述控制器使用这些测量确定所述阳极再循环气体中的氢气气体浓度。

10.一种用于确定燃料电池系统中的氢气浓度的氢气浓度传感器组件，所述传感器组件包括：

接收新鲜氢气气体流的第一流动通道；

接收部分为氢气的气体流的第二流动通道；以及

至少一个氢气浓度传感器，其安装在所述第一流动通道与所述第二流动通道之间的基板上，所述至少一个传感器包括薄膜、在所述薄膜一侧上的第一催化剂层和在所述薄膜相对侧上的第二催化剂层，其中所述第一催化剂层暴露于所述第一流动通道中的新鲜氢气流，所述第二催化剂层暴露于所述第二流动通道中部分为氢气的气体流。