[发明专利]燃料电池系统及其操作方法

权利要求书

1.一种燃料电池系统，其包括：

阳极循环回路，其包括用于产生电力的燃料电池堆,

其中所述燃料电池堆包括阳极和阴极，

其中所述阳极具有阳极入口和阳极出口，并且所述燃料电池堆用于结合供应至所述阴极的氧气产生电力，

其中所述阳极循环回路还包括燃料重整器，所述燃料重整器用于接收所述燃料及来自所述燃料电池堆的所述阳极出口的尾气,并且用于在重整器出口处产生重整气,

其中在所述重整器出口处的所述重整气被分成再循环的重整气和外排的重整气，所述再循环的重整气被返回到所述阳极入口；

流量计，其用于测量提供至所述阳极循环回路的所述重整器的入口中的燃料的燃料流量；

电流测量装置，其用于测量由电负载从所述燃料电池堆拉出的电流；

循环比测量装置，其用于测量所述阳极循环回路中的循环比，其中所述阳极循环回路中的所述循环比被定义为所述再循环的重整气与所述重整气的流量比；及

处理器，其用于基于所述测量出的燃料流量、所述测量出的电流以及所述测量出的循环比来估算所述燃料电池堆的燃料利用率。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述处理器包括燃料利用率模型，所述燃料利用率模型定义在所述燃料电池堆的燃料利用率、所述系统的燃料利用率以及所述阳极循环回路中的循环比之间的映射关系，所述处理器用于基于所述测量出的燃料流量、所述测量出的电流及所述燃料电池堆的燃料电池的数量来计算所述系统的燃料利用率，并且，根据所述计算出的系统的燃料利用率和所述测量出的循环比从所述燃料利用率模型中确定所述燃料电池堆的燃料利用率。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其还包括：

控制器，其用于基于所述估算出的燃料电池堆的燃料利用率来对所述系统进行控制以防止燃料饥饿。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其还包括燃料流量调节器，其中，当所述估算出的燃料电池堆的燃料利用率接近所述燃料电池堆的燃料利用率上限时，所述控制器对所述燃料流量调节器进行控制来增加提供至所述阳极循环回路中的所述燃料流量，并且，当所述估算出的燃料电池堆的燃料利用率接近所述燃料电池堆的燃料利用率下限时，所述控制器对所述燃料流量调节器进行控制来减小提供至所述阳极循环回路中的所述燃料流量。

5.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其还包括功率调节装置，其中，当所述估算出的燃料电池堆的燃料利用率接近所述燃料电池堆的燃料利用率上限时，所述控制器对所述功率调节装置进行控制来减小从所述燃料电池堆拉出的电流，并且，当所述估算出的燃料电池堆的燃料利用率接近所述燃料电池堆的燃料利用率下限时，所述控制器对所述功率调节装置进行控制来增加从所述燃料电池堆拉出的电流。

6.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其还包括循环比调节装置，其中，当所述估算出的燃料电池堆的燃料利用率接近所述燃料电池堆的燃料利用率上限时，所述控制器对所述循环比调节装置进行控制来增加所述阳极循环回路中的所述循环比，并且，当所述估算出的燃料电池堆的燃料利用率接近所述燃料电池堆的燃料利用率下限时，所述控制器对所述循环比调节装置进行控制来减小所述阳极循环回路中的所述循环比。

7.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中,所述处理器用于根据所述测量出的循环比和所述燃料电池堆的给定的燃料利用率上限,从所述燃料利用率模型中预测所述系统的燃料利用率上限。

8.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述处理器还包括水碳比模型，其中所述水碳比模型定义所述系统的燃料利用率与所述阳极循环回路中的水碳比之间的映射关系，并且

其中，所述处理器还用于根据所述阳极循环回路中给定的水碳比下限从所述水碳比模型中预测所述系统的燃料利用率下限。