CN101147290A - 用于在具有变燃料成分的燃料上运行的燃料电池系统的气体流量控制组件 - Google Patents

Abstract

一种用于燃料电池系统的气体流量控制组件，包括基于离开燃料电池系统阳极一侧的废气中的含量变化，调节流向该系统阴极一侧的空气流量的空气流量控制组件，和基于通过空气流量控制组件对空气流量的调节，调节流向阳极一侧的燃料流量的燃料流量控制组件。

Description

用于在具有变燃料成分的燃料上运行的燃料电池系统的气体流量控制组件

技术领域

本发明涉及燃料电池以及尤其涉及用于燃料电池系统的气体流量控制组件。

背景技术

燃料电池是一种装置，它借助于电化学反应直接将存储于碳氢化合物燃料中的化学能转换成电能。一般来说，燃料电池包括通过电解液隔离开的阳极和阴极，电解液起到导通带电离子的作用。为了产生可用的功率电平，许多单个燃料电池与电池之间的导电分隔板被串联地叠加在一起。

燃料电池的运行是通过将反应燃料气体通过阳极，同时将氧化气体通过阴极而实现的。燃料电池系统的电输出部分依赖于燃料气体和氧化气体分别被供应给和传输通过阳极和阴极的速率，以及燃料的能含量。因此，为了优化燃料电池的性能并从燃料电池系统获得理想的电输出，需要准确的控制提供给电池的燃料的流速。

传统的燃料电池系统通常采用质量流量控制器，根据燃料电池的功率输出，控制流向燃料电池阳极的燃料气体的流速。传统的系统也采用在线燃料成分分析器测定提供给燃料电池系统的燃料的成分。尤其是，基于成分分析器测定的燃料成分和电池的功率输出，结合在线燃料成分分析器，质量流量控制器已经被用于控制输送给燃料电池的燃料的量。

可以理解，控制流向阳极的燃料流速的上述传统方法需要使用昂贵的和复杂的设备。此外，当被分析的燃料具有高水分含量时以及在分析器的延长操作之后，在线燃料成分分析器的可靠性明显下降。因此，通常需要对分析器进行在校准以继续准确地测定燃料含量。因此，需要准确可靠不需要昂贵设备的用于控制流向阳极的燃料流量的装置。

因此，本发明的目的是提供用于控制燃料流量的气体流量控制组件，它在操作的延长期间具有增进的可靠性，并且不受燃料中水分水平的影响。

本发明进一步的目的是提供一种气体流量控制组件，它能够基于检测到的燃料成分的变化，以更高的准确性调节燃料流速。

发明内容

根据本发明的原理，在用于燃料电池系统的气体流量控制组件中实现了以上和其他目的，包括基于离开燃料电池系统阳极一侧的废气中的含量变化，调节流向该系统阴极一侧的空气流量的空气流量控制组件，和基于通过空气流量控制组件对空气流量的调节，调节流向燃料电池系统阳极一侧的燃料流量的燃料流量控制组件。燃料电池系统包括适应于利用含有未反应燃料的阳极废气预热空气的氧化组件，空气流量控制组件调节空气流量，以便将氧化组件内的空气预热到预定温度。空气流量控制组件包括用于调节空气流量设置点的空气平稳控制器和用于保持空气流速与调节后的系统空气流量设置点相等的空气流量控制器，空气平稳控制器将预热空气的温度与预定温度进行比较以确定调节值并基于该调节值调节空气流量设置点。空气流量设置点是基于DC电流、理想的燃料流量、期望的燃料热值和环境温度的预定空气流速。如果预热空气的温度小于预定温度，空气平稳控制器降低调节值，如果预热空气的温度大于预定温度，则提高调节值，调节值与空气流量调节成正比。

燃料流量控制组件包括用于调节系统燃料流量设置点的燃料平稳控制器和测量并将燃料流速保持在调节后的燃料流量设置点的燃料流量控制器。该燃料流量设置点是基于DC电流、超出最低要求的燃料流量的理想过盈，以及期望的燃料热值的预定燃料流速。燃料平稳控制器接收由空气平稳控制器计算所得的调节值并调制燃料流量设置点以将空气平稳控制器调节值保持在预定范围内。尤其是，当温度大于预定温度时，空气平稳控制器分别以设置量，例如1，步进地增加和降低调节值以增加和降低预热空气的温度，当温度小于预定温度时，分别以设置量，例如1，步进地降低和增加调节值以降低和增加预热空气的温度，燃料平稳控制器调节燃料流量设置点，以将空气平稳控制器调节值保持在0和负(-)设置量例如1之间。

还披露了采用气体流量控制组件的燃料电池系统。

附图说明

结合附图阅读下列详细描述，本发明以上和其他的特征和方面会变得更加显而易见，其中：

图1显示根据本发明的原理采用气体流量调节组件的燃料电池系统；

图2显示图1气体流量调节组件的空气平稳控制器的操作流程图；

图3显示图1气体流量调节组件的燃料平稳控制器的操作流程图；

图4显示采用具有和没有燃料平稳控制器的气体流量调节组件的系统的性能数据的图。

具体实施方式

图1显示根据本发明的原理采用气体流量控制组件101的燃料电池系统100。气体流量控制组件101包括燃料流量控制器124(可以包括燃料流量计和自动控制阀)、空气流量控制器126(可以包括空气流量计和自动控制阀)、空气平稳(air trim)控制器128和燃料平稳(fueltrim)控制器130，所有这些分别都用于控制流向系统100的燃料电池102的阳极一侧104和阴极一侧106的燃料和空气流量。燃料电池102的阳极和阴极侧依次被电解液108分隔开。

燃料电池系统也包括用于向燃料电池102的阳极一侧104提供燃料气体的燃料供给110、用于湿化燃料气体的供水114、用于向燃料电池102的阴极一侧106提供氧化剂气体的空气供给116和阳极废气氧化器118。燃料处理组件120提供燃料清洗，热交换器122在燃料进入燃料电池102的阳极一侧104之前湿化并预热燃料。

在系统100中，由供给110提供的燃料以燃料平稳控制器130测定的流速被提供给燃料处理组件120，并被流量控制组件101的燃料流量控制器124控制。燃料处理组件120清洗并进一步处理燃料，使得其适合用于燃料电池阳极104。处理组件120可以包括脱硫单元。在进入燃料电池阳极104之前，被处理过的燃料首先通过热交换器122被耦合，在这里燃料与由供水114提供的水混合，并被预热到300℃的温度。热交换器122也可以包括预成型单元和脱氧单元。然后，经湿化和预热的燃料被输送给燃料电池阳极104，在这里燃料经过电化学反应产生电输出。

包含未消耗的燃料的阳极废气被从阳极104输送给阳极废气氧化器118。在空气经空气流量控制器126被控制到由空气平稳控制器128调节的空气流量设置点后，阳极废气氧化器也接收由空气供给116提供的空气。在阳极废气氧化器118内，将空气与阳极废气混合并燃烧产生加热的空气或氧化剂气体和二氧化碳。

预热的氧化剂气体的温度取决于存在于阳极废气内的未反应燃料的量以及提供给氧化器的空气的空气流速。可以理解，阳极废气中未反应燃料的量部分依赖于燃料流速和燃料热值，或由燃烧燃料产生的能量，其本身取决于燃料含量的变化。

离开氧化器118的加热的氧化剂气体随后被输送给燃料电池102的阴极一侧入口106a。贫化的氧化剂气体通过阴极出口106b离开阴极106，并流过热交换器122，在这里来自废氧化剂气体的热量被传递以预热燃料和水的混合物。在废氧化剂气体离开热交换器122后残留在其内的热量可以用于各种功能，包括蒸汽形成或空间加热。

如上所述以及图1所示，来自供给110的燃料的燃料流速受燃料流量控制器124的控制，燃料流量控制器接收经气体流量控制组件101的燃料平稳控制器130调制的燃料流量设置点，而来自供给116的空气的空气流速被空气流量控制器126控制到由组件101的空气平稳控制器128测定的设置点。

尤其是，燃料气体由燃料供给110以预定流速提供给系统100，该预定流速是燃料电池102的最优操作和电输出所需的优选燃料流速。在此处描述的说明性例子中，燃料流速超过产生电输出所消耗于燃料电池102的阳极104内的量的大约40％。

过量的燃料流量导致未反应的燃料存在于阳极废气中，该阳极废气随后在氧化器118中用于将空气燃烧并预热到所需温度。预定的燃料流速是基于系统100的理想电输出和由燃料供给110提供的燃料气体的热值或氢含量而测定的。燃料流量控制器124(可以包括热质燃料流量计)测量来自供给110的燃料流速并基于燃料成分和燃料热值的变化部分地校正流速，并且将燃料流速控制到上述预定的燃料流量设置点。

在热值或实际受控燃料流速不同于期望值的情况下，利用以下更加详细描述的自动燃料流量调节逻辑，基于源自空气平稳控制器126的输入的燃料平稳控制器130，将调节预定的燃料流量设置点。

同样如图1所示及以上所述，空气流量控制器126将源自空气供给116的空气的空气流速控制到由空气平稳控制器128调节的空气流量设置点。空气平稳控制器128调制预定的空气流速设置点，该空气流速设置点是基于由空气供给116提供的空气的理想电输出和温度而测定的。

根据本发明，空气平稳控制器128调节预定的空气流量设置点，以保持氧化剂气体在氧化器118内被预热，并以预定的或设置点温度TSP被提供给阴极入口106a。如以下更详细地描述，空气平稳控制器128将进入阴极入口106a的氧化剂气体的温度与设置点温度TSP进行比较，并计算调节或空气平稳值，随后基于计算后的空气平稳值调节空气流速设置点。如果经空气平稳控制器128计算的空气平稳值为零，空气平稳控制器128不对空气流速设置点进行任何修改。如果计算得到的空气平稳值是正值，那么空气平稳控制器128以与空气平稳值成比例的量提高空气流速设置点，如果空气平稳值是负值，空气平稳控制器128以与空气平稳值成比例的量降低空气流速设置点。

更具体而言，在图2所示的流程图中更加详细说明了空气平稳控制器128的操作。如所示，在第一步骤S1中，控制器128测量进入阴极入口106a的氧化剂气体的温度。  在接下来的步骤S2中，空气平稳控制器128将在第一步骤S1中得到的氧化剂气体的温度与设置点温度TSP进行比较。如上所述，经氧化器118预热的氧化剂气体的温度取决于空气流速和存在阳极废气中的未反应燃料的量。设置点温度TSP是当阳极废气具有最佳的燃料含量且空气流量处于由空气平稳控制器128测定的未调制的恒定设置点值时设定的预定温度。

更具体而言，阳极废气中的燃料含量与燃料的热值、基于燃料最高期望热值而设定的预定燃料流速直接相关，在这种情况下，当提供给系统101的燃料具有最高的期望热值时，阳极废气中的燃料含量是最佳的。在系统运行过程中，燃料的含量偏离最佳含量，结果，经氧化器118预热的氧化剂气体的温度不同于设置点温度TSP。当上述燃料含量变化发生时，可以通过调节空气流量、燃料流量或者同时调节，将加热的氧化剂气体的温度保持在设置点温度TSP。

尤其是，当阳极废气中的燃料含量小于最佳含量且阴极入口温度低于设置点温度TSP，可以通过降低空气流量或增加燃料流量直到达到设置点温度TSP，将阴极入口温度返回到设置点温度TSP。然而，如果阳极废气中的燃料含量大于最佳含量，可以通过增加空气流量或降低燃料流量以将阴极入口温度降低到设置点温度，从而达到设置点温度TSP。

回过来参照图2，如果空气平稳控制器128在步骤S2中判定在步骤S1中所得的氧化剂气体的阴极入口温度等于设置点温度TSP，那么阳极废气中的燃料含量处于最佳值，空气平稳控制器128在步骤S3中的零点处设定空气平稳值并继续步骤S8。在这种情况下，空气平稳控制器128将不会改变空气流量设置点，从而空气流量设置点在早前描述的预定的恒定空气流量设置点处保持不变，然后空气流量控制器126将会将空气流速控制至该设置点。

如果在步骤S2中空气平稳控制器判定氧化剂气体的阴极入口温度不等于设置点温度TSP，那么在步骤S4中，空气平稳控制器判定氧化剂气体的阴极入口温度是否高于设置点温度TSP。如果是，在步骤S41中，空气平稳控制器判定氧化剂气体的阴极入口温度是否等于或处于先前测量的阴极入口温度的值的预定范围内。如果是，那么过程继续进行步骤S7，在步骤7中保持当前空气平稳值。如果不是，那么过程继续进行步骤S42，判定氧化剂气体的阴极入口温度是否大于先前测量的阴极入口温度值。如果不是，过程继续进行步骤S6，在步骤S6中，空气平稳控制器以预定的步进值(在本例子中为1)降低空气平稳值。如果是，在步骤S5中，空气平稳控制器以步进值1增加空气平稳值。

如果在步骤S4中，空气平稳控制器判定氧化剂气体的阴极入口温度不高于设置点温度TSP，在步骤S43中，空气平稳控制器判定氧化剂气体的阴极入口温度是否等于或处于先前测量的阴极入口温度的值的预定范围内。如果是，过程继续进行步骤S7，在步骤S7中，空气平稳控制器保持空气平稳值。如果不是，过程继续进行步骤S44，空气平稳控制器判定氧化剂气体的阴极入口温度是否高于先前测量的阴极入口温度。如果不是，在步骤S6中，空气平稳控制器以预定的步进值1降低空气平稳值。如果是，在步骤S7中，空气平稳控制器以步进值1增加空气平稳值。

然后，在步骤S8中，空气平稳控制器128利用在步骤S5、S6或S7中测定的空气平稳值计算对空气流量设置点的调节。该调节后的空气流量设置点被提供给空气流量控制器。在该步骤中，利用下列公式对预定的设置点空气流量ASP进行修正并将其提供给空气流量控制器126：

Adjusted Airflow＝ASP+Air Trim*12    (1)

其中Adjusted Airflow是提供给空气流量控制器126的空气流量设置点，ASP是基于DC电流、期望的燃料流速、期望的燃料热值和源自空气供给116的空气的温度的预定空气流量设置点，Air Trim是在步骤S5、S6或S7中由空气平稳控制器128计算所得的空气平稳值。

从公式(1)中可以看出，调节后的空气流量将等于恒定的设置点空气流量ASP，此时空气平稳值等于零。正的空气平稳值将导致较大的调节后的空气流量，使得更多的空气被提供给氧化器118。当空气平稳值为负值时，调节后的空气流量将小于设置点空气流量ASP，从而较少的空气将被从空气供给提供给氧化器118。在空气平稳控制器128操作的步骤S9中，空气流量将以在步骤S8中计算所得的调节后的空气流速提供给阳极废气氧化器。

由气体流量控制组件101的空气平稳控制器128调制的空气流速设置点，在其被输送给燃料电池阴极106之前允许氧化剂气体被加热到设置点温度TSP，并且也导致适合量的氧化剂气体被传递给阴极。此外，如图1和2所示及以上所述，空气平稳控制器128的操作被燃料平稳控制器用作反馈，以控制流向燃料电池系统的燃料流量。

尤其是，由空气平稳控制器128计算所得的空气平稳值的变化与系统操作过程中燃料气体的含量(成分和热值)的变化直接相关。根据本发明，气体流量控制组件101的燃料平稳控制器使用自动燃料流量调节逻辑感应空气平稳值的变化并响应上述变化调节燃料流速设置点。尤其是，与空气平稳控制器128导致的空气平稳值的变化相对应，燃料平稳控制器130调节燃料流量设置点，以将空气平稳值保持在预定范围内。在该说明性方案中，预定的空气平稳值范围保持在0和-1之间。燃料流量设置点是基于电流、燃料的期望热值和超过为产生电输出而在燃料电池102的阳极104内消耗的量的理想过盈燃料流速的预定值。

因此，当燃料平稳控制器130感应到由空气平稳控制器计算所得的空气平稳值的降低，燃料平稳控制器130改变燃料流速设置点，以提供额外的燃料流量，使空气平稳值处于预定范围内。类似地，当燃料平稳控制器感应空气平稳值的增加，燃料平稳控制器130修改燃料流速设置点，以降低燃料的量直到空气平稳值处于预定范围内。

现在将参照图3详细描述燃料平稳控制器130的操作，图3显示了燃料平稳控制器130的自动燃料流量调节逻辑的流程图。如图3所示，在第一步骤S101中，燃料平稳控制器130接收到来自空气平稳控制器128的信号，显示了经空气平稳控制器128计算所得的空气平稳值的变化。

在自动燃料流量调节逻辑的第二步S102中，燃料流量平稳控制器130判定空气平稳值是否等于0。如果空气平稳值等于0，那么不对燃料流速设置点进行任何调节。如果调节逻辑判定空气平稳值不等于0，那么运行继续进行步骤S103，在步骤S103中，燃料流量平稳控制器130在步骤S104中通过改变燃料氢含量参数T_H2以将由空气平稳控制器128测定的空气平稳值变为0，从而改变燃料流速。氢含量参数T_H2是一个代表氢体积的参数，它可以以产生于1立方英尺燃料的立方英尺表示。例如，含有>99％甲烷的燃料气体的T_H2将为4。因而，参数T_H2确定了气体成分和热值，并被用于计算燃料流速设置点。较高的T_H2表明燃料气体具有较高的热值，较低的T_H2表明气体具有较低的热值。

在步骤S103中，T_H2参数以小增量或减量被调节。在说明性的例子中，T_H2参数的调节增量可以为0.02。调节T_H2参数直到由空气平稳控制器128计算所得的空气平稳值达到理想值，在本例子中为“0”。不允许调节后的T_H2参数超过预定的最高期望值。另外，由燃料平稳控制器130引起的T_H2参数的允许变化量可以受到限制。在本说明性例子中，T_H2的最大变化量限于6％。当燃料平稳控制器130降低T_H2参数时，燃料流速设置点被导致增加，而当其被增加时，燃料流速设置点被导致降低。

因此，在步骤S103中，燃料平稳控制器130积极地调节T_H2参数，以将空气平稳值保持在理想的空气平稳值，例如660”。在调节T_H2参数后，在步骤S104中，燃料流速被改变。

在某些情况下，燃料平稳控制器130不能通过调节T_H2参数保持理想的空气平稳值，这一点正如T_H2参数已经以最大允许量被改变时的情况一样。当燃料平稳控制器不能保持理想的空气平稳值时，燃料平稳控制器的操作继续进行步骤S105。在步骤S105中(同样紧随步骤S104)，燃料平稳控制器130判定空气平稳值是否小于-1，如果小于，操作继续进行步骤S106，在步骤S106中，高燃料平稳警报被触发。高燃料平稳警报表明燃料的热值明显低于期望值，且已经通过降低TH2参数将燃料平稳调节至最大允许含量。高燃料平稳警报将提示操作员检查燃料的热值。如果燃料的热值进一步变化，空气平稳值可能继续进一步落到“-1”以下。在这种情况下，如上参照图2所描述的，空气平稳控制器128将改变空气平稳值(这反过来影响总的空气流量)，以使流入阴极的气体温度保持在理想的温度设置点。

当空气平稳值为正值时，燃料平稳控制器130将增大T_H2参数直到空气平稳值达到“60”或直到T_H2参数达到预定的最高期望值。如果燃料气体的热值进一步增加超过最高期望热值，空气平稳值可以继续进一步增加。

继步骤S106中的高燃料平稳警报的触发之后，或者如果燃料平稳控制器130在步骤S105中判定空气平稳值为正值，调节逻辑的操作继续进行步骤S107。在步骤S107中，燃料平稳控制器130判定空气平稳值是否大于预定值，例如5，或小于预定值，例如-5。如图3所示，如果空气平稳值大于5或小于-5，那么操作继续进行步骤S108，在步骤S108中，高空气平稳警报被触发。高空气平稳警报的触发(不同时触发高燃料平稳警报)表明燃料气体的热值明显高于最高期望值。高空气平稳警报连同高燃料平稳警报的触发将意味着燃料气体的热值明显低于期望值，燃料平稳控制器130不能进一步进行任何抵补。该警报将提醒操作员启动修正措施。

对图1所示的采用具有燃料流量平稳控制的气体流量控制组件101的系统100的性能进行了测试，并与不具有该控制的相同系统进行了对比。图4显示了经测试的系统的性能数据的图。在图4中，X轴代表系统100的操作时间，而Y轴代表以scfm单位表示的燃料流速，DC电流以安培表示，空气流速以scfm单位表示。在测试安装有燃料平稳控制的系统的性能过程中，记录了系统运行过程中由系统产生的燃料流量和空气流速以及DC电流。

在第一运行期间，经测试的燃料电池系统采用不具备燃料平稳控制器130的气体流量控制组件，修正系统的燃料流速。在第二运行期间，经测试的系统包括采用如图1所示的燃料平稳控制器130的气体流量控制组件101。可以看出，在第一运行期间，在大约30.1 scfm处，燃料流速基本上恒定，尽管由于燃料含量的变化，对空气流量进行频繁的调节，使得空气流速在590道760scfm范围内变动。

在第二运行期间，气体流量控制系统不仅调节燃料流量，也调节空气流速，使得燃料流速在大约29.3和31scfm之间变动，而空气流速在630和720scfm之间变动。系统在第一和第二运行期间产生的DC电流在大约700安培处保持相对恒定。从图4中的性能数据可以看出，利用燃料平稳控制器130的自动燃料流量调节逻辑的气体流量控制组件101，对提供给系统的燃料流量采用了更加精确的控制，这也导致了空气流速更小的变化。上述精确控制允许系统快速地适应燃料含量的变化，使得适量的燃料被提供给系统，且由系统产生的电流被保持在恒定的水平上。

在任何场合，应当理解上述的方案仅是说明代表本发明应用的许多可能的具体实施例。根据本发明的原理且不偏离本发明的精神实质和范围，可以容易地修改大量的和不同的其他方案。

Claims (26)

1.一种用于燃料电池系统的气体流量控制组件，包括：

适于基于离开所述燃料电池系统的阳极一侧的阳极废气内的含量变化，调节流向所述燃料电池系统的阴极侧的空气的空气流量的空气流量控制组件；以及适于基于通过所述空气流量控制组件对所述空气流量的调节，控制流向所述燃料电池系统的阳极侧的燃料的燃料流量的燃料流量控制组件。

2.根据权利要求1用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中所述燃料电池系统包括适于利用含有未反应燃料的给定含量的阳极废气将所述空气预热到预定温度的氧化组件；并且其中：

所述空气流量控制组件基于因所述阳极废气的所述含量的变化导致的所述预热空气的所述预定温度的温度变化，调节所述空气流量，以将所述预热空气的所述温度保持在所述预定温度。

3.根据权利要求2用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中所述空气流量控制组件包括：用于将所述空气流量控制到空气流量设置点的空气流量控制器，该设置点导致当所述阳极废气的所述含量为所述给定含量时所述氧化组件将所述空气预热到所述预定温度；以及

用于将所述空气流量设置点提供给所述空气流量控制器的空气平稳控制器，所述空气平稳控制器将所述预热空气的温度与所述预定温度进行比较，以确定调节值并基于所述调节值调节所述空气流量设置点。

4.根据权利要求3用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中当所述预热空气的所述温度低于所述预定温度时，所述空气平稳控制器分别步进地降低和升高所述调节值以降低和增加所述预热空气的所述温度，当所述预热空气的所述温度大于所述预定温度时，分别步进地升高和降低所述调节值以增加和降低所述预热空气的所述温度，并且其中所述调节值与通过所述空气平稳控制器调节的空气流量成正比。

5.根据权利要求4用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中：所述步进值为1，并且其中所述空气平稳控制器控制所述空气流量，使得

Airflow＝Set Point Airflow+Adjustment Value*12.

6.根据权利要求4用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中所述燃料流量控制组件包括用于调节所述系统的燃料流量设置点的燃料平稳控制器，其中所述燃料平稳控制器接收由所述空气平稳控制器计算所得的所述调节值，并调节所述燃料流量设置点，以将所述调节值保持在预定范围内。

7.根据权利要求6用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中所述步进值为1，并且其中所述燃料平稳控制器调节燃料流量以将所述调节值保持在0和-1之间。

8.根据权利要求7用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中如果所述调节值小于-1，所述燃料平稳控制器增加所述燃料流量。

9.根据权利要求6用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中所述燃料流量控制组件进一步包括用于在所述燃料平稳控制器调节所述预定燃料流量设置点之后，将来自燃料供给的燃料流量控制至所述燃料流量设置点的燃料流量控制器以及用于测量所述燃料流速的燃料流量计。

10.根据权利要求9用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中所述预定燃料流速超过通过所述系统产生预定电输出的最低要求燃料流速。

11.根据权利要求10用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中所述预定燃料流速超过最低要求燃料流速的40％。

12.根据权利要求11用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中所述燃料流量计为热质流量计。

13.根据权利要求12用于燃料电池系统的气体流量控制组件，其中所述空气流量设置点是基于所述系统的所述预定电输出和提供给所述系统的所述空气的温度确定的。

14.一种与空气供给和燃料供给一同使用的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：

燃料电池，包括阳极侧和阴极侧；

燃料入口，用于接收来自燃料供给的燃料，用以提供给所述阳极侧；

空气入口，用于接收来自所述空气供给的空气，用以将氧化剂气体提供给阴极侧；

气体流量控制组件，包括用于调节来自所述空气入口的空气的空气流量的空气流量控制组件，以及用于控制来自燃料入口的燃料的燃料流量的燃料流量控制组件，

其中所述燃料流量控制组件基于通过所述空气流量控制组件对所述空气流量的调节，控制所述燃料流量。

15.根据权利要求14的燃料电池系统，进一步包括适于利用含有未反应燃料的给定含量的阳极废气，将所述空气预热至预定温度的氧化组件；并且其中：

所述空气流量控制组件基于由所述阳极废气的所述含量的变化导致的所述预热空气的所述预定温度的温度变化，调节所述空气流量，以将所述预热空气的所述温度保持在所述预定温度。

16.根据权利要求15的燃料电池系统，其中所述空气流量控制组件包括：空气流量控制器，用于将所述空气流量控制到空气流量设置点，当所述阳极废气的所述含量为所述给定含量时，上述设置点导致所述氧化组件将所述空气预热至所述预定温度；以及空气平稳控制器，用于将所述空气流量设置点提供给所述空气流量控制器，所述空气流量控制器将所述预热空气的温度与所述预定温度进行比较，以确定调节值并基于所述调节值调节所述空气流量。

17.根据权利要求16的燃料电池系统，其中当所述预热空气的所述温度小于所述预定温度时，所述空气平稳控制器分别步进地降低和增加所述调节值，以降低和增加所述预热空气的所述温度，当所述预热空气的所述温度大于所述预定温度时，分别步进地增加和降低所述调节值，以增加和降低所述预热空气的所述温度，并且其中所述调节值与由所述空气平稳控制器引起的空气流量调节成正比。

18.根据权利要求17的燃料电池系统，其中所述设置点空气流速是基于所述系统的预定电输出和由所述空气供给提供的所述氧化气体的温度确定的。

19.根据权利要求18的燃料电池系统，其中所述燃料流量控制组件包括燃料平稳控制器，用于调节流向所述阳极侧的燃料流量，其中所述燃料平稳控制器接收由所述空气平稳控制器计算所得的所述调节值，并调节所述燃料流量，以将所述调节值保持在预定范围内。

20.根据权利要求19的燃料电池系统，其中所述步进值为1，并且其中所述燃料平稳控制器调节燃料流量，以将所述调节值保持在0和-1之间。

21.根据权利要求20的燃料电池系统，其中如果所述调节值小于-1，所述燃料平稳控制器增加来自所述燃料供给的燃料流量。

22.根据权利要求19的燃料电池系统，其中所述燃料流量控制组件进一步包括用于在所述燃料平稳控制器调节所述预定燃料流量设置点之后，将来自燃料供给的燃料流量控制至燃料流量设置点的燃料流量控制器和用于测量所述燃料流速的燃料流量计。

23.根据权利要求22的燃料电池系统，其中所述预定燃料流速超过产生预定电输出的最低要求燃料流速。

24.根据权利要求23的燃料电池系统，其中所述预定燃料流速超过最低要求燃料流速的40％。

25.根据权利要求24的燃料电池系统，其中所述燃料流量计为热质流量计。

26.根据权利要求25的燃料电池系统，其中所述系统进一步包括用于对来自所述燃料入口的所述燃料进行预处理的燃料处理组件和用于加热预处理后的燃料的热交换器，所述热交换器的出口耦合于所述阳极侧的入口。

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