CN102959782A - 燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法以及燃料电池堆的劣化确定方法 - Google Patents

燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法以及燃料电池堆的劣化确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102959782A
CN102959782A CN2011800261133A CN201180026113A CN102959782A CN 102959782 A CN102959782 A CN 102959782A CN 2011800261133 A CN2011800261133 A CN 2011800261133A CN 201180026113 A CN201180026113 A CN 201180026113A CN 102959782 A CN102959782 A CN 102959782A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cell
fuel
group
cell single
cell group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011800261133A
Other languages
English (en)
Inventor
增井孝年
小野孝
桧垣胜己
铃木稔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp, Toyota Motor Corp filed Critical Kyocera Corp
Publication of CN102959782A publication Critical patent/CN102959782A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

燃料电池系统包括：燃料电池堆，所述燃料电池堆由多个串联的燃料电池单电池形成，所述燃料电池单电池使用燃料气体和氧化剂气体来发电；检测单元，所述检测单元检测第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组中的每一个产生的输出电力，所述第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组根据发电性能因子进行分组；和操作条件改变单元，所述操作条件改变单元根据第一燃料电池单电池组的由检测单元检测的产生的输出电力和第二燃料电池单电池组的由检测单元检测的产生的输出电力之间的偏差率来改变燃料电池单电池的操作条件。

Description

燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法以及燃料电池堆的劣化确定方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法以及燃料电池堆的劣化确定方法。
背景技术
通常，燃料电池是使用氢气和氧气作为燃料来获得电能的装置。燃料电池环保并且能够实现高能效，因此，已经就将燃料电池作为未来能源供应系统进行了广度研发。
随着燃料电池持续发电，燃料电池可能会劣化。因为难以从燃料电池的外观确定其是否已经劣化，所以期望的是能够根据燃料电池的输出电力来确定燃料电池是否已经劣化。例如，日本专利申请公报No.62-271357（JP-A-62-271357）描述了一种电池损伤检测系统。电池损伤检测系统检测并比较每个堆的电压和/或电流，以检测构成每个堆的单电池的损伤。
然而，在JP-A-62-271357描述的技术中，没有限定对堆进行分组的准则，因此如果异常电池分散的话，则难以检测堆的劣化。另外，即使当堆包括异常电池时，所述堆也可能被检测为正常。
发明内容
本发明提供了一种燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法以及燃料电池堆的劣化确定方法，它们能够容易地确定燃料电池堆是否已经劣化。
本发明的第一方面提供了一种燃料电池系统。所述燃料电池系统包括：燃料电池堆，所述燃料电池堆由多个串联的燃料电池单电池形成，所述燃料电池单电池使用燃料气体和氧化剂气体来发电；检测单元，所述检测单元检测由第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组中的每一个产生的输出电力，其中所述第一燃料电池单电池组和所述第二燃料电池单电池组根据发电性能因子进行分组；和操作条件改变单元，所述操作条件改变单元根据第一燃料电池单电池组的由检测单元检测到的产生的输出电力和第二燃料电池单电池组的由检测单元检测到的产生的输出电力之间的偏差率来改变燃料电池单电池的操作条件。利用上述方面，能够简单地确定燃料电池堆是否已经劣化。另外，能够响应燃料电池堆的劣化设定适当的操作条件。
在以上方面中，当偏差率高于或等于预定值时，操作条件改变单元可以改变燃料电池单电池的操作条件。另外，所述预定值可以随着燃料电池堆产生的输出电力的增大而增大。而且，燃料电池单电池的温度可以用作发电性能因子，并且与第二燃料电池单电池组相比，第一燃料电池单电池组的温度相对较低。
在以上方面中，供应到燃料电池单电池的氧化剂气体的流量可以用作发电性能因子，并且与第二燃料电池单电池组相比，第一燃料电池单电池组的氧化剂气体的流量相对较低。另外，产生的输出电力可以是产生的电功率、产生的电流和产生的电压中的至少任意一个。
在以上方面中，当偏差率高于或等于预定值时，操作条件改变单元可以降低燃料电池单电池的额定输出功率。另外，燃料电池系统还可以包括燃烧室，所述燃烧室燃烧由燃料电池堆排放的燃料废气，以加热燃料电池堆，其中，当偏差率高于或等于预定值时，操作条件改变单元可以增加供应到燃料电池单电池的燃料气体的供应量。
在以上方面中，燃料电池系统可以包括重整装置，所述重整装置通过致使重整水和原燃料之间发生水蒸汽重整反应来产生燃料气体，并且燃料电池堆可以沿着重整装置布置，第一燃料电池单电池组可以布置成毗邻重整装置的重整水入口，而第二燃料电池单电池组相对于第一燃料电池单电池组可以布置成毗邻重整装置的燃料气体出口。
在以上方面中，第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组可以布置成相互平行，并且重整装置可以沿着第一燃料电池单电池组的堆叠方向延伸，可以折回，并且可以沿着第二燃料电池单电池组的堆叠方向延伸。
本发明的第二方面提供了一种燃料电池系统。所述燃料电池系统包括：燃料电池堆，所述燃料电池堆由多个串联的燃料电池单电池形成，所述燃料电池单电池使用燃料气体和氧化剂气体来发电；检测单元，所述检测单元检测由第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组中的每一个产生的输出电力，其中所述第一燃料电池单电池组和所述第二燃料电池单电池组根据发电性能因子进行分组；和劣化确定单元，所述劣化确定单元根据第一燃料电池单电池组的由检测单元检测到的产生的输出电力和第二燃料电池单电池组的由检测单元检测到的产生的输出电力之间的偏差率来确定燃料电池堆是否已经劣化。利用上述方面，能够简单地确定燃料电池堆是否已经劣化。燃料电池系统还可以包括通知单元，当劣化确定单元确定燃料电池堆已经劣化时，所述通知单元通知用户关于劣化的信息。
本发明的第三方面提供了一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括由多个串联的燃料电池单电池形成的燃料电池堆，所述燃料电池单电池使用燃料气体和氧化剂气体发电。所述控制方法包括：检测由第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组中的每一个产生的输出电力，所述第一燃料电池单电池组和所述第二燃料电池单电池组根据发电性能因子进行分组；和根据第一燃料电池单电池组的检测到的产生的输出电力和第二燃料电池单电池组的检测到的产生的输出电力之间的偏差率，改变燃料电池单电池的操作条件。利用上述方面，能够简单地确定燃料电池堆是否已经劣化。另外，能够响应燃料电池堆的劣化设定适当的操作条件。
在以上方面中，当偏差率高于或等于预定值时，可以改变燃料电池单电池的操作条件。另外，所述预定值可以随着燃料电池堆产生的输出电力的增大而增大。而且，燃料电池单电池的温度可以用作发电性能因子，并且与第二燃料电池单电池组相比，第一燃料电池单电池组的温度相对较低。
在以上方面中，供应到燃料电池单电池的氧化剂气体的流量可以用作发电性能因子，并且与第二燃料电池单电池组相比，第一燃料电池单电池组的氧化剂气体的流量相对较低。另外，产生的输出电力可以是产生的电功率、产生的电流和产生的电压中的至少一个。
在以上方面中，当偏差率高于或等于预定值时，可以降低燃料电池单电池的额定输出功率。另外，可以燃烧从燃料电池堆排放的燃料废气来加热燃料电池堆，并且当偏差率高于或等于预定值时，可以增加供应到燃料电池单电池的燃料气体的供应量。
在以上方面中，燃料电池系统可以包括重整装置，所述重整装置通过致使重整水和原燃料之间发生水蒸汽重整反应来产生燃料气体，并且燃料电池堆可以沿着重整装置布置，第一燃料电池单电池组可以布置成毗邻重整装置的重整水入口，而第二燃料电池单电池组相对于第一燃料电池单电池组可以布置成毗邻重整装置的燃料气体出口。
在以上方面中，第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组可以布置成相互平行，并且重整装置可以沿着第一燃料电池单电池组的堆叠方向延伸，可以折回，并且可以沿着第二燃料电池单电池组的堆叠方向延伸。
本发明的第四方面提供了一种燃料电池堆的劣化确定方法，所述燃料电池堆由多个串联的燃料电池单电池形成，所述燃料电池单电池使用燃料气体和氧化剂气体发电。所述劣化确定方法包括：检测第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组中的每一个产生的输出电力，所述第一燃料电池单电池组和所述第二燃料电池单电池组根据发电性能因子进行分组；和根据第一燃料电池单电池组的检测到的产生的输出电力和第二燃料电池单电池组的检测到的产生的输出电力之间的偏差率，确定燃料电池堆是否已经劣化。利用上述方面，能够简单地确定燃料电池堆是否已经劣化。所述劣化确定方法还可以包括：当确定燃料电池堆已经劣化时，通知用户关于劣化的信息。
利用上述这些方面，能够提供一种燃料电池系统、一种燃料电池系统的控制方法和一种燃料电池堆的劣化确定方法，它们能够容易地确定燃料电池堆是否已经劣化。
附图说明
将参照附图在下文中描述本发明的示例性实施例的特征、优势、和技术以及工业意义，在所述附图中，相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：
图1是示出了根据第一实施例的燃料电池系统的整体构造的方块图；
图2是根据第一实施例的燃料电池单电池的局部透视图，包括所述燃料电池单电池的剖视图；
图3是用于说明根据第一实施例的燃料电池堆系统的燃料电池堆的透视图；
图4A是示出了根据第一实施例的燃料电池堆系统的整体构造的透视图；
图4B是示出了图4A中示出的分离出的氧化剂气体引入构件的透视图；
图4C是用于说明根据第一实施例的重整装置的局部透视图；
图5A是示出了根据第一实施例的燃料电池堆系统的整体构造的透视图；
图5B是当从重整装置的侧观察时，根据第一实施例的A行燃料电池堆和B行燃料电池堆的布置方案的视图；
图5C是示出了根据第一实施例的各个燃料电池堆的温度的曲线图；
图6是示出了根据第一实施例的燃料电池堆的温度和电解质的温度之间的相关性的曲线图；
图7A是示出了根据第一实施例的每个燃料电池堆产生的电流和每个燃料电池堆产生的电压之间的相关性以及每个燃料电池堆产生的电流和电功率之间的相关性的曲线图；
图7B是图7A的局部放大的曲线图；
图8A是示出了根据第一实施例的随着时间的过去由初始燃料电池堆产生的电功率的曲线图；
图8B是示出了根据第一实施例的随着时间的过去由劣化的燃料电池堆产生的电功率的曲线图；
图9是示出了当确定根据第一实施例的燃料电池堆是否已经劣化时执行的流程图的示例的视图；
图10A至图10C是示出了根据第一实施例的第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组的分组的示例的视图；
图11A是示出了在根据第一实施例的每个燃料电池堆中的燃料气体的流量和温度之间的相关性的计算结果的曲线图；
图11B是示出了根据第一实施例的第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组的分组的示例的视图；
图12A是示出了当在根据第一实施例的燃料电池堆中实行额定发电和最小发电时，氧化剂气体的流量的计算结果的曲线图；
图12B和图12C是示出了根据第一实施例的第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组的分组的示例的视图；
图13是示出了根据第二实施例的燃料电池系统的整体构造的方块图；
图14是示出了当确定根据第二实施例的燃料电池堆是否已经劣化时执行的流程图的示例的视图。
具体实施方式
下面将描述本发明的第一实施例。图1是示出了根据第一实施例的燃料电池系统100的整体构造的方块图。如图1所示，燃料电池系统100包括控制单元10、原燃料供应部分20、重整水供应部分30、氧化剂气体供应部分40、重整装置50、燃烧室60、燃料电池堆系统70和换热器90。另外，燃料电池系统100包括作为传感器单元的电压传感器81和电流传感器82。
控制单元10由中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、接口等形成。控制单元10包括输入/输出端口11、中央处理器12、存储单元13等。输入/输出端口11是介于控制单元10和各种装置之间的接口。存储单元13是包括只读存储器、随机存取存储器等的存储器。只读存储器存储由中央处理器12执行的程序。随机存取存储器存储在处理中使用的变量等。
原燃料供应部分20包括燃料泵等，用于向重整装置50供应诸如碳氢化合物的原燃料。重整水供应部分30包括重整水箱31、重整水泵32等。重整水箱31贮存重整装置50中的水蒸汽重整反应所需的重整水。重整水泵32用于向重整装置50供应贮存在重整水箱31中的重整水。氧化剂气体供应部分40包括气泵等。气泵用于将诸如空气的氧化剂气体供应到燃料电池堆系统70的阴极71。重整装置50包括蒸发部分51和重整部分52。蒸发部分51用于蒸发重整水。重整部分52用于通过水蒸汽重整反应产生燃料气体。燃料电池堆系统70包括燃料电池堆，在所述燃料电池堆中，堆叠有多个燃料电池单电池。在每一个燃料电池单电池中，电解质73被夹在阴极71和阳极72之间。
图2是每个燃料电池单电池74的局部透视图，包括所述燃料电池单电池74的剖视图，所述燃料电池单电池74构成燃料电池堆系统70的燃料电池堆。如图2所示，每个燃料电池单电池74均整体呈现扁柱状。多条气体通路22形成在导电支撑件21内部。导电支撑件21具有气体可渗透性。多条燃料气体通路22沿着导电支撑件21的轴向方向（纵向方向）延伸。燃料电极23、固体电解质24和氧电极25按照描述的顺序层合在导电支撑件21的外周表面的平坦表面中的一个上。互连件27经由联接层26设置在平坦表面中的面向氧电极25的另一个上，并且用于减小接触电阻的p型半导体层28设置在互连件27上。燃料电极23起到图1中示出的阳极72的作用。氧电极25起到图1中示出的阴极71的作用。固体电解质24起到图1中示出的电解质73的作用。
随着将包含氢气的燃料气体供应到燃料气体通路22，氢气被供应到燃料电极23。另一方面，随着包含氧气的氧化剂气体被供应到燃料电池单电池74周围，氧气被供应到氧电极25。通过这样做，在氧电极25和燃料电极23中发生以下电极反应，以进行发电。发电反应例如在600℃至1000℃的条件下进行。
氧电极：1/2O2+2e-→O2-（固体电解质）
燃料电极：O2-（固体电解质）+H2→H2O+2e-
氧电极25的材料具有抗氧化能力并且是多孔的，使得气态氧能够到达氧电极25和固体电解质24之间的分界面。固体电解质24具有将来自氧电极25的氧离子O2-转移到燃料电极23的功能。固体电解质24由氧离子传导氧化物形成。另外，固体电解质24在氧化/还原气氛中是稳定的，并且较为致密，以将燃料气体和氧化剂气体相互物理隔开。燃料电极23由在还原气氛中稳定并且对氢有亲和力的材料形成。设置互连件27，以将燃料电池单电池74相互串联电连接。互连件27较为致密，以将燃料气体和氧化剂气体相互物理隔开。
例如，氧电极25由对电子和离子均具有高导电性的钴酸镧基钙钛矿型复合氧化物等形成。固体电解质24由例如含有具有高离子导电性的Y2O3的ZrO2（YSZ）制成。燃料电极23由例如具有高电子导电性的Ni和含有Y2O3的ZrO2（YSZ）的混合物制成。互连件27由例如LaCrO3制成，LaCrO3具有高电子导电性，并且在LaCrO3中，碱土氧化物以固态溶解。这些材料期望地具有相近的热膨胀系数。
图3是用于说明燃料电池堆系统70的燃料电池堆75的透视图。在燃料电池堆75中，多个燃料电池单电池74经由集电构件上下堆叠。每个燃料电池单电池74均堆叠成使得燃料电极23面向氧电极25。需要注意的是，在图3中，窄箭头指示燃料气体的流动，而宽箭头指示氧化剂气体的流动。
图4A是示出了燃料电池堆系统70的整体构造的透视图。图4B是示出了图4A中示出的燃料电池堆系统70的分离出的氧化剂气体引入构件76的透视图。如图4A所示，在燃料电池堆系统70中，一对燃料电池堆75a和75b（多个燃料电池单电池74）布置在集管77上，使得各堆叠方向基本相互平行。燃料电池堆75a和75b中的每一个均具有多个堆叠的固体氧化物燃料电池单电池74。
图4A中示出的集管77具有孔，所述孔与各个燃料电池单电池74的燃料气体通路22流体连通。通过这样做，流过集管77的燃料气体流入到燃料气体通路22中。重整装置50布置在燃料电池堆75a和75b的与集管77相对的侧部上。例如，重整装置50沿着燃料电池堆中的一个的堆叠方向延伸，在一个端部处折回，然后沿着燃料电池堆中的另一个的堆叠方向延伸。在本实施例中，燃料电池堆75a布置成毗邻重整装置50的重整水入口侧，而燃料电池堆75b布置成毗邻重整装置50的燃料气体出口侧。
另外，如图4B所示，氧化剂气体引入构件76布置在燃料电池堆75a和燃料电池堆75b之间。氧化剂气体引入构件76具有允许氧化剂气体流动的空间。孔78形成在氧化剂气体引入构件76的毗邻集管77的端部部分处。通过这样做，氧化剂气体在燃料电池单电池74外部流动。燃料气体流过燃料电池单电池74的燃料气体通路22，并且氧化剂气体在燃料电池单电池74外部流动，由此在燃料电池单电池74中产生电力。
已经在燃料电池单电池74中进行发电的燃料气体（燃料废气）和已经用于发电的氧化剂气体（氧化剂废气）在各个燃料电池单电池74的与集管77相对的端部部分处汇合。燃料废气含有诸如未燃烧的氢气的易燃物，所以使用氧化剂废气中含有的氧气燃烧燃料废气。在这个实施例中，燃烧室60是燃料废气在燃料电池单电池74（燃料电池堆75a和75b）的上端部和重整装置50之间燃烧所在的空间。
重整装置50的上游侧起到蒸发部分51的作用，而重整装置50的下游侧起到重整部分52的作用。如图4C所示，随着原燃料（例如碳氢化合物）和重整水被供应到重整装置50，重整水在蒸发部分51中蒸发，以产生水蒸汽，然后，所产生的水蒸汽与诸如碳氢化合物的原燃料混合。在重整部分52中，水蒸汽和诸如碳氢化合物的原燃料通过催化剂进行水蒸汽重整反应，以产生燃料气体。
此后，将参照图1描述在燃料电池系统100发电期间的操作的概要。根据控制单元10发出的命令，原燃料供应部分20向重整装置50供应所需数量的原燃料。根据控制单元10发出的命令，重整水泵32向重整装置50供应所需数量的重整水。重整水利用燃烧室60中的燃烧热在蒸发部分51中蒸发，从而变成水蒸汽。在重整部分52中，发生水蒸汽重整反应，所述水蒸汽重整反应利用燃烧室60中的燃烧热量。通过这样做，在重整部分52中产生包含氢气的燃料气体。在重整部分52中产生的燃料气体被供应到阳极72。
根据控制单元10发出的命令，氧化剂气体供应部分40向阴极71供应所需数量的氧化剂气体。通过这样做，在燃料电池堆系统70中产生电力。从阴极71排出的氧化剂废气和从阳极72排出的燃料废气流入到燃烧室60中。在燃烧室60中，使用包含在氧化剂废气中的氧气燃烧燃料废气。通过燃烧所获得的热量被传递到重整装置50和燃料电池堆系统70（燃料电池堆75a和75b）。这样，在燃料电池系统100中，可以在燃烧室60中燃烧包含在燃料废气中的诸如氢气的易燃成分和二氧化碳。换热器90在从燃烧室60排出的废物气体和在换热器90中流动的自来水之间交换热量。通过热交换由废物气体获得的冷凝水贮存在重整水箱31中。
电压传感器81检测由燃料电池堆系统70的一个或多个连续的燃料电池单电池74的一个组（第一燃料电池单电池组）产生的电压，并检测由燃料电池堆系统70的一个或多个连续的燃料电池单电池74的另一个组（第二燃料电池单电池组）产生的电压，然后将检测结果发送到控制单元10。电流传感器82检测由燃料电池堆系统70产生的电流，然后将检测结果发送到控制单元10。
控制单元10根据传感器的检测结果确定燃料电池堆系统70是否已经劣化，然后根据确定结果，所述控制单元10改变燃料电池堆系统70的操作条件。因此，控制单元10起到操作条件改变单元的作用。下文中，将描述关于燃料电池堆系统70是否已经劣化的确定。需要注意的是，燃料电池堆系统70已经劣化的状况指的是，例如随着时间的过去构成燃料电池单电池74的构件恶化。
当燃料电池堆75的性能良好时，发电性能因子（诸如燃料电池堆75的温度、每个燃料电池单电池74中的氧分压以及每个燃料电池单电池74中的氢分压）的变化被吸收，以实现预期的发电性能。然而，随着燃料电池堆75劣化的发展，当发电性能因子发生变化时，可能无法实现预期的发电性能。可以利用上述现象确定燃料电池堆75是否已经劣化。
首先，将集中于作为发电性能因子的示例的温度来描述燃料电池堆75的劣化。图5A是示出了燃料电池堆系统70的整体构造的透视图。图5B是从重整装置50的侧部观察的A行燃料电池堆75a（第一燃料电池单电池组）和B行燃料电池堆75b（第二燃料电池单电池组）的布置方案的视图。燃料电池堆75a的重整水入口侧的端部起到负电极的作用。燃料电池堆75a的另一端部的侧部连接到燃料电池堆75b。燃料电池堆75b的燃料气体出口侧的端部起到正电极的作用。
图5C是示出了各个燃料电池堆75a和75b的温度的曲线图。需要注意的是，图5C的横坐标轴代表燃料电池堆75a和75b中的每一个的电池堆叠方向。在图5C中，横坐标轴的左侧代表蒸发部分51的重整水入口侧，而横坐标轴的右侧代表重整水所流向的侧部。重整水在蒸发部分51中蒸发，所以蒸发部分51的温度低于重整部分52的温度。因此。燃料电池堆75a的温度低于燃料电池堆75b的温度。需要注意的是，也可以的是，使用分别测量燃料电池堆75a的温度和燃料电池堆75b的温度的温度计来测量燃料电池堆75a的温度和燃料电池堆75b的温度。
另一方面，作为燃料电池堆的发电性能的直接函数的电解质的导电系数与燃料电池堆的温度紧密相关。图6是示出了燃料电池堆温度和电解质温度之间的相关性的视图。图6中的实线示出了正常燃料电池堆的温度和电解质的导电系数之间的相关性。如图6中的实线所示，随着燃料电池堆的温度下降，电解质的导电系数减小。因此，燃料电池堆的发电性能下降。另一方面，随着燃料电池堆的温度升高，电解质的导电系数增大。因此，燃料电池堆的发电性能上升。在正常燃料电池堆中，保持电解质的高导电系数，所以也可以在相对低的温度的条件下获得额定发电功率。在图6的示例中，在600℃的相对低的温度条件下获得额定发电功率。
然而，随着燃料电池堆的发电时间的增加，由于电解质的反应部位的蚀变、阻塞等，燃料电池堆可能会劣化。在这种情况中，例如，如图6中的虚线所示，用于获得额定发电功率的温度升高。在图6中的虚线所示的示例中，在700℃之前无法获得额定发电功率。随着燃料电池堆的劣化发展，获得额定发电功率的温度进一步升高。
图7A是示出了燃料电池堆75a和75b中的每一个所产生的电流和燃料电池堆75a和75b中的每一个所产生的电压之间的相关性以及燃料电池堆75a和75b中的每一个所产生的电流和燃料电池堆75a和75b中的每一个所产生的电功率之间的相关性的曲线图。图7B是图7A的局部放大的曲线图。在图7A中，窄实线示出了初始A行堆（燃料电池堆75a）的相关性，宽实线示出了初始B行堆（燃料电池堆75b）的相关性，窄虚线示出了劣化的A行堆（燃料电池堆75a）的相关性，宽虚线示出了劣化的B行堆（燃料电池堆75b）的相关性。
如图7A所示，在初始燃料电池堆75a和燃料电池堆75b中，相对于同样的产生的电流，在燃料电池堆75a和燃料电池堆75b之间，产生的电压和产生的电功率没有显著的变化。然而，随着劣化的发展，相对于同样的产生的电流，在燃料电池堆75a和燃料电池堆75b之间产生的电压的差增大，并且产生的电功率的差增大。另外，如图7B所示，随着劣化的发展，当输出相同的发电功率时，产生的电压的差较大。
图8A是示出了随着时间的过去，初始燃料电池堆75a和75b产生的电功率的曲线图。图8B是示出了随着时间的过去，由劣化的燃料电池堆75a和75b产生的电功率的曲线图。在图8A和图8B中，横坐标轴使用相同的时间比例。另外，如图8A和图8B所示，在初始燃料电池堆75a和75b中以及在劣化的燃料电池堆75a和75b中，燃料电池堆75a和75b产生的总电功率保持基本恒定。
如图8A所示，在初始燃料电池堆75a和75b之间，产生的电压几乎不存在差别。与此相反，如图8B所示，在劣化的燃料电池堆75a和75b中，产生的电压存在较大差别。
这样，在燃料电池系统的操作中，温度较低的燃料电池单电池组（第一燃料电池单电池组）所产生的电压偏离温度较高的燃料电池单电池组（第二燃料电池单电池组）所产生的电压。当偏差率大于预定值时，可以确定产生的电压较低的燃料电池堆已经劣化。需要注意的是，偏差率（%）可以限定为：
{（第二燃料电池单电池组产生的电压）-（第一燃料电池单电池组产生的电压）}/（第二燃料电池单电池组产生的电压（或第一燃料电池单电池组产生的电压））×100（%）
另外，替代产生的电压，可以使用产生的电流的偏差率或产生的电功率的偏差率（下文中，产生的电压、产生的电流和产生的电功率统称为产生的输出电力）。例如，当保持相同的产生的电流时，第一燃料电池单电池组产生的电功率偏离第二燃料电池单电池组产生的电功率。当偏差率大于预定值时，可以确定产生的电功率较低的燃料电池堆（燃料电池单电池组）已经劣化。需要注意的是，偏差率（%）可以限定为：
{（第二燃料电池单电池组产生的电功率）-（第一燃料电池单电池组产生的电功率）}/（第二燃料电池单电池组产生的电功率（或第一燃料电池单电池组产生的电功率））×100（%）
另外，当保持相同的产生的电压时，第一燃料电池单电池组产生的电流偏离第二燃料电池单电池组产生的电流。当偏差率大于预定值时，可以确定产生的电流较低的燃料电池堆（燃料电池单电池组）已经劣化。需要注意的是，偏差率（%）可以限定为：
{（第二燃料电池单电池组产生的电流）-（第一燃料电池单电池组产生的电流）}/（第二燃料电池单电池组产生的电流（或第一燃料电池单电池组产生的电流））×100（%）
需要注意的是，由于劣化而发生的偏差率在低负荷的条件下趋于较小，而在高负荷的条件下趋于较大。因此，当产生的输出电力较大时，期望的是增大在使用偏差率确定劣化时所使用的阈值。
图9是示出了确定燃料电池堆是否已经劣化时执行的流程图的视图。图9中示出的流程图集中于产生的电压的偏差率。首先，中央处理器12从电压传感器81获取燃料电池堆75a产生的电压VA和燃料电池堆75b产生的电压VB（步骤S1）。
此后，中央处理器12确定偏差率（%）（=（VB-VA）/VB ×100（%））是否高于或等于阈值（步骤S2）。当在步骤S2中做出肯定的确定时，中央处理器12改变燃料电池堆系统70的操作条件（步骤S3）。在此之后，中央处理器12结束流程图。另外，当在步骤S2中做出否定的确定时，中央处理器12也结束流程图。需要注意的是，在图9示出的流程图中，可以使用另一种类型的产生的输出电力来替代产生的电压。
根据图9示出的流程图，能够响应燃料电池堆75的劣化设定适当的操作条件。例如，在步骤S3中，提高燃烧室60中的燃烧能力，以使得能够升高燃料电池堆75a的温度。在这种情况中，能够提高燃料电池堆75a产生的电压。需要注意的是，为了提高燃烧室60中的燃烧能力，例如，增加供应到重整装置50中的原燃料的供应量，以便降低原燃料的使用效率。这是因为燃烧室60中的易燃成分的数量增加。
另外，随着燃料电池堆75劣化，燃料电池堆系统70产生的最大电功率可能会降低。因而，通过降低燃料电池堆系统70的额定输出功率，能够避免燃料电池堆系统70上的过度负荷。
需要注意的是，在以上示例中，通过整个燃料电池堆75a产生的电压和整个燃料电池堆75b产生的电压之间的差检测偏差率；然而，检测偏差率并不局限于这种构造。例如，可以通过构成燃料电池堆75a的每个燃料电池单电池产生的电压和构成燃料电池堆75b的每个燃料电池单电池产生的电压之间的差检测偏差率。这也适用于检测产生的电流的偏差率或产生的电功率的偏差率的情况。
另外，在以上示例中，燃料电池堆75被分成两个，即，温度较低的燃料电池堆75a和温度较高的燃料电池堆75b；然而，本发明的上述方面并不局限于这种构造。也适当的是，一个或多个温度较低的燃料电池单电池74构成的组被设定为第一燃料电池单电池组，一个或多个温度较高的燃料电池单电池74构成的组被设定为第二燃料电池单电池组，并且通过第一燃料电池单电池组的产生的输出电力和第二燃料电池单电池组的产生的输出电力之间的差检测偏差率。
在此，如图5C所示，燃料电池堆75a的温度在蒸发部分51的重整水入口附近最低，并且沿着重整水流动的方向逐渐升高。这是因为重整水的蒸发量在蒸发部分51的重整水入口附近最大。所以，同样适用的是，如图10A所示，由位于蒸发部分51的重整水入口附近的燃料电池单电池74构成的燃料电池单电池组被设定为温度较低的第一燃料电池单电池组，并且由位于其它区域中的燃料电池单电池74构成的燃料电池单电池组被设定为温度较高的第二燃料电池单电池组。
另外，同样适用的是，如图10B所示，由位于蒸发部分51中的燃料电池单电池74构成的燃料电池单电池组被设定为温度较低的第一燃料电池单电池组，并且由位于重整部分52的任何其它区域中的燃料电池单电池74构成的燃料电池单电池组被设定为温度较高的第二燃料电池单电池组。另外，同样适用的是，如图10C所示，由位于蒸发部分51的整个区域中的燃料电池单电池74构成的燃料电池单电池组被设定为温度较低的第一燃料电池单电池组，而由位于重整部分52的整个区域中的燃料电池单电池74构成的燃料电池单电池组被设定为温度较高的第二燃料电池单电池组。
另外，在限定被检测电压的第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组时，可以考虑每个燃料电池单电池74的氢分压。具体地，可以将第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组确定为减小温度较低的第一燃料电池单电池组和温度较高的第二燃料电池单电池组之间的氢分压的差。在这种情况下，第一燃料电池单电池组的发电条件接近于第二燃料电池单电池组的发电条件，所以提高了使用产生的输出电力的偏差率确定劣化的准确性。
图11A是示出了燃料电池堆75a和75b中的每一个中的燃料气体的温度和流量之间的相关性的计算结果的曲线图。在图11A中，横坐标轴代表沿着堆叠方向的燃料电池单电池74，左侧纵轴代表燃料气体的流量，而右侧纵轴代表燃料电池单电池74的温度。横坐标轴的左侧指代蒸发部分51的重整水入口侧，而横坐标轴的右侧指代重整水流向的侧。在图11A中，“黑色圆”指代燃料电池堆75a的每个燃料电池单电池74的温度。“白色三角”指代燃料电池堆75b的每个燃料电池单电池74的温度。“白色圆”指代燃料电池堆75a的每个燃料电池单电池74中的燃料气体的流量。“黑色三角”指代燃料电池堆75b的每个燃料电池单电池74中的燃料气体的流量。
如图11A所示，在燃料电池堆75a和燃料电池堆75b中的每一个中，沿着堆叠方向的两个端部部分处的温度低于沿着堆叠方向中心部分处的温度。这是因为热量从两个端部部分辐射。需要注意的是，在毗邻蒸发部分51的重整水入口的燃料电池单电池74中，温度显著较低。另一方面，在燃料电池堆75a和75b中的每一个中，沿着堆叠方向的两个端部部分处的燃料气体流量高于沿着堆叠方向的中心部分处的燃料气体的流量。
因而，同样适用的是，如图11B所示，毗邻燃料电池堆75a的蒸发部分51的一个或多个燃料电池单电池74构成的组被设定为第一燃料电池单电池组，而与燃料电池堆75b中的燃料气体出口相对的一个或多个燃料电池单电池74构成的组被设定为第二燃料电池单电池组。在这种情况下，第一燃料电池单电池组的温度低于第二燃料电池单电池组的温度，第二燃料电池单电池组的温度高于第一燃料电池单电池组的温度。同时，第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组之间的氢分压的差减小。因此，第一燃料电池单电池组的发电条件接近于第二燃料电池单电池组的发电条件，所以提高了使用产生的输出电力的偏差率确定劣化的准确性。
另外，可以不根据温度是高还是低，而是根据氧分压的差确定产生的输出电力被检测的第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组。图12A是示出了当在燃料电池堆75a和75b中的每一个中实施额定发电和最小发电时氧化剂气体的流量的计算结果的曲线图。在图12A中，横坐标轴代表沿着堆叠方向的燃料电池单电池74，而纵轴代表供应到每个燃料电池单电池74的氧化剂气体的流量。需要注意的是，最小发电的意思是，燃料电池堆系统70能够保持预定的发电效率的最小发电。
根据氧化剂气体引入构件76的构造等，氧化剂气体的分配发生变化。在图12A的示例中，氧化剂气体的流量在燃料电池堆75a和75b中的每一个中的毗邻蒸发部分51的侧部处较低，而在燃料电池堆75a和75b中的每一个中的相对的侧部处较高。因而，同样适用的是，如图12B所示，毗邻燃料电池堆75a和75b中的每一个的蒸发部分51的一个或多个燃料电池单电池74构成的组被设定为第一燃料电池单电池组，而与燃料电池堆75a和75b中的每一个的蒸发部分51相对的一个或多个燃料电池单电池74构成的组被设定为第二燃料电池单电池组。这样，第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组中的每一个都不必是连续的。
需要注意的是，为了避免蒸发部分51中的蒸发的潜热的影响，如图12C所示，同样适用的是，毗邻燃料电池堆75b的蒸发部分51的一个或多个燃料电池单电池74构成的组被设定为第一燃料电池单电池组，而与燃料电池堆75b中的蒸发部分51相对的一个或多个燃料电池单电池74构成的组被设定为第二燃料电池单电池组。
另外，可以不根据温度是高还是低或者氧分压的差，而是根据氢分压的差（燃料气体的流量的差）确定产生的输出电力被检测的第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组。例如，适用的是，氢分压较高的燃料电池单电池组被设定为第一燃料电池单电池组，而氢分压低于第一燃料电池单电池组的氢分压的燃料电池单电池组被设定为第二燃料电池单电池组。
需要注意的是，根据发电性能因子分组成第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组并不局限于上述构造；然而，就提取堆电压的难度而言，期望的是将A行燃料电池堆75a设定为第一燃料电池单电池组，而将B行燃料电池堆75b设定为第二燃料电池单电池组。在这种情况下，第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组被分组成不同的行，因此易于提取电压。
根据本实施例，可以根据依据发电性能因子分组的第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组之间的产生的输出电力的偏差率，确定燃料电池堆75是否已经劣化。另外，通过根据偏差率改变燃料电池堆系统70的操作条件，能够响应燃料电池堆75的劣化设定适当的操作条件。
接下来，将描述本发明的第二实施例。可以确定燃料电池堆75是否已经劣化，而不改变燃料电池堆系统70的操作条件。例如，当在定期检验期间实施劣化确定时，在检验之后可以更换燃料电池堆75。在这种情况下，在劣化确定之后，燃料电池堆系统70不必进行发电。因此，仅仅需要能够确定是否需要更换燃料电池堆75。因而，在第二实施例中，将描述确定燃料电池堆75是否已经劣化而不改变操作条件的示例。
图13是示出了根据第二实施例的燃料电池系统101的整体构造的方块图。燃料电池系统101与图1示出的燃料电池系统100的不同之处在于，还设置了通知装置80。例如，当确定燃料电池堆75已经劣化时，通知装置80例如显示指示或发出警告声音等，以促使用户等实施检验等。通过这样做，可以及早对燃料电池堆75进行更换等。
图14是示出了在确定燃料电池堆75是否已经劣化时执行的流程图的视图。首先，中央处理器12从电压传感器81获取燃料电池堆75a产生的电压VA和燃料电池堆75b产生的电压VB（步骤S11）。
此后，中央处理器12确定偏差率（%）（=（VB-VA）/VB×100（%））是否高于或等于阈值（步骤S12）。当在步骤S12中做出肯定确定时，中央处理器12致使通知装置80向用户提供诸如更换部件的通知（步骤S13）。在此之后，中央处理器12结束流程图。另外，当在步骤S12中做出否定确定时，中央处理器12也结束流程图。根据图13示出的流程图，能够响应燃料电池堆75的劣化向用户提供适当的信息。需要注意的是，在图14示出的流程图中，可以使用另一种类型的产生的输出电力来替代产生的电压。
需要注意的是，上述实施例可以应用于任何类型的燃料电池，例如固体聚合物燃料电池、固体氧化物燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池。然而，在使用高温反应气体的诸如固体氧化物燃料电池的燃料电池中，发电性能趋于根据温差改变。因此，对于固体氧化物燃料电池，上述实施例尤为有效。另外，根据第二实施例的通知装置80可以包括在第一实施例中。在这种情况下，响应于劣化确定，在提示更换燃料电池堆75的同时，能够改变操作条件。

Claims (24)

1.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
燃料电池堆，所述燃料电池堆由多个串联的燃料电池单电池形成，所述燃料电池单电池使用燃料气体和氧化剂气体来产生电力；
检测单元，所述检测单元检测由第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组中的每一个产生的输出电力，所述第一燃料电池单电池组和所述第二燃料电池单电池组根据发电性能因子进行分组；以及
操作条件改变单元，所述操作条件改变单元根据由所述检测单元检测到的所述第一燃料电池单电池组产生的输出电力和由所述检测单元检测到的所述第二燃料电池单电池组产生的输出电力之间的偏差率，改变所述燃料电池单电池的操作条件。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，当所述偏差率高于或等于预定值时，所述操作条件改变单元改变所述燃料电池单电池的操作条件。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述预定值随着所述燃料电池堆产生的输出电力的增大而增大。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池单电池的温度用作所述发电性能因子，并且与所述第二燃料电池单电池组相比，所述第一燃料电池单电池组的温度较低。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的燃料电池系统，其中，供应到所述燃料电池单电池的氧化剂气体的流量用作所述发电性能因子，并且与所述第二燃料电池单电池组相比，所述第一燃料电池单电池组的氧化剂气体的流量较低。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的燃料电池系统，其中，所述产生的输出电力是产生的电功率、产生的电流和产生的电压中的至少任意一个。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的燃料电池系统，其中，当所述偏差率高于或等于预定值时，所述操作条件改变单元降低所述燃料电池单电池的额定输出功率。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统还包括燃烧室，所述燃烧室燃烧从所述燃料电池堆排放的燃料废气，以加热所述燃料电池堆，其中
当所述偏差率高于或等于预定值时，所述操作条件改变单元增加供应到所述燃料电池单电池的燃料气体的供应量。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统还包括重整装置，所述重整装置通过致使重整水和原燃料之间发生水蒸汽重整反应而产生燃料气体，其中
所述燃料电池堆沿着所述重整装置布置，所述第一燃料电池单电池组布置成毗邻所述重整装置的重整水入口，而所述第二燃料电池单电池组相对于所述第一燃料电池单电池组布置成毗邻所述重整装置的燃料气体出口。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中，所述第一燃料电池单电池组和所述第二燃料电池单电池组布置成相互平行，
所述重整装置沿着所述第一燃料电池单电池组的堆叠方向延伸，折回并且沿着所述第二燃料电池单电池组的堆叠方向延伸。
11.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
燃料电池堆，所述燃料电池堆由多个串联的燃料电池单电池形成，所述燃料电池单电池使用燃料气体和氧化剂气体产生电力；
检测单元，所述检测单元检测由第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组中的每一个产生的输出电力，所述第一燃料电池单电池组和所述第二燃料电池单电池组根据发电性能因子进行分组；以及
劣化确定单元，所述劣化确定单元根据由所述检测单元检测到的所述第一燃料电池单电池组产生的输出电力和由所述检测单元检测到的所述第二燃料电池单电池组产生的输出电力之间的偏差率，确定所述燃料电池堆是否已经劣化。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统还包括：
通知单元，当所述劣化确定单元确定所述燃料电池堆已经劣化时，所述通知单元通知用户关于劣化的信息。
13.一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括由多个串联的燃料电池单电池形成的燃料电池堆，所述燃料电池单电池使用燃料气体和氧化剂气体产生电力，所述控制方法包括：
检测第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组中的每一个产生的输出电力，所述第一燃料电池单电池组和所述第二燃料电池单电池组根据发电性能因子进行分组；
根据检测到的所述第一燃料电池单电池组产生的输出电力和检测到的所述第二燃料电池单电池组产生的输出电力之间的偏差率，改变所述燃料电池单电池的操作条件。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其中，当所述偏差率高于或等于预定值时，改变所述燃料电池单电池的操作条件。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其中，所述预定值随着所述燃料电池堆产生的输出电力的增大而增大。
16.根据权利要求13至15中任意一项所述的控制方法，其中，与所述第二燃料电池单电池组相比，所述燃料电池单电池的温度较低。
17.根据权利要求13至15中任意一项所述的控制方法，其中，供应到所述燃料电池单电池的氧化剂气体的流量用作发电性能因子，并且与所述第二燃料电池单电池组相比，所述第一燃料电池单电池组的氧化剂气体的流量较低。
18.根据权利要求13至17中任意一项所述的控制方法，其中，所述产生的输出电力是产生的电功率、产生的电流和产生的电压中的至少任意一个。
19.根据权利要求13至18中任意一项所述的控制方法，其中，当所述偏差率高于或等于预定值时，降低所述燃料电池单电池的额定输出功率。
20.根据权利要求13至18中任意一项所述的控制方法，其中，燃烧从所述燃料电池堆排放的燃料废气来加热所述燃料电池堆，并且当所述偏差率高于或等于预定值时，增加供应到所述燃料电池单电池的燃料气体的供应量。
21.根据权利要求13至20中任意一项所述的控制方法，其中，
所述燃料电池系统包括重整装置，所述重整装置通过致使重整水和原燃料之间发生水蒸汽重整反应来产生所述燃料气体，并且
所述燃料电池堆沿着所述重整装置布置，所述第一燃料电池单电池组布置成毗邻所述重整装置的重整水入口，而所述第二燃料电池单电池组相对于所述第一燃料电池单电池组布置成毗邻所述重整装置的燃料气体出口。
22.根据权利要求21所述的控制方法，其中
所述第一燃料电池单电池组和所述第二燃料电池单电池组布置成相互平行，并且
所述重整装置沿着所述第一燃料电池单电池组的堆叠方向延伸，折回并且沿着所述第二燃料电池单电池组的堆叠方向延伸。
23.一种燃料电池堆的劣化确定方法，所述燃料电池堆由多个串联的燃料电池单电池形成，所述燃料电池单电池使用燃料气体和氧化剂气体来产生电力，所述劣化确定方法包括：
检测由第一燃料电池单电池组和第二燃料电池单电池组中的每一个产生的输出电力，所述第一燃料电池单电池组和所述第二燃料电池单电池组根据发电性能因子进行分组；以及
根据检测到的所述第一燃料电池单电池组产生的输出电力和检测到的所述第二燃料电池单电池组产生的输出电力之间的偏差率，确定所述燃料电池堆是否已经劣化。
24.根据权利要求23所述的劣化确定方法，所述劣化确定方法还包括：
当确定所述燃料电池堆已经劣化时，通知用户关于劣化的信息。
CN2011800261133A 2010-05-27 2011-05-27 燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法以及燃料电池堆的劣化确定方法 Pending CN102959782A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-122113 2010-05-27
JP2010122113A JP2011249171A (ja) 2010-05-27 2010-05-27 燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法、および、燃料電池スタックの劣化判定方法
PCT/IB2011/001549 WO2011148268A2 (en) 2010-05-27 2011-05-27 Fuel cell system, control method for fuel cell system, and degradation determining method for fuel cell stack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102959782A true CN102959782A (zh) 2013-03-06

Family

ID=44512995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011800261133A Pending CN102959782A (zh) 2010-05-27 2011-05-27 燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法以及燃料电池堆的劣化确定方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20130084510A1 (zh)
EP (1) EP2577785A2 (zh)
JP (1) JP2011249171A (zh)
CN (1) CN102959782A (zh)
WO (1) WO2011148268A2 (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104282925A (zh) * 2013-07-11 2015-01-14 铃木株式会社 车辆用燃料电池的劣化检测装置
CN104282925B (zh) * 2013-07-11 2016-11-30 铃木株式会社 车辆用燃料电池的劣化检测装置
CN106299417A (zh) * 2015-06-26 2017-01-04 现代自动车株式会社 用于控制燃料电池系统的运行的设备和方法
CN107031426A (zh) * 2015-11-24 2017-08-11 现代自动车株式会社 用于控制电池输出的方法
CN107112568A (zh) * 2014-12-19 2017-08-29 燃料电池能有限公司 高效熔融碳酸盐燃料电池系统和方法
CN110190305A (zh) * 2018-02-23 2019-08-30 通用电气公司 燃料电池堆的退化检测装置、燃料电池系统和其管理方法
CN110945695A (zh) * 2017-07-28 2020-03-31 京瓷株式会社 燃料电池系统、设备管理方法、管理装置和设备管理系统
CN115149052A (zh) * 2021-03-30 2022-10-04 本田技研工业株式会社 燃料电池堆劣化确定方法和具备燃料电池堆的燃料电池车

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5791070B2 (ja) * 2011-03-25 2015-10-07 大阪瓦斯株式会社 固体酸化物形燃料電池システム
GB2496635A (en) 2011-11-17 2013-05-22 Intelligent Energy Ltd Fan mounting in fuel cell stack assemblies
GB2497787B (en) * 2011-12-21 2019-06-26 Intelligent Energy Ltd Hydrogen quality monitor
JP5316826B2 (ja) * 2012-03-27 2013-10-16 Ｔｏｔｏ株式会社 固体酸化物型燃料電池
CN106299401B (zh) 2015-05-20 2019-07-16 通用电气公司 燃料电池系统及其控制方法
JP2018137094A (ja) * 2017-02-21 2018-08-30 京セラ株式会社 燃料電池装置
JP7087827B2 (ja) 2018-08-24 2022-06-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7081391B2 (ja) * 2018-08-24 2022-06-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN115051001A (zh) * 2022-06-27 2022-09-13 东风汽车集团股份有限公司 一种燃料电池在台架测试中的电压保护方法和装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101496210A (zh) * 2006-12-12 2009-07-29 丰田自动车株式会社 燃料电池系统、其控制方法及移动体
JP2009193817A (ja) * 2008-02-14 2009-08-27 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2010027580A (ja) * 2008-07-24 2010-02-04 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池システム
JP2010080260A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Kyocera Corp 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2010092726A (ja) * 2008-10-08 2010-04-22 Ngk Spark Plug Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
WO2010049788A1 (en) * 2008-10-28 2010-05-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and fuel cell state detection method

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4424491A (en) * 1981-05-20 1984-01-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Automatic voltage imbalance detector
JPS62271357A (ja) 1986-05-19 1987-11-25 Nippon Kokan Kk <Nkk> レドツクス・フロ−電池のセル破損検出装置
CA2018639A1 (en) * 1990-06-08 1991-12-08 James D. Blair Method and apparatus for comparing fuel cell voltage
ATE199797T1 (de) * 1997-11-20 2001-03-15 Siemens Ag Verfahren und vorrichtung zum überwachen einer ausgewählten gruppe von brennstoffzellen eines hochtemperatur-brennstoff-zellenstapels
JP2007005126A (ja) * 2005-06-23 2007-01-11 Nissan Motor Co Ltd 固体高分子型燃料電池スタック、および、これを用いた固体高分子型燃料電池
JP5099991B2 (ja) * 2005-09-21 2012-12-19 三菱マテリアル株式会社 燃料電池発電装置及び制御プログラム並びに制御方法
JP2007317510A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Equos Research Co Ltd 燃料電池システム
JP2008027743A (ja) * 2006-07-21 2008-02-07 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP5013311B2 (ja) * 2006-11-22 2012-08-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5326423B2 (ja) * 2008-08-20 2013-10-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および、燃料電池の状態検知方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101496210A (zh) * 2006-12-12 2009-07-29 丰田自动车株式会社 燃料电池系统、其控制方法及移动体
JP2009193817A (ja) * 2008-02-14 2009-08-27 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2010027580A (ja) * 2008-07-24 2010-02-04 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池システム
JP2010080260A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Kyocera Corp 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2010092726A (ja) * 2008-10-08 2010-04-22 Ngk Spark Plug Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
WO2010049788A1 (en) * 2008-10-28 2010-05-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and fuel cell state detection method

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104282925B (zh) * 2013-07-11 2016-11-30 铃木株式会社 车辆用燃料电池的劣化检测装置
CN104282925A (zh) * 2013-07-11 2015-01-14 铃木株式会社 车辆用燃料电池的劣化检测装置
CN107112568A (zh) * 2014-12-19 2017-08-29 燃料电池能有限公司 高效熔融碳酸盐燃料电池系统和方法
CN107112568B (zh) * 2014-12-19 2021-03-16 燃料电池能有限公司 高效熔融碳酸盐燃料电池系统和方法
CN106299417B (zh) * 2015-06-26 2020-12-22 现代自动车株式会社 用于控制燃料电池系统的运行的设备和方法
CN106299417A (zh) * 2015-06-26 2017-01-04 现代自动车株式会社 用于控制燃料电池系统的运行的设备和方法
CN107031426A (zh) * 2015-11-24 2017-08-11 现代自动车株式会社 用于控制电池输出的方法
CN110945695A (zh) * 2017-07-28 2020-03-31 京瓷株式会社 燃料电池系统、设备管理方法、管理装置和设备管理系统
CN110190305A (zh) * 2018-02-23 2019-08-30 通用电气公司 燃料电池堆的退化检测装置、燃料电池系统和其管理方法
CN110190305B (zh) * 2018-02-23 2021-11-16 通用电气公司 燃料电池堆的退化检测装置、燃料电池系统和其管理方法
CN115149052A (zh) * 2021-03-30 2022-10-04 本田技研工业株式会社 燃料电池堆劣化确定方法和具备燃料电池堆的燃料电池车
US11811115B2 (en) 2021-03-30 2023-11-07 Honda Motor Co., Ltd. Method of determining degradation of fuel cell stack, and fuel cell vehicle equipped with the fuel cell stack
CN115149052B (zh) * 2021-03-30 2024-02-20 本田技研工业株式会社 燃料电池堆劣化确定方法和具备燃料电池堆的燃料电池车

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011148268A2 (en) 2011-12-01
WO2011148268A3 (en) 2012-01-12
JP2011249171A (ja) 2011-12-08
US20130084510A1 (en) 2013-04-04
EP2577785A2 (en) 2013-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102959782A (zh) 燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法以及燃料电池堆的劣化确定方法
US20050214607A1 (en) Polymer electrolyte fuel cell power generation system and stationary co-generation system using the same
US20120315560A1 (en) Fuel cell system, fuel cell control method, and fuel cell determination method
CN102171879A (zh) 燃料电池系统和燃料电池状态检测方法
US9761895B2 (en) Cell stack device, fuel cell module, fuel cell device, and method of fabricating cell stack device
US20120270124A1 (en) Fuel cell system and operating method for fuel cell system
Kupecki et al. Analysis of a micro-CHP unit with in-series SOFC stacks fed by biogas
Buasri et al. An electrical circuit model for a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC)
KR101335879B1 (ko) 연료 전지 시스템, 연료 전지 시스템의 제어 방법, 및 연료 전지의 상태 검출 방법
JP5002025B2 (ja) 燃料改質システムおよび燃料改質システムの制御方法
JP2009110666A (ja) 燃料電池システム及びその制御方法
US20100304253A1 (en) Method of controlling a fuel cell system utilizing a fuel cell sensor
JP5659975B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
Barelli et al. Electrical performance analysis of an innovative vanadium redox flow battery stack for enhanced power density applications
Dincer et al. Introduction to stationary fuel cells
JP2012074229A (ja) 燃料電池システム、燃料電池セルの劣化判定方法、および、燃料電池システムの制御方法
Tirnovan et al. Polymer electrolyte fuel cell system (PEFC) performance analysis
JP5164630B2 (ja) セルスタックおよび燃料電池モジュール
US11329303B2 (en) Fuel cell system and method for operating the same
Alhadethi et al. The Effect of Operating Temperature and inlet gases relative humidity on Proton Exchange Membrane Fuel Cell Performance-CFD study
Chen et al. Modeling and analysis of hydrogen-oxygen fuel cell
JP2001185182A (ja) 燃料電池発電装置およびその運転方法
JP5299207B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
Mohammed et al. Parameters Affecting the Thermodynamic Efficiency of PEM Single Cell and Stack of Cells (Two Cells)
US20100304254A1 (en) Method for controlling a fuel cell utilizing a fuel cell sensor

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130306