CN112687918A - 固体氧化物燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池系统及其控制方法。该控制方法包括以下步骤：获取固体氧化物燃料电池的温度；根据固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值，控制吹扫介质通入固体氧化物燃料电池的阳极；获取吹扫介质的流量累积量；根据吹扫介质的流量累积量不小于预设累积阈值后，控制燃气通入固体氧化物燃料电池根据本发明的固体氧化物燃料电池的控制方法，当固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值时，向固体氧化物燃料电池的阳极通入吹扫介质，当吹扫介质通入阳极的流量累积量不小于预设累积阈值时，向固体氧化物燃料电池内部通入燃气，从而有效防止杂质与燃气在阳极共同反应，防止产生有毒气体。

Description

固体氧化物燃料电池系统及其控制方法

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。固体氧化物燃料电池的燃料通常为气体燃料，将气体燃料通入固体氧化物燃料电池的阳极使其在阳极内发生反应。

固体氧化物燃料电池在低温下，燃气与阳极发生反应，容易产生有毒气体。固体氧化物燃料电池的阳极内部可能存在杂质，在阳极通入气体燃料后，气体燃料与杂质共同在阳极反应，可能会产生毒性气体或者使阳极劣化，从而降低固体氧化物燃料电池的发电效率，同时，降低固体氧化物燃料电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有固体氧化物燃料电池的产生有毒气体的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提出了一种固体氧化物燃料电池的控制方法，固体氧化物燃料电池的控制方法包括以下步骤：

获取固体氧化物燃料电池的温度；

根据固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值，控制吹扫介质通入固体氧化物燃料电池的阳极；

获取吹扫介质的流量累积量；

根据吹扫介质的流量累积量不小于预设累积阈值后，控制燃气通入固体氧化物燃料电池。

根据本发明实施例的固体氧化物燃料电池的控制方法，获取固体氧化物燃料电池的温度，当其温度不小于预设温度值时，向固体氧化物燃料电池的阳极通入吹扫介质，从而防止吹扫介质在阳极内产生有毒气体，避免损害人体健康。当吹扫介质通入阳极的流量累积量不小于预设累积阈值时，固体氧化物燃料电池的内部的杂质已吹扫干净，再向固体氧化物燃料电池内部通入燃气，从而有效防止杂质与燃气在阳极共同反应，防止产生有毒气体，避免阳极发生劣化，从而提高固体氧化物燃料电池的发电效率，同时，提高固体氧化物燃料电池的使用寿命。

另外，根据本发明实施例的固体氧化物燃料电池的控制方法，还可以具有如下的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述获取吹扫介质的流量累积量步骤，具体包括以下步骤：

根据吹扫介质的流量大于预设流量阈值，计算吹扫介质的流量累积量。

在本发明的一些实施例中，所述获取吹扫介质的流量累积量步骤，具体包括以下步骤：

根据吹扫介质的流量不大于预设流量阈值，获取吹扫介质供应设备占空比；

根据吹扫介质供应设备占空比确定吹扫介质的流量累积量。

在本发明的一些实施例中，所述根据吹扫介质的流量不大于预设流量阈值，获取吹扫介质供应设备占空比步骤，具体包括以下步骤：

查询标定的吹扫介质供应设备占空比与吹扫介质流量的Pump表并获取吹扫介质流量；

计算吹扫介质的流量累积量。

在本发明的一些实施例中，所述根据吹扫介质的流量不大于预设流量阈值，获取吹扫介质供应设备占空比步骤，具体包括以下步骤：

根据吹扫介质的流量大于0mg/s小于所述预设流量阈值且吹扫介质设备的占空比等于0％，控制触发预警单元。

在本发明的一些实施例中，所述获取固体氧化物燃料电池的温度步骤后，还包括以下步骤：

根据固体氧化物燃料电池的温度小于预设温度值，控制固体氧化物燃料电池升温直至固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值。

在本发明的一些实施例中，所述获取吹扫介质的流量累积量后，还包括以下步骤：

根据吹扫介质的流量累积量小于预设累积阈值，控制吹扫介质继续通入固体氧化物燃料电池。

在本发明的一些实施例中，所述预设温度值包括380℃

在本发明的一些实施例中，所述吹扫介质包括水蒸气。

本发明第二方面提供了一种固体氧化物燃料电池系统，所述固体氧化物燃料电池系统用于执行上述实施例所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，固体氧化物燃料电池系统包括：

获取单元，用于获取固体氧化物燃料电池的温度以及吹扫介质的流量累积量；

控制单元，根据固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值，控制固体氧化物燃料电池的阳极通入吹扫介质，根据吹扫介质的流量累积量不小于预设累积阈值后，控制燃气通入固体氧化物燃料电池。

根据本发明实施例的固体氧化物燃料电池系统，获取单元获取固体氧化物燃料电池的温度，当其温度不小于预设温度值时，控制单元控制吹扫介质通入固体氧化物燃料电池的阳极，从而防止吹扫介质在阳极内产生有毒气体，避免损害人体健康。当吹扫介质通入阳极的流量累积量不小于预设累积阈值时，固体氧化物燃料电池的内部的杂质已吹扫干净，控制燃气通入固体氧化物燃料电池的阳极，从而有效防止杂质与燃气在阳极共同反应，防止产生有毒气体，避免阳极发生劣化，从而提高固体氧化物燃料电池的发电效率，同时，提高固体氧化物燃料电池的使用寿命。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的固体氧化物燃料电池的控制方法的流程示意图；

图2为图1所示固体氧化物燃料电池的控制方法的具体流程示意图；

图3为图1所示“获取吹扫介质的流量累积量”的具体流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与第二区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于第二元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符响应地进行解释。

如图1、图2所示，本发明第一方面的实施例提出了一种固体氧化物燃料电池的控制方法，所述固体氧化物燃料电池的控制方法包括以下步骤：

S1：获取固体氧化物燃料电池的温度；

S2：根据固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值，控制吹扫介质通入固体氧化物燃料电池的阳极；

S3：获取吹扫介质的流量累积量；

S4：根据吹扫介质的流量累积量不小于预设累积阈值，控制燃气通入固体氧化物燃料电池。

根据本发明实施例的固体氧化物燃料电池的控制方法，获取固体氧化物燃料电池的温度，当其温度不小于预设温度值时，向固体氧化物燃料电池的阳极通入吹扫介质，从而防止吹扫介质在阳极内产生有毒气体，避免损害人体健康。当吹扫介质通入阳极的流量累积量不小于预设累积阈值时，固体氧化物燃料电池的内部的杂质已吹扫干净，再向固体氧化物燃料电池内部通入燃气，从而有效防止杂质与燃气在阳极共同反应，防止产生有毒气体，避免阳极发生劣化，从而提高固体氧化物燃料电池的发电效率，同时，提高固体氧化物燃料电池的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，S1步骤后，还包括以下步骤：

根据固体氧化物燃料电池的温度小于预设温度值，控制固体氧化物燃料电池升温直至固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值。

当固体氧化物燃料电池的温度小于预设温度值时，向固体氧化物燃料电池的阳极通入燃气，燃气在其内部不能充分反应，从而降低燃气的利用率。因此，当固体氧化物燃料电池的温度小于预设温度值时，控制固体氧化物燃料电池的升温，直到固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值，才可向其内部通入燃气。通入燃气之前，应先通入一定量的吹扫介质，以将阳极内部的杂质清理干净，避免杂质与燃气在阳极共同发生产生有毒气体或使阳极劣化。另外，在固体氧化物燃料电池的温度小于预设温度值时，燃气与吹扫介质在其内部反应产生有毒气体Ni(CO)₄(四羰基镍)，Ni(CO)₄对呼吸到有刺激作用，可导致肺、肝、脑损害，后果严重。

进一步地，S3步骤，具体包括以下步骤：

S31：根据吹扫介质的流量大于预设流量阈值，计算吹扫介质的流量累积量。

当吹扫介质的流量大于预设流量阈值，流量计量装置的计量结果较为准确，可直接获取吹扫介质的流量，并通过对流量进行积分得到吹扫介质的流量累积量，从而可进一步判断是否吹扫结束。

进一步地，如图3所示，S3步骤，具体包括以下步骤：

S32：根据吹扫介质的流量不大于预设流量阈值，获取吹扫介质供应设备占空比；

S33：根据吹扫介质供应设备占空比确定吹扫介质的流量累积量。

当吹扫介质的流量不大于预设流量阈值时，流量计量装置的计量结果不够准确，此时，需要借助吹扫介质供应设备的占空比来获取其流量。通过控制单元获取吹扫介质供应设备的占空比，再根据已经标定的吹扫介质供应设备占空比与吹扫介质流量的Pump表，查询与占空比对应的吹扫介质的流量，进而对流量进行积分得到吹扫介质的流量累积量，从而可进一步判断是否吹扫结束。

示例性地，吹扫介质供应设备占空比与吹扫介质流量的Pump表如表1所示。其中，吹扫介质供应设备占空比为0％时，吹扫介质的流量为0mg/s，吹扫介质供应设备占空比为30％时，吹扫介质的流量为5361mg/s。吹扫介质供应设备占空比介于0％～30％之间时，可对应Pump表进行查询，当吹扫介质供应设备占空比介于小于0％时，吹扫介质的流量的为0mg/s，当吹扫介质供应设备占空比介于大于30％时，吹扫介质的流量的为5361mg/s。在其他实施例中，对Pump表中的占空比的个数和间隔不做具体要求，同时，也对占空比的上限值不做限制，可根据吹扫介质供应设备的实际情况进行标定，吹扫介质供应设备占空比可以选择更多个间隔的值，也可以选择更大占空比的上限值。

表1吹扫介质供应设备占空比与吹扫介质流量的Pump表

进一步地，S32步骤，具体包括以下步骤：

S321：根据吹扫介质的流量大于0mg/s小于所述预设流量阈值，控制触发预警单元。

如表2所示，更换吹扫介质供应设备时，需要重新标定吹扫介质供应设备占空比与吹扫介质流量的Pump表。吹扫介质供应设备的占空比8％时，其吹扫介质流量为205mg/s，而占空比小于8％时，其吹扫介质流量也为205mg/s，因此，可能会出现占空比为0％时，吹扫介质流量也为205mg/s。在正确的Pump表中，占空比为0％时，吹扫介质的流量为0mg/s，所以，当吹扫介质的流量大于0mg/s且吹扫介质设备的占空比等于0％时，说明吹扫介质供应设备的占空比与吹扫介质流量的Pump表的标定出现错误。若将占空比为0％时，吹扫介质流量205mg/s计入吹扫介质的流量累积量中，那么吹扫介质的流量累积量中实际多计入了一部分吹扫介质的流量累积量，吹扫介质的流量累积量显示达到预设累积阈值时，实际并没有到达预设累积阈值，从而使该系统误认为已完成吹扫，之后向固体氧化物燃料电池内部通入燃气，使阳极内部的杂质与燃气共同在其内部反应。

表2重新标定的吹扫介质供应设备占空比与吹扫介质流量的Pump表

步骤S321根据吹扫介质的流量大于0mg/s且吹扫介质设备的占空比等于0％，获取到Pump标定存在问题，从而触发固体氧化物燃料电池的预警单元，操作员根据预警单元发出的预警信息，对吹扫介质供应装置的Pump标定进行检查，并修正。

在本发明的一些实施例中，S32步骤，具体包括以下步骤：

S322:查询标定的吹扫介质供应设备占空比与吹扫介质流量的Pump表并获取吹扫介质流量；

S323:计算吹扫介质的流量累积量。

当吹扫介质的流量等于0mg/s且吹扫介质设备的占空比等于0％时，说明标定的吹扫介质供应设备占空比与吹扫介质流量的Pump表不存在问题，吹扫介质供应设备继续工作，当吹扫介质供应设备的占空比发生变化时，根据新的占空比查询Pump的表获取吹扫介质流量，进而得到吹扫介质的流量累积量。

在本发明的一些实施例中，所述吹扫介质包括水蒸汽。水进入380℃的固体氧化物燃料电池的阳极后变成水蒸气，阳极内的杂质在水蒸气的流动下被带出阳极，从而对阳极进行有效的清理。在其他实施例中，吹扫介质可以为氮气，只要是与固体氧化物燃料电池、燃气均不发生反应的气体均可。

在本发明的一些实施例中，吹扫介质供应设备为水泵。在其他实施例中，可以根据不同的吹扫介质设置不同的吹扫介质供应设备。

在本发明的一些实施例中，预设温度值包括380℃。在其他实施例中，预设温度值可以设置为其他温度，可根据不同固体氧化物燃料电池系统或者燃气类型，设置不同的温度。

本发明第二方面的实施例提供了一种固体氧化物燃料电池系统，所述固体氧化物燃料电池系统用于执行上述实施例所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，固体氧化物燃料电池系统包括：

获取单元，用于获取固体氧化物燃料电池的温度以及吹扫介质的流量累积量；

控制单元，根据固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值，控制固体氧化物燃料电池阳极通入吹扫介质，根据吹扫介质的流量累积量不小于预设累积阈值，控制燃气通入固体氧化物燃料电池。

根据本发明实施例的固体氧化物燃料电池系统，通过获取单元获取固体氧化物燃料电池的温度，当其温度不小于预设温度值时，控制单元控制吹扫介质通入固体氧化物燃料电池的阳极，从而防止吹扫介质在阳极内产生有毒气体，避免损害人体健康。当吹扫介质通入阳极的流量累积量不小于预设累积阈值时，固体氧化物燃料电池的内部的杂质已吹扫干净，控制燃气通入固体氧化物燃料电池的阳极，从而有效防止杂质与燃气在阳极共同反应，防止产生有毒气体，避免阳极发生劣化，从而提高固体氧化物燃料电池的发电效率，同时，提高固体氧化物燃料电池的使用寿命。

进一步地，固体氧化物燃料电池系统还包括预警单元，预警单元与控制单元电连接，控制单元根据吹扫介质的流量大于0mg/s且吹扫介质设备的占空比等于0％，控制触发预警单元。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种固体氧化物燃料电池的控制方法，其特征在于，固体氧化物燃料电池的控制方法包括以下步骤：

获取固体氧化物燃料电池的温度；

根据固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值，控制吹扫介质通入固体氧化物燃料电池的阳极；

获取吹扫介质的流量累积量；

根据吹扫介质的流量累积量不小于预设累积阈值后，控制燃气通入固体氧化物燃料电池。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，其特征在于，所述获取吹扫介质的流量累积量步骤，具体包括以下步骤：

根据吹扫介质的流量大于预设流量阈值，计算吹扫介质的流量累积量。

3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，其特征在于，所述获取吹扫介质的流量累积量步骤，具体包括以下步骤：

根据吹扫介质的流量不大于预设流量阈值，获取吹扫介质供应设备占空比；

根据吹扫介质供应设备占空比确定吹扫介质的流量累积量。

4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，其特征在于，所述根据吹扫介质的流量不大于预设流量阈值，获取吹扫介质供应设备占空比步骤，具体包括以下步骤：

查询标定的吹扫介质供应设备占空比与吹扫介质流量的Pump表并获取吹扫介质流量；

计算吹扫介质的流量累积量。

5.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，其特征在于，所述根据吹扫介质的流量不大于预设流量阈值，获取吹扫介质供应设备占空比步骤，具体包括以下步骤：

根据吹扫介质的流量大于0mg/s小于所述预设流量阈值且吹扫介质设备的占空比等于0％，控制触发预警单元。

6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，其特征在于，所述获取固体氧化物燃料电池的温度步骤后，还包括以下步骤：

根据固体氧化物燃料电池的温度小于预设温度值，控制固体氧化物燃料电池升温直至固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值。

7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，其特征在于，所述获取吹扫介质的流量累积量后，还包括以下步骤：

根据吹扫介质的流量累积量小于预设累积阈值，控制吹扫介质继续通入固体氧化物燃料电池。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，其特征在于，所述预设温度值包括380℃。

9.根据权利要求8所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，其特征在于，所述吹扫介质包括水蒸气。

10.一种固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池系统用于执行权利要求1至9中任一项所述的固体氧化物燃料电池的控制方法，固体氧化物燃料电池系统包括：

获取单元，用于获取固体氧化物燃料电池的温度以及吹扫介质的流量累积量；

控制单元，根据固体氧化物燃料电池的温度不小于预设温度值，控制固体氧化物燃料电池的阳极通入吹扫介质，根据吹扫介质的流量累积量不小于预设累积阈值后，控制燃气通入固体氧化物燃料电池。

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