CN1708871A - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池系统，包括：燃料电池(1)；用于向燃料电池(1)提供燃料气体的供应系统(Sc)；用于从燃料电池(1)再循环未用过的燃料气体的再循环系统(Rc)，在再循环系统中的燃料气体含有氮；放泄阀(8)，用于排放出在再循环系统(Rc)中的燃料气体中所含的氮；和控制器(100)，用于调节放泄阀(8)的阀开口，从而使再循环系统(Rc)中的燃料气体的氮浓度保持恒定。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，尤其涉及具有用于从燃料电池中再循环未用过的氢的封闭回路燃料再循环系统的燃料电池系统，在此系统中有效地排出了由于扩散而传输到燃料再循环系统的氮。

发明背景

在利用氢气作为其燃料电池堆的燃料的聚合物电解质燃料电池中，使燃料电池堆中没有使用的氢气返回至其供应线路，以便在封闭回路的燃料再循环系统中进行再循环。系统的氢气再循环是以超过其消耗速率的速率向燃料电池堆提供氢气的，因此使燃料电池堆的发电更稳定。

日本专利申请JP特开2001-266922公开了一种燃料电池系统，其中，利用在燃料电池的供应线路上设置的喷射器再循环未用过的氢。

发明概述

在上述燃料电池系统中，当空气用作氧化剂时，由于扩散使得含在空气中的氮从阴极流动通道经过聚合物电解质膜传输到燃料电池堆的阳极流动通道，在燃料再循环系统的氢气中氮的浓度逐步增加。

当氢气中的氮浓度增加时，氢的分压降低，导致燃料电池系统的发电效率下降。经由喷射器再循环的氢量同样降低，严重影响了系统维持稳定的发电。

为了解决这一问题，可以采取设置放泄阀的方式，将放泄阀定期地打开以把含氢气的氮排放到大气中，从而放出燃料再循环系统中的氮。然而，当打开放泄阀时，氢和在氢气中的氮一起排出。如果放泄阀持续打开，燃料电池系统的性能会下降。

鉴于上述问题研制了本发明。本发明的目的是改善燃料电池系统的性能，在放掉由于扩散而传输到燃料再循环系统的氮的同时，控制排放到燃料再循环系统之外的氢量。

本发明的一个方案是一种燃料电池系统，包括：用于由向其提供的燃料气体产生电能的燃料电池；用于向燃料电池提供燃料气体的供应系统；用于从燃料电池再循环未用过的燃料气体的再循环系统，在再循环系统中的燃料气体含有氮；放泄阀，用于排放出在再循环系统中的燃料气体中所含的氮；和控制器，用于调节放泄阀的阀开口，从而使再循环系统中的燃料气体的氮浓度保持恒定。

附图的简要说明

现在参照附图描述本发明，其中：

图1是描述根据本发明第一实施例的燃料电池系统的结构的系统示意图。

图2是表示图1的燃料电池系统的控制的流程图。

图3是表示在燃料气体的温度和压力保持恒定的条件下、在燃料再循环系统中的氮浓度Cn和循环喷射的氢流速Qc之间的关系的曲线。

图4是表示在燃料气体的温度和压力以及放泄阀8的阀打开程度保持恒定的条件下、在燃料再循环系统中的氮浓度Cn和放出氢的流速Qph之间的关系的曲线。

图5是表示在燃料气体的温度和压力以及在燃料再循环系统中的氮浓度保持恒定的条件下、在放泄阀8的阀打开程度Vo和放出氢的流速Qph之间的关系的曲线。

图6是表示在燃料再循环系统中的氮浓度、燃料气体压力以及放泄阀8的阀打开程度保持恒定的条件下、在燃料气体温度Th2和放出氢的流速Qph之间的关系的曲线。

图7是表示在燃料再循环系统中的氮浓度、燃料气体的温度以及放泄阀8的阀打开程度保持恒定的条件下、在进口氢压力Ph2和放出氢流速Qph之间的关系的曲线。

图8是表示根据本发明第二实施例的燃料电池系统结构的系统示意图。

本发明的最佳实施方式

下面参照附图描述本发明的实施例，其中相同的构件相同的附图标记表示。

图1中所示的第一实施例的燃料电池系统S包括：燃料电池堆1，它由氢燃料气体产生电能；燃料箱2，用于存储燃料气体；喷射器6，泵送燃料气体用以在系统中再循环；和放泄阀8，通过将燃料气体与氮一起排放到大气中，放出在燃料气体中所含的氮。

在燃料电池堆1中，将阴极(作为氧化剂电极，或空气电极)1b和阳极(作为燃料电极)1c相互平行设置，并将聚合物电解质膜1a插在阳极和阴极之间。以此方式设置的这些元件总体构成燃料电池元件FCE。各燃料电池元件FCE进一步被一对隔板1d夹出。燃料电池堆1由相互层叠的多个这种被夹住的FCE构成。将燃料气体引入在阳极1c和隔板1d之间设置的阳极流动通道1f，将作为氧化剂的空气引入在阴极1b和隔板1d之间设置的阴极流动通道1e。

将燃料气体从燃料箱2经由可变节流氢压调节器3供应到燃料电池堆1，其中，由传感器3a检测其节流开口。由压力检测器4检测供应到燃料电池堆1的燃料气体的压力Ph2，并由控制器100将所述压力Ph2控制在适当范围内。

在调节器3和燃料电池堆1之间的供应线路5上设置喷射器6。将来自返回线路7连接到喷射器6的侧流口6a。喷射器6从回收线路7回收燃料电池堆1中未用过的燃料气体，并将其泵送至燃料电池堆1的进口。供应线路5、喷射器6、燃料电池堆1的阳极流动通路1f以及返回线路7共同构成燃料再循环系统Rc，燃料气体经由此系统Rc进行循环，由此提高了在燃料电池堆1中电化学反应的效率并使其更稳定的产生电能。

由于空气从阴极流动通道1e经由膜1a扩散到阳极流动通道1f，因此部分地传输了空气中所含的氮，并由此将氮引入到再循环系统Rc中。在放泄阀8中具有用于检测阀打开程度Vo的传感器8a，控制器100以检测出的阀打开程度Vo为基础控制阀开口，从而将在燃料循环系统Rc中的氮浓度维持在适当范围内。下面描述用于控制放泄阀8的方法。

在喷射器6的上游设置有用于检测燃料气体的喷射器进口压力Ph1的压力传感器20和用于检测喷射器进口温度Th1的温度传感器22。此外，在放泄阀8附近的燃料再循环系统Rc上设置有温度传感器21，用于检测燃料气体的放泄阀进口温度Th2。检测出的放泄阀进口温度Th2用于计算将在后面描述的流速阈值，以便确定放泄阀8的阀打开程度Vo应增加还是降低。

用于向燃料电池堆1提供氧化剂空气的空气系统由压缩机9、空气供应线路10、燃料电池堆1的阴极流动通道1e和用作空气系统压力调节器的可变节流阀11构成。由压缩机9向系统引入空气，并将引入的空气通过空气供应线路10提供给燃料电池堆1的阴极流动通道1e，在此处，空气中所含的氧扩散到阴极1b中，离子化，并与通过膜1a传输的氢离子(质子)发生电化学反应，生成水。在流出燃料电池堆1的阴极流动通道1e之后，空气与所形成的水一起通过可变节流阀11排放到空气系统的外部。

并且还设置冷却系统，用于去除由燃料电池堆1的电阻和电化学反应所产生的热量，冷却系统由冷却剂泵14，散热器13，在燃料电池堆1中设置的冷却剂通道1g，以串联方式连接电池堆1、冷却剂泵14和散热器13的冷却剂线路12构成。由冷却剂泵14泵送冷却剂，由此通过冷却系统进行循环。在流出燃料电池堆1中的冷却剂通道1g之后，冷却剂经过冷却剂通道12流到散热器13，在此处冷却剂与大气进行热交换。

接下来，参照图2的流程描述在第一实施例中由控制器100控制阀开口以调节放泄阀8的阀打开程度Vo。

在步骤S1中，确定在预定时间点放出氢的流速Qph是否等于或高于预定阈值Qph0、或者是否在具有特定范围的阈值范围内或超过该阈值范围，所述放出氢的流速Qph是指在将要从放泄阀8排放到系统之外的含氮燃料气体中氢的流速。下面描述氢流速Qph的计算方放出氢的流速Qph保持在阈值Qph0，在燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn保持恒定。因此，可将排放到系统之外的氢量限制到最小。

图5表示在燃料气体温度Th2、燃料气体压力Ph2以及在燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn保持恒定的条件下、在第一实施例中、在放泄阀8的阀打开程度Vo和放出氢的流速Qph之间的关系。如图5所示，在此条件下，随着放泄阀8的阀打开程度Vo的提高，放出氢的流速Qph也趋于提高。具体而言，存在这样一种趋势：在恒定氮浓度的条件下，随着放泄阀8的阀打开程度Vo的提高，放出氢的流速Qph也提高。因此，如果放泄阀8的阀打开程度Vo在具有比较高的上限的较宽范围内是可变的，那么就进行修正以将在图2流程的步骤S1中的阈值Qph0设定为较高值，这样就可以将燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn保持在恒定值。

图6表示在燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn、燃料气体压力Ph和放泄阀8的阀打开程度Vo保持恒定的条件下、在第一实施例中、在燃料电池堆1下游的燃料气体温度Th2(或由温度传感器21检测出的放泄阀进口温度)和放出氢的流速Qph之间的关系。由于燃料电池堆1是聚合物电解质燃料电池的叠层，因此在燃料再循环系统Rc中的燃料气体在接近放泄阀8的燃料电池堆1下游充分或几乎充分浸透水蒸汽，即在该处水蒸汽饱和或接近饱和。由于随着燃料气体温度Th2的升高、燃料气体的饱和蒸汽压升高，因此燃料气体可包含更多的水蒸汽分子，从而使其平均分子量增加。因此，降低了燃料气体中的氢分压，减小了放出氢的流速Qph，如图6所示。

换句话说，在恒定氮浓度的条件下，由于燃料气体温度Th2的升高，放出氢的流速Qph趋于降低。因此，如果燃料气体温度Th2较高，那么就进行修正以将在图2的步骤S1中的阈值Qph0设定为较低值，这样，无论燃料气体温度Th2变化多少，都可以将燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn保持在恒定值。

图7表示在氮浓度Cn、燃料气体温度Th2和放泄阀8的阀打开程度Vo保持恒定的条件下、在第一实施例中、在放出氢的流速Qph法。如果放出氢的流速Qph等于或高于阈值Qph0、或在阈值范围内或超过该阈值范围，控制过程进行至步骤S2。如果放出氢的流速Qph低于阈值Qph0或阈值范围，过程进行至步骤S3。在步骤S2中，降低放泄阀8的阀打开程度Vo，以便减少燃料气体的排放量Qpt。另一方面，在步骤S3中，增加放泄阀8的阀打开程度Vo，以便增大燃料气体的排放量Qpt。

图3表示在燃料气体温度Th2和燃料气体压力Ph2保持恒定的条件下、在第一实施例中、在燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn和喷射器循环氢流速Qc(即，经由喷射器6循环的燃料气体的氢流速)之间的关系。如图3所示，当在燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn增加且在系统Rc中的燃料气体的氢分压降低时，降低了喷射器循环氢流速Qc。这必须要打开放泄阀8，从而放出系统中的氮，由此降低在燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn。

假设Qcr是燃料电池堆1进行稳定工作所需的最小喷射器循环氢流速，需要将燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn控制为Cnr或更低，因此喷射器循环氢流速Qc没有落到Qcr以下。但是，当打开放泄阀8以便放出在燃料再循环系统Rc中的氮、由此降低燃料气体中的氮浓度Cn时，也会放出燃料气体中的氢，严重影响了燃料电池系统S的性能。

为了避免这一问题，需要在某种程度上降低在燃料再循环系统Rc的燃料气体中的氢浓度、增加其中的氮浓度Cn。为了适当调节阀打开程度Vo而对放泄阀8进行控制使燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn稳定维持在Cnr，并将放出氢的流速Qph保持为必要的最小值。

图4表示在放泄阀8的阀打开程度Vo和燃料气体温度Th2、燃料气体压力Ph2保持恒定的条件下、在第一实施例中、在燃料再循环系统Rc中的氮浓度和经由放泄阀8放出氢的流速Qph之间的关系。应理解，在此条件下，当系统Rc中的氮浓度Cn降低时，由于燃料气体中的氢分压升高，因此加快了放出氢的流速Qph。在这种情况下，通过控制放泄阀8以调节阀打开程度Vo(如图2的流程所示)，可将和燃料电池堆1的燃料气体供应压力Ph2之间的关系。如图7所示，在这种条件下，随着燃料气体供应压力Ph2的降低，放出氢的流速Qph趋于降低。具体而言，具有这样的趋势：在恒定的氮浓度条件下，随着燃料气体供应压力Ph2的降低，放出氢的流速Qph也降低。因此，如果燃料气体供应压力Ph2较低，那么就进行修正以将图2的步骤S1中的阈值Qph0设定为较低值，这样，无论燃料气体压力Ph2变化多少，都可以将燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn保持在恒定值。

下面，描述对于放出氢的流速Qph的计算方法。应注意，放出氢的流速Qph是由式子Qph＝Qih-Qeh得到的余数，其中Qih是供应到燃料电池系统S的氢的流速，Qeh是在没有被放出的条件下消耗氢的流速。

首先，描述用于获得向燃料电池系统S提供的氢的流速Qih的方法。

通常，当调节器3处于扼流状态、其阀打开程度小时，可由调节器3上游的燃料气体的压力和温度计算经过调节器3的氢的流速。当调节器3处于疏通状态时，可由调节器3上游和下游的燃料气体压力以及其上游的燃料气体温度计算流速。在此第一实施例中，喷射器6具有在其内部的扼流喷嘴，用于从燃料箱2、经由调节器3到达喷射器6的燃料气体供应系统Sc。因此，可利用喷射器进口压力Ph1和喷射器出口压力(或电池堆的燃料气体供应压力)Ph2计算供应氢的流速Qih，所述喷射器进口压力Ph1和喷射器出口压力Ph2分别是由在喷射器6的上游和下游设置的压力传感器20和4检测出的。

在所提供的燃料气体的温度在宽范围内变化的情况下，可通过对由设置在燃料气体供应系统Sc中的温度传感器22检测出的燃料气体温度Th1进行修正的方式更精确地计算出供应氢的流速Qih。

下面，描述用于获得在没有被放出的条件下所消耗的氢的流速Qeh的方法。

在燃料电池堆1中消耗氢的速率与燃料电池堆1的输出电流I呈正比，输出电流I可通过在电路25中设置的安培计26进行检测。因此，可由检测出的输出电流I计算在没有被放出的条件下所消耗的氢的流速Qeh。

如上所述，在第一实施例中，由各传感器8a、20、4、22和21检测放泄阀8的阀打开程度Vo、燃料气体压力Ph1和Ph2以及燃料气体温度Th1和Th2。这些检测值给出了放出氢的流速Qph，用作在燃料再循环系统Rc中氮浓度Cn的目标值Cnt，将该值设定为阈值Qph0，以与以规则的时间间隔检测出的放出氢的流速Qph进行比较。这里，放出氢的流速Qph相对于放泄阀8的阀打开程度Vo、燃料气体压力Ph2和燃料气体温度Th2具有如图5至7所示的变化趋势。因此，放泄阀8的阀打开程度Vo越大，阈值Qph0设定得越高；燃料气体温度Th2越高，燃料气体压力Ph2越低，阈值Oph0设定得越低。

根据第一实施例，将在燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn控制为恒定。因此，防止了由于过量的排放氮而造成与排放氮一起浪费地放出氢，从而有助于燃料电池系统S的稳定放电。

并且，将通过放泄阀8放出的氢的流速Qph控制在阈值Qph0，该阈值是根据工作条件和放泄阀8的阀打开程度Vo确定的。因此，能够在没有利用任何氮浓度传感器的条件下将燃料再循环系统Rc中的氮浓度Cn控制为恒定值。抑制了氢的排放，提高了燃料电池系统S的工作效率。

此外，放泄阀8的阀打开程度Vo越大，用于调节阀打开程度Vo的阈值Qph0设定得越高，因此，即使放泄阀9的阀打开程度Vo在宽范围内变化，也能够抑制氢的排放量，由此提高了燃料电池系统S的工作效率。

而且，设置温度传感器21以检测经过放泄阀8的燃料气体温度Th2。燃料气体温度Th2越高，用于调节阀打开程度Vo的阈值Qph0设定得越低。即使燃料气体温度Th2变化，也抑制了氢的排放量，由此提高了燃料电池系统S的工作效率。

而且，设置压力传感器4以检测燃料气体供应压力Ph2。燃料气体供应压力Ph2越低，将阈值Qph0设定得越低。因此，无论燃料气体压力变化多少，都抑制了氢的排放量，由此提高了燃料电池系统S的工作效率。

再有，经过放泄阀8的氢的流速(即，放出氢的流速Qph)被计算为Qih(即，供应到燃料电池系统S的氢的流速)和Qeh(即，在没有被放出的情况下所消耗的氢的流速)之差。这不再需要设置用于测量放出燃料气体的流速的流量计，而是通过常用的压力传感器4和22以及温度传感器22获得精确的放出氢流速Qph，由此节省了成本。

再有，由喷射器进口压力Ph1和喷射器出口压力Ph2计算向燃料电池系统S提供氢的流速Qih。这不再需要设置用于测量所供应氢的流速的流量计，由此节省了成本。

由于以喷射器6上游的燃料气体温度Th1为基础对供应氢流速Qih进行了修正，因此提高了计算供应氢流速Qih的精确性。

此外，通过以由普通安培计26检测出的燃料电池堆1的输出电流I为基础计算得出除了排放出的氢之外的精确耗氢流速，因此节省了成本。

图8是根据本发明第二实施例的燃料电池系统S的结构示意图。第二实施例的燃料电池系统S与图1所示的第一实施例的不同点在于，在第二实施例中设置有压力传感器23以检测调节器3上游的燃料气体的压力。利用调节器进口压力Ph3和调节器出口压力(或喷射器进口压力)Ph2计算供应氢的流速Qih，压力Ph3和Ph2分别由设置在调节器3上游和下游的压力传感器23和20进行检测。在图8中，与图1相同参考标记表示的元件具有相同的功能。

在此实施例中，给出由用于控制调节器3的打开/关闭的控制器100检测出的调节器3的阀打开程度Vr，根据阀打开程度Vr、调节器进口压力Ph3和调节器出口压力Ph2计算提供氢的流速Qih，这类似于由喷射器进口压力Ph1和出口压力Ph2获得相同流速Qih的情况。

当调节器3的阀打开程度Vr足够小以使调节器3处于扼流状态时，仅由调节器进口压力Ph3计算提供氢的流速Qih。当调节器进口压力Ph3处于疏通状态时，由调节器进口压力Ph3和调节器出口压力Ph2计算提供氢的流速Qih。在第二实施例中，在燃料电池堆1的冷却剂通道12中设置温度传感器24以检测冷却剂温度Tw。由于燃料气体和冷却剂在燃料电池堆1中交换热量，因此冷却剂温度Tw和燃料气体温度Th2几乎彼此相等，可以采用冷却剂温度Tw作为燃料气体温度，由冷却剂温度估算燃料气体温度。此外，冷却剂以液体形式，这要比气体更灵敏地进行温度测量。即使由于在燃料电池系统S上的负载迅速变化而造成冷却剂温度Tw变化，冷却剂也要比燃料气体提供更精确的温度测量。

与第一实施例类似，在燃料气体供应系统Sc的调节器3上游设置温度传感器28，以检测燃料气体温度Th3。对于变化的供应燃料气体的温度Th3，可根据检测出的燃料气体温度Th3对更精确供应氢的流速Qih进行修正。

根据第二实施例，以设置在燃料气体供应系统Sc中的调节器3的阀打开程度Vr、调节器进口压力Ph3和调节器出口压力Ph2为基础，计算提供给燃料电池系统S的氢流速Qih。因此，在没有采用用于检测燃料气体流速的流速传感器的条件下，抑制了氢的排放量，由此提高了燃料电池系统S的工作效率。此外，以燃料气体温度Th3为基础进行的修正提供了更精确的供应氢Qih流速。

接下来，描述本发明的第三实施例。

第三实施例与第一或第二实施例的不同点在于，改进了对作为由燃料电池堆1发电所耗用氢速率的Qe的计算。如上所述，根据Qe计算出Qeh(即，在没有被排放的情况下被消耗氢的流动速度)。其它元件与第一或第二实施例中的相同。

用于车辆的燃料电池系统S需要应对在系统S上的负载的迅速变化并能够根据负载变化调节燃料电池堆1的输出。相应于其输出的变化，对供应到燃料电池堆1的燃料气体的压力Ph2进行控制。为了提高燃料气体的供应压力，必须以高于Qeh(它是由燃料电池堆1发电而耗用氢的速率Qe计算出的)的速率将氢供应给燃料再循环系统Rc。另一方面，为了降低燃料气体的供应压力，将供应到系统Rc的氢速率降低至Qeh以下。在仅考虑由燃料电池堆1发电消耗氢的速率Qe的情况下，不可能在燃料气体压力Ph2升高或降低的同时精确计算出在过渡时期内放出氢的流速Qph。

这里，在为了增加和降低系统Rc中的燃料气体压力Ph2而改变Oih(即，供应到燃料再循环系统Rc的氢的流速)的同时，在所提供的氢流速Qih和由燃料电池堆1发电而消耗氢的速率Qe之间的差值与改变燃料气体压力Ph2的压力变化率或压力差DP(即，在根据燃料电池堆1的所需输出确定的目标燃料气体压力和现存的燃料气体压力之间的差值)成正比。具体而言，由下式表示供应氢的流速Qih：

Qih＝Qe+C×DP

其中C是根据燃料电池系统S的燃料再循环系统Rc的容量确定的常数。由图1和7的压力传感器4检测燃料气体压力Ph2。因此，通过提供用于获得在控制器100中的燃料气体压力Ph2的压力差DP的单元，可根据压力差DP计算出当燃料气体压力Ph2改变时的过渡时期内所提供的氢流速Qih。

根据第三实施例，即使燃料气体压力Ph2发生变化，也能够精确计算出提供氢的流速Qih。因此，可更精确地计算出排放出氢的流速Qph，有助于在燃料再循环系统Rc中氮浓度Cn的精确控制。

虽然在第一至第三实施例中采用喷射器6循环燃料气体，但是本发明也可应用于利用如泵或鼓风机循环燃料气体的情况。

即使在利用泵或鼓风机的情况下，类似于利用喷射器6的情况，在氢循环系统Rc中氮浓度Cn的升高造成在系统中氢分压的下降，这种情况必须加快供应氢的流速Qih。即使在这种情况下，类似于第二实施例，通过根据调节器3的阀打开程度Vr、调节器进口压力Ph3和调节器出口压力Ph2的计算，进行对所供应氢流速Qih的调节，给出关闭放泄阀8的最佳时间。

此外，用于检测燃料气体压力的传感器可以不设置在燃料电池堆1的上游，而是设置在它的下游。尤其是在燃料电池堆1的燃料气体的压力损耗大的情况下，电池堆1上游的燃料气体压力检测提供了更精确的控制。

此外，在系统中使用的燃料气体不限于由燃料箱2提供的氢气，还可以是由重整器产生的氢气。

本发明涉及2002年12月3日的日本专利申请2002-351274的主题，在此将其描述的全部内容应作参考。

在此描述的优选实施例是示意性的而并非限制性的，在不脱离本发明的实质和主要特点的情况下可以其它方式实施或体现本发明。由权利要求书限定本发明的范围，权利要求书涵盖在其范围内的所有变化。

工业实用性

根据本发明，燃料电池系统S具有用于再循环燃料气体的系统Rc，其中设置放泄阀8，以放出由于扩散而传输到系统Rc中的氮，由此与氮一起放出燃料气体。对放泄阀8进行控制以调节其阀打开程度，从而使系统Rc中的氮浓度保持恒定，由此抑制与燃料气体一起排放到系统之外的氢量，提高了燃料电池系统S的性能。

Claims (12)

1.一种燃料电池系统，包括：

用于从向其提供的燃料气体产生电能的燃料电池；

用于向燃料电池提供燃料气体的供应系统；

用于从燃料电池再循环未用过的燃料气体的再循环系统，在再循环系统中的燃料气体含有氮；

放泄阀，用于排放出在再循环系统中的燃料气体中所含的氮；和

控制器，用于调节放泄阀的阀开口，从而使再循环系统中的燃料气体的氮浓度保持恒定。

2.根据权利要求1的燃料电池系统，其中，如果经过放泄阀的燃料气体的流速高于根据燃料电池系统的工作条件和放泄阀的阀开口设置的阈值，控制器就减小放泄阀的阀开口，如果经过放泄阀的燃料气体的流速低于该阈值，则增大放泄阀的阀开口。

3.根据权利要求2的燃料电池系统，其中，放泄阀的阀开口越大，该阈值设定得就越大。

4.根据权利要求2的燃料电池系统，还包括：

温度传感器，用于检测经过放泄阀的燃料气体的温度，

其中，随着由温度传感器检测出的燃料气体温度的升高，该阈值设定得更低。

5.根据权利要求2的燃料电池系统，还包括：

压力传感器，用于检测在供应系统中燃料气体的压力，

其中，随着由压力传感器检测出的燃料气体的压力的降低，，该阈值设定得更低。

6.根据权利要求1的燃料电池系统，其中，由从供应系统提供的燃料气体的供应速率和由燃料电池消耗的燃料气体的耗用速率之间的差值获得经过放泄阀的燃料气体的流速。

7.根据权利要求6的燃料电池系统，还包括：

设置于再循环系统中的喷射器，所述供应系统连接到该喷射器；和

压力传感器，用于检测提供给喷射器的燃料气体的供应压力，

其中，根据由压力传感器检测出的供应压力计算出燃料气体的供应速率。

8.根据权利要求7的燃料电池系统，还包括：

温度传感器，用于检测喷射器上游的燃料气体的温度；

其中，根据由温度传感器检测出的燃料气体温度和由压力传感器检测出的燃料气体供应压力计算燃料气体的供应速率。

9.根据权利要求6的燃料电池系统，还包括：

用于供应到燃料电池的燃料气体的燃料压力调节器；

阀开口传感器，用于检测燃料压力调节器的阀开口；和

压力传感器，用于检测燃料压力调节器上游的燃料气体的压力，

其中，根据由阀开口传感器检测出的燃料压力调节器的阀开口和由压力传感器检测出的燃料压力调节器上游的燃料气体的压力计算出燃料气体的供应速率。

10.根据权利要求9的燃料电池系统，还包括：

温度传感器，用于检测燃料压力调节器的燃料气体上游的温度，

其中，根据由阀开口传感器检测出的燃料压力调节器的阀打开程度、由压力传感器检测出的燃料压力调节器上游的燃料气体的压力和由温度传感器检测出的燃料气体的温度计算出燃料气体的供应速率。

11.根据权利要求6的燃料电池系统，还包括：

安培计，用于检测燃料电池的输出电流，

其中根据由安培计检测出的输出电流计算出燃料气体的耗用速率。

12.根据权利要求6的燃料电池系统，还包括：

安培计，用于检测燃料电池的输出电流；和

压力传感器，用于检测燃料电池上游或下游的燃料气体的压力，

其中，控制器设置有用于获得由压力传感器检测出的燃料气体压力的变化速率的单元，和

其中，根据由安培计检测出的输出电流和由控制器单元给出的燃料气体压力变化速率计算出燃料气体的耗用速率。

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