CN1922752A - 燃料电池系统和对其进行控制的方法 - Google Patents

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Abstract

控制装置7根据燃料供应量Qf来获得供应至重整反应流道21的重整碳量C，并且根据发电量W来获得供应至重整反应流道21的重整水量S。此外，它根据发电量W来获得在燃料电池3的发电过程中所消耗的氧量，根据阴极气体供应量Qc来获得将被供应至阴极流道33的供氧量，并且根据供应量和耗氧量之间的差异来获得将被供应至重整反应流道21的重整氧量O。通过根据重整氧量O来校正重整碳量C(燃料泵51的输送)，可将O/C和S/C中的每一个保持在目标值范围内。

Description

燃料电池系统和对其进行控制的方法
技术领域
本发明涉及用于从在重整装置中受到重整的燃料产生包含氢气的阳极气体并利用该包含在燃料电池阳极气体中的氢气产生电能的燃料电池系统以及控制该系统的方法。
背景技术
用于通过使用受到重整的燃料，例如烃或乙醇来产生电能的燃料电池系统包括用于从受到重整的燃料中产生包含氢气的阳极气体的重整装置，用于从阳极气体中提取高纯氢气的氢分离膜装置，和用于使该氢气质子化并使其与氧气发生反应以便产生电能的燃料电池。这种重整装置通过实施例如利用受到重整的燃料和水的水蒸汽重整反应，和利用受到重整的燃料和氧气的氧化反应等来产生阳极气体。此外，氢分离膜装置具有包括钯等的氢分离膜，其中钯具有仅能使氢气透过的性质。此外，燃料电池具有阳极流道、阴极流道和设置在这些流道之间的质子导体(电解质)，已经透过氢分离膜的氢气被提供至该阳极流道，空气等被提供至该阴极流道。
在这种燃料电池系统中，提供至阳极流道的氢气被质子化并且允许穿过质子导体，以使得该质子化后的氢气(在下文中指的是氢质子)可与阴极流道中的空气中的氧气发生反应，以便产生电能并且同时产生水。这种燃料电池系统在专利文献1中举例说明了。
将要注意的是，从阴极流道中释放的阴极废气包括由氢质子和氧气之间的反应所产生的水，和在氢质子的反应中余下的未使用的氧气等。因此，专利文献1利用重整装置中的水蒸汽重整反应和氧化反应的阴极废气。
在专利文献1中，重整装置中氧化反应的速率通过调节将被传送至重整装置的阴极废气中包含的氧量来控制，并且重整装置中水蒸汽重整反应的速率通过调节将被传送至重整装置的阴极废气中的水蒸汽的量来控制。通过这样做，在专利文献1中可省去通常在重整装置中需要的蒸发器，因此该系统的尺寸可降低。
但是，专利文献1没有公开调节氧气和水蒸汽的量的特定方法。
此外，为了在该燃料电池系统中产生电能，有必要适当地保持O/C，即提供至重整装置的氧量O与碳量C之比，以便调节在重整装置中进行的氧化反应的量。但是，专利文献1没有公开如果燃料电池阴极流道中的氢质子和氧气之间的反应所残留的氧量由于例如燃料电池中发电条件的波动而增加或减少时应采取的对策。
此外，专利文献1公开的方法根据从燃料泵提供至重整装置的碳C量来调节提供至重整装置的氧量O和水量S，以便控制O/C和S/C。因此，为了控制O/C，需要用于释放一些阴极废气的排气阀或用于限制阴极废气通过的控制阀。此外，为了控制S/C，需要用于调节阴极废气中包含的水量的水蒸汽产生部分等。这些可能会使燃料电池系统复杂化。
专利文献1：JP2000-195534未经实审专利公报(特许公开)
发明内容
本发明要解决的技术问题
鉴于上述传统问题，本发明已经研发了，并且本发明的一个目的是提供一种燃料电池系统，它能够使用通过假定燃料电池中的实际发电状态而计算的重整氧量O，以使得重整反应流道中的O/C可被保持为适当的值，而不会使燃料电池系统复杂化，还提供了控制该燃料电池系统的方法。
本发明的第一方面是一种用于控制燃料电池系统的方法，该系统包括：
重整装置，具有重整反应流道以用于从受到重整的燃料产生包含氢气的阳极气体；
燃料电池，具有阳极流道、阴极流道和设置在阴极流道和阳极流道之间的电解体，通过从重整反应流道供应阳极气体而将包含在阳极气体中的氢气提供至阳极流道，将包含氧气的阴极气体提供至阴极流道；
燃料泵，用于将受到重整的燃料供应至重整反应流道；
燃料供应量检测装置，用于检测所提供的燃料量，它指示由燃料泵供应的受到重整的燃料量；
阴极泵，用于将阴极气体供应至阴极流道；
阴极气体供应量检测装置，用于检测所提供的阴极气体量，它指示由阴极泵供应的阴极气体量；
发电量检测装置，用于检测燃料电池中产生的电量；和
控制装置，用于控制由燃料泵输送的受到重整的燃料和由阴极泵输送的阴极气体，以使得发电量可与利用燃料电池产生的电能来使负载运转所必需的所需发电量相等，其中：
阴极废气管连接至阴极流道，用于将从阴极流道释放出来的阴极废气传送到重整反应流道；和
该方法包括：
重整碳量计算步骤，用于获得重整碳量C，它指示根据燃料供应量而提供至重整反应流道的碳量；
重整氧量计算步骤，用于根据所产生的发电量获得耗氧量，它指示在燃料电池中发电而消耗的包含在阴极气体中的氧量，并且还根据阴极气体供应量获得了供氧量，它指示供应至阴极流道的氧量，随后从供应量中减去耗氧量而获得了阴极废气中的残留氧量，并且还根据残留的氧量获得重整氧量O，它指示供应至重整反应流道的氧量；和
重整碳量校正步骤，用于通过改变燃料泵的输送来校正重整碳量C，以使得重整氧量O与重整碳量C的比O/C可被保持在目标范围内。
本发明的燃料电池系统具有重整装置，燃料电池，燃料泵，燃料供应量检测装置，阴极泵，阴极气体供应量检测装置，发电量检测装置，控制装置等，在这种结构中，从燃料电池的阴极流道中释放出来的阴极废气中的残留氧可在重整装置被使用。
根据本发明的燃料电池系统控制方法，根据残留氧量的改变来改变燃料泵的输送以便执行校正是可能的，由此重整装置中的O/C可为适当的值。
为了起动燃料电池系统，控制装置接收燃料电池需要产生的以用于使负载运转的发电量，用于确定燃料泵和阴极泵的输送，以使得燃料电池的发电量W可满足所需的发电量。在该情形中，控制装置可通过使用关系图来确定每一个泵的输送，其中每一个泵的输送和燃料电池的发电量之间的关系被实现获得。
随后，受到重整的燃料从燃料泵供应至重整装置的重整反应流道，并且阴极气体从阴极泵供应至燃料电池的阴极流道。在该重整装置中，受到重整的燃料、水、氧等被用于产生包含氢的阳极气体，其中包含在阳极气体中的氢被供应至燃料电池的阳极流道。
随后，在该燃料电池中，供应至阳极流道的氢被质子化并且穿过电解体而到达阴极流道，在那里，质子化的氢和阴极气体中的氧相互反应以便产生电能。
从阴极流道释放出来的阴极废气通过阴极废气管传送至重整反应流道。在该情形中，阴极废气包含在燃料电池的发电过程中留下的未使用的残留氧，在燃料电池的发电过程中产生的水等，因此这些残留的氧，产生的水等可与受到重整的燃料反应以产生阳极气体。
将注意的是，为了使燃料电池系统稳定且有效地产生电能，适当地保持供应至重整反应流道的，即O/C是重要的。另一方面，供应至重整反应流道的重整氧量O受燃料电池发电状态的极大影响，因此它可随燃料电池的发电状态而波动。
为了解决该问题，本发明执行重整碳量和重整氧量计算步骤，以便计算O/C。
特别是在重整碳量计算步骤中，计算在燃料电池实际产生电能的过程中所消耗的氧量，并且从供应至阴极气体流道的阴极气体的供氧量中减去该耗氧量，以便计算出阴极气体中留下的未使用的残留氧量。根据该残留氧量，计算出供应至重整反应流道的重整氧量O。因此，重整氧量O值是考虑燃料电池的发电状态给出的，因此提供了将O/C校正至目标范围的参照。
另一方面，在重整碳量校正步骤中，控制装置改变燃料泵的输送，以使得计算出的O/C可落在该目标范围内。因此适当地校正用作参照的重整碳量C与重整氧量O的比是可能的。
此外，根据本发明，重整碳量C按照根据残留氧量计算的重整氧量O来校正，以使得O/C可被保持为适当的值，而无需安装用于控制供应至重整反应流道的重整氧量O的控制阀等。
为此，根据本发明的燃料电池系统控制方法，通过使用假定燃料电池实际发电状态计算的重整氧量O，在不使燃料电池系统复杂化的前提下，重整反应流道中的O/C可被保持为适当的值。
本发明第二方面是一种燃料电池系统，其包括：
重整装置，具有重整反应流道以用于从受到重整的燃料产生包含氢气的阳极气体；
燃料电池，具有阳极流道、阴极流道和设置在阴极流道和阳极流道之间的电解体，通过从重整反应流道供应阳极气体将包含在该阳极气体中的氢气提供至该阳极流道，将包含氧气的阴极气体提供至该阴极流道；
燃料泵，用于将受到重整的燃料供应至重整反应流道；
燃料供应量检测装置，用于检测所提供的燃料量，它指示由燃料泵供应的受到重整的燃料量；
阴极泵，用于将阴极气体供应至阴极流道；
阴极气体供应量检测装置，用于检测所提供的阴极气体量，它指示由阴极泵供应的阴极气体量；
发电量检测装置，用于检测燃料电池中产生的电量；和
控制装置，用于控制由燃料泵输送的受到重整的燃料和由阴极泵输送的阴极气体，以使得发电量可与利用燃料电池产生的电能来使负载运转所必需的所需发电量相等，其中：
阴极废气管连接至阴极流道，用于将从阴极流道释放出来的阴极废气传送到重整反应流道；并且
该控制装置被构造为执行：
重整碳量计算步骤，用于获得重整碳量C，它指示根据燃料供应量而提供至重整反应流道的碳量；
重整氧量计算步骤，用于根据所产生的发电量获得耗氧量，它指示在燃料电池的发电过程中而消耗的包含在阴极气体中的氧量，并且还根据阴极气体供应量获得了供氧量，它指示供应至阴极流道的氧量，随后从供应量中减去耗氧量而获得了阴极废气中的残留氧量，并且还根据残留的氧量获得重整氧量O，它指示供应至重整反应流道的氧量；和
重整碳量校正步骤，用于通过改变燃料泵的输送来校正重整碳量C，以使得重整氧量O与重整碳量C的比O/C可被保持在目标范围内。
通过本发明的燃料电池系统，与本发明的上述方面相似，在不使燃料电池系统复杂化的前提下，使用假定燃料电池中的实际发电状态计算的重整氧量O，以使得重整反应流道中的O/C被保持为适当的值是可能的。
附图说明
图1是根据一实施例的燃料电池系统结构的说明图；
图2是与用于控制根据该实施例的燃料电池系统的方法相关的初始控制流和主控制流的流程图；
图3是与根据该实施例的燃料电池系统控制方法相关的O/C·S/C计算程序的流程图；
图4是与根据该实施例的燃料电池系统控制方法相关的燃料增加/减少校正程序的流程图；
图5是与根据该实施例的燃料电池系统控制方法相关的发电量恢复程序的流程图；
图6是与根据该实施例的燃料电池系统控制方法相关的发电量改变程序的流程图；
图7是根据该实施例的另一燃料电池系统结构的说明图。
具体实施方式
下面描述了本发明上述第一和第二方面的优选实施例。
在本发明的第一方面中，用于控制燃料电池系统的方法最好还包括：
用于根据发电量来获得产生的水量的重整水量计算步骤，其中该水量是由在燃料电池中发电而产生于阴极流道中的水量；和根据所产生的水量来获得重整水量S的步骤，其中该水量被提供至重整反应流道。
当在重整碳量校正步骤中随着燃料泵输送的改变而校正重整碳量C时，还将重整水量S与重整碳量C之间的比值S/C保持在目标范围内。
在该情形中，除重整碳量计算步骤和重整氧量计算步骤之外，控制装置还执行重整水量计算步骤以便计算重整水量S，由此计算S/C。当改变燃料泵的输送以便在重整碳量校正步骤中校正重整碳量C时，该校正可被执行以使得S/C也可落在目标范围内，从而将重整反应流道中的S/C也保持为适当的值。
因此，使用假定燃料电池中的实际发电状态计算的重整氧量O，以使得重整反应流道中的S/C也被保持为适当的值是可能的，从而允许燃料电池系统稳定且有效地发电。
此外，优选的是，用于控制燃料电池系统的方法还包括：
发电量恢复步骤，其用于，如果燃料电池系统受到异常以便使发电量降低至所需发电量以下，则执行：重整碳量计算步骤，重整氧量计算步骤，重整水量计算步骤和重整碳量校正步骤，以及
根据由于发电量的降低引起的重整氧量O的增加，增加燃料泵的输送和增加重整碳量C，以使得上述O/C可落在目标范围内并且发电量被恢复以满足所需的发电量。
这是如何适应在燃料电池系统中发生一些异常以便使燃料电池中的发电量降低至所需的发电量之下的情形。即，在该情形中，发电量的降低导致了在燃料电池发电过程中所消耗的阴极气体中的氧量消耗的降低，从而通过增加阴极气体中余下的未使用的残留氧量，增加了提供至重整反应流道的重整氧量O。
因此，由于该发电量恢复步骤，控制装置可根据重整氧量O的增加而提高燃料泵的输送，以增加重整碳量C，从而将上述O/C保持在目标范围。此外，通过增加重整碳量C，燃料电池中的发电量可被恢复以便满足所需的发电量。
因此，将重整反应流道中的O/C保持为适当的值并且保持燃料电池中的发电量以满足所需的发电量是可能的，即使是在燃料电池系统处于异常情况的情形下。
将注意的是，燃料电池系统的异常情况包括，例如在重整反应流道中产生的阳极气体中的氢量由于某些原因而降低的情形；重整反应流道或燃料电池中的温度由于某些原因而降低的情形，等。此外，它们还可包括如果燃料电池例如是质子交换膜燃料电池或磷酸燃料电池时，电解体变干的情形。
此外，优选的是，用于控制燃料电池系统的方法还包括在恢复发电量步骤中的一个步骤，以限制燃料泵输送增加，从而在提高燃料泵的输送时，上述S/C可以不为1或比1更小。
将注意的是，在如上所述的燃料电池系统的控制方法中，重整碳量C通过使用重整氧量O作为参考值而被调节，以便将O/C保持为适当的值，因此先于S/C调节O/C。
因此，在发电量恢复步骤中，当通过提高燃料泵的输送来校正重整碳量C时，上述S/C被核对以使得其不等于或小于1。因此，可以防止S/C变为1或更小以使包含在受到重整的燃料中的剩余碳作为重整反应流道中未反应而因此恶化设置在重整反应流道中的重整催化剂等的情形发生。
优选的，重整装置设置有形成在重整反应流道附近的加热流道以用于进行燃烧反应，以使得该重整反应流道可被加热；和
该方法还包括在发电量恢复步骤的一个步骤，以便在燃料泵的输送由于上述S/C可能为1或更小而不能被提高时，用于抑制加热流道中的燃烧反应。
由于加热流道设置在重整反应流道附近，重整装置组合重整反应流道内的氧化反应和加热流道内的燃烧反应是很容易的，从而重整反应流道内的温度可被保持在适当的温度范围。此外，通过进行加热流道内的燃烧反应，降低在重整反应流道的氧化反应中消耗的受到重整的燃料量是可能的。
此外，如果燃料泵的输送由于S/C在发电量恢复步骤中变为1或更小时不会提高，这意味着提高至重整反应流道的重整氧量O过量，因此上述O/C被认为在目标范围之上。在该情形中，重整反应流道可由于重整氧量O的过剩而被过度加热。在该情形中，通过抑制被提供的用以加热重整反应流道的加热流道内的燃烧反应，重整反应流道内的温度可被保持为适当的水平。
此外，优选的是，用于控制燃料电池系统的方法包括：
发电量跟随步骤，用于如果所需的发电量增加，则重新确定以提高燃料泵和阴极泵的输送，另一方面，如果所需的发电量减少，则重新确定以降低燃料泵和阴极泵的输送，从而使发电量跟随所需的发电量；和
O/C校正步骤，用于在执行重整碳量计算步骤后执行重整氧量计算步骤，和在执行该发电量跟随步骤后再次执行重整水量计算步骤，如果上述O/C在目标范围之上，则提高燃料泵的输送并校正重整碳量C以便增加，以使得O/C可返回至目标范围；另一方面，如果上述O/C在目标范围之下，则降低燃料泵的输送并校正重整碳量C以便降低，以使得O/C可返回至目标范围。
在该情形中，控制方法被用于在需要的量被改变时使发电量跟随产生于燃料电池中所需的发电量。
即，在发电量跟随步骤中，如果所需的发电量增加，那么燃料电池中的发电量需要相应地增加，以使得控制装置根据发电量的增加来提高燃料泵和阴极泵的输送。因此，每一个泵的输送可被适当地重新确定。
另一方面，如果所需的发电量减少，那么燃料电池中的发电量需要相应地减少，以使得控制装置根据发电量的减少来降低燃料泵和阴极泵的输送。每一个泵的输送也可以相同的方式被适当地重新确定。因此，根据所需发电量的改变大小来相应地改变燃料电池的发电量是可能的。
在燃料电池的发电量改变后(在发电量跟随步骤后)，重整反应流道中的O/C可在目标范围之外。因此，在该情形中，作为O/C校正步骤，首先执行重整碳量计算步骤、重整氧量计算步骤、和重整水量计算步骤，以便分别计算重整碳量C、重整氧量O、和重整水量S，从而计算O/C和S/C。
如果O/C在目标范围之上，那么重整氧量O被认为过剩，从而燃料泵的输送被提高以便校正重整碳量C，以使得该重整碳量可能会增加。因此将O/C返回至目标范围，从而将其保持为适当值是可能的。另一方面，如果O/C在目标范围之下，那么重整氧量O被认为不足，从而燃料泵的输送被降低以便校正重整碳量C，以使得该重整碳量可能会减少。因此将O/C返回至目标范围，从而将其保持为适当值是可能的。
此外，用于控制燃料电池系统的方法优选的还包括在O/C校正步骤中的一个步骤，用于在燃料泵的输送提高时，限制燃料泵输送的提高，以使得上述S/C可以不等于或小于1。
在该情形中，如果在O/C校正步骤中看到S/C可以不等于或小于1时，如上所述，防止出现下述情形，即S/C变为1或更小以使包含在受到重整的燃料中的剩余碳作为重整反应流道中未反应的发生，因此恶化设置在重整反应流道中的重整催化剂。
此外，优选的是，重整装置可设置有形成在重整反应流道附近的加热流道以用于进行燃烧反应，以使得该重整反应流道可被加热；和
该方法还包括在O/C校正步骤中的一个步骤，以便在燃料泵的输送由于上述S/C可能为1或更小而不能被提高时用于抑制加热流道中的燃烧反应。
在该情形中，通过在O/C校正步骤中进行加热流道内的燃烧反应，如上所述，将重整反应流道内的温度容易地保持在适当的温度范围并且降低在重整反应流道的氧化反应中使用的受到重整的燃料量是可能的。此外，在该情形中，通过抑制被提供的用以加热重整反应流道的加热流道内的燃烧反应，重整反应流道内的温度可被保持为适当的水平。
在本发明的第二方面中，控制装置被优选地构造为：
执行用于根据发电量获得产生的水量的重整水量计算步骤，该产生的水量是由在燃料电池中发电而产生于阴极流道中的水量，并且根据该产生的水量来获得重整水量S，该重整水量是被提供至重整反应流道的水量；和
当在重整碳量校正步骤中改变燃料泵的输送同时校正重整碳量C时，还将重整水量S与重整碳量C之间的比值S/C保持在目标范围内。
在该情形中，除重整碳量计算步骤和重整氧量计算步骤之外，控制装置还执行重整水量计算步骤以便计算重整水量S，并由此计算S/C。当改变燃料泵的输送以便在重整碳量校正步骤中校正重整碳量C时，该校正可被执行以使得S/C也可落在目标范围内，从而将重整反应流道中的S/C也保持为适当的值。
因此，使用假定燃料电池中的实际发电状态计算的重整氧量O，以使得重整反应流道中的S/C也被保持为适当的值是可能的，从而允许燃料电池系统稳定且有效地发电。
此外，在本发明的第一和第二方面中，重整碳量C可被作为包含在提供至重整反应流道的受到重整的燃料中的碳原子(C)的摩尔量得到，并且重整氧量O可被作为包含在提供至重整反应流道的阴极气体中的氧原子(O)的摩尔量得到。此外，重整水量S可被作为在燃料电池的反应中所产生的水(H2O)的摩尔量得到。
此外，燃料电池中的发电量与提供至阳极流道的阳极气体中所消耗的氢量(在发电反应中消耗的氢量)，提供至阴极流道的阴极气体中耗氧量(在发电反应中消耗的氧量)，以及在这些消耗中产生的水量(产生的水量)密切相关。因此，在本发明中，由发电量检测装置检测的燃料电池中的发电量被用于获得耗氧量和重整水量，其中被消耗的氧量和重整水量被用于燃料电池系统控制方法中。
此外，上述O/C的目标范围可被设定为，例如O-1.2摩尔比，并且上述S/C的目标范围可被设定为，例如1-3摩尔比。
如果O/C在目标范围以上，通过利用受到重整的燃料和过剩的氧气而在重整反应流道内进行的氧化反应，不仅使重整反应流道过热，而且相对于产生的氢气还过度地消耗了受到重整的燃料，从而恶化了能量效率。
另一方面，如果O/C在目标范围以下，在重整反应流道内进行的氧化反应将不充分，从而降低了重整反应流道内的温度，因此由受到重整的燃料转化为氢气的效率可被恶化。
此外，没有必要总是按照执行重整碳量计算步骤，重整氧量计算步骤，和重整水量计算步骤的顺序来进行，相反，它们可以随机的顺序被执行。此外，这些步骤可被同时执行。
此外，重整碳量计算步骤，重整氧量计算步骤，重整水量计算步骤，以及重整碳量校正步骤可在燃料电池内的发电稳定后被执行。此外，重整碳量计算步骤，重整氧量计算步骤，重整水量计算步骤，以及重整碳量校正步骤可仅在燃料电池系统中发生一些异常而使上述发电量降低或上述所需发电量已经变为增加时被执行。
此外，在重整装置的重整反应流道中执行，例如通过受到重整的燃料和水并借助于重整催化剂而用于产生氢气、一氧化碳等的水蒸气重整反应，和通过使受到重整的燃料的一部分和氧气的燃烧而用于产生水、二氧化碳等的氧化反应是可能的。可以在通过水蒸气重整反应产生氢气的同时，进行与作为吸热反应的水蒸气重整反应相反的作为氧化反应的放热反应，从而使重整装置内的反应温度保持为较高。
此外，可以直接将重整装置的重整反应流道中产生的阳极气体提供至燃料电池的阳极流道。在该情形中，例如，燃料电池中的电解体可通过使氢分离金属层和由陶瓷制成的质子导体层叠置在彼此之上而形成，其中氢分离金属层用于使提供至阳极流道的阳极气体中的氢气透过，质子导体层用于使已经透过氢分离金属层的氢气在质子化状态下穿过，以使得它可到达阴极流道。
此外，提供氢分离金属以用于从重整装置和燃料电池之间的阳极气体中分离氢也是可能的，以使得已经穿过该氢分离金属的氢气可被提供至燃料电池的阳极流道。
此外，上述受到重整的燃料可以是，例如碳氢燃料，乙醇燃料，等。碳氢燃料可以是，例如气态燃料，如甲烷或乙烷；液化石油气，如丙烷或丁烷；或者是汽油，如辛烷。此外，乙醇可以是，例如甲醇，乙醇等。
(实施例)
下面参照图1-7描述根据本发明的燃料电池系统和对其控制的方法实施例。
(第一实施例)
如图1所示，该实施例的燃料电池系统1包括具有用于产生氢气的重整反应流道21的重整装置2，和用于利用该氢气发电的燃料电池3，在对该系统进行控制时，通过假设燃料电池3中的实际发电状态计算的重整氧量O可被用于将每一个O/C和S/C保持为适当的值，其中O/C是重整反应流道21中的重整氧量O与重整碳量C的比值，S/C是重整水量S与重整碳量C之间的比值。
即，如图1所示，重整装置2包括用于从受到重整的燃料F产生包含氢气的阳极气体Ga的重整反应流道21，和形成在流道21附近以便通过燃烧反应对其加热的加热流道22。燃料电池3还包括供给以重整反应流道21的阳极气体Ga的阳极流道32，供给以包含氧气的阴极气体Gc的阴极流道33，设置在这些阴极流道33和阳极流道32之间的电解体31，以及供给以用于冷却燃料电池3的冷却介质气体Gr的冷却介质流道34。
如图1所示，燃料电池系统1还包括燃料泵51，燃料供应量检测装置61，阴极泵52，阴极气体供应量检测装置62，发电量检测装置63，和控制装置7。
燃料泵51被设置用来向重整反应流道21提供受到重整的燃料F，阴极泵52被设置用来向阴极流道33提供阴极气体Gc。
燃料供应量检测装置61被设置用来检测燃料供应量Qf，它显示由燃料泵51提供的受到重整的燃料量，阴极气体供应量检测装置62被设置用来检测阴极气体供应量Qc，它显示由阴极泵52阴极气体供应量Qc，发电量检测装置63被设置用来检测由燃料电池3产生的发电量W。
此外，如图1所示，阴极废气管46连接至阴极流道33的出口以用于将从该流道释放出的阴极废气Oc传送至重整反应流道21的入口，以使得该重整反应流道21可利用阴极废气Oc以进行水蒸气重整反应和氧化反应。此外，阴极废气Oc包含在燃料电池3的发电过程中剩下的未使用的残留氧气，在燃料电池3的发电过程产生的水，和在燃料电池3的发电过程产生的高温热能，以使得在重整反应流道21中通过使用这些残留的氧气，产生的水，和高温热能来产生阳极气体Ga成为了可能。
此外，控制装置7被设置用来确定燃料泵51和阴极泵52的输送，以使得由发电量检测装置63检测的发电量W可等于燃料电池需要产生的以用于使负载8运转所需的发电量Wr。
将注意的是，所需的发电量Wr指的是燃料电池3需要产生的以用于使负载8运转的发电量W，从而控制装置7通过使用将所需的发电量Wr作为目标发电量来控制燃料电池3的发电。
如图2-4所示，控制装置7执行重整碳量计算步骤，重整氧量计算步骤，重整水量计算步骤，和重整碳量校正步骤，以便根据将被提供至重整反应流道21的重整氧量O来校正将被提供至重整反应流道21的重整碳量C。
即，如图3所示，在重整碳量计算步骤中，控制装置7根据由燃料供应量检测装置61检测到的燃料供应量Qf来获得将被提供至重整反应流道21的重整碳量C。
此外，如图3所示，在重整氧量计算步骤中，控制装置7首先根据由发电量检测装置63检测的发电量W来获得在燃料电池3中发电所消耗的阴极气体Gc中的耗氧量。此外，控制装置7根据由阴极气体供应量检测装置62检测的阴极气体供应量Qc来获得提供至阴极流道33的氧量。
随后，控制装置7从提供的氧量中减去耗氧量以便得到阴极废气Oc中的残留氧量。通过这种方式，根据所残留的氧量得到提供至重整反应流道21的重整氧量O。
再次如图3所示，在重整水量计算步骤中，控制装置7根据由发电量检测装置63检测的发电量W来获得在燃料电池3的发电过程中产生于阴极流道33的水量。控制装置7随后根据产生的水量来获得提供至重整反应流道21的水量S。
通过这种方式，可分别得到重整反应流道21中的重整碳量C，重整氧量O，和重整水量S。
随后，如图4所示，在重整碳量校正步骤中，控制装置7改变燃料泵51的输送以使得上述O/C和S/C可落在它们各自的目标值范围内。
即，在重整碳量校正步骤中，重整碳量C根据在重整氧量计算步骤中得到的重整氧量O来校正，以使得O/C可落在目标值范围内。此外，在该O/C的校正过程中，校正(改变)重整碳量C，以使得S/C不会处于目标值范围以外。在该实施例中假定O/C的目标值被选定为O和1.2之间，而S/C被选定为1和3之间。此外，该目标值范围指的是相对于目标值沿加和减的方向稍微扩展的范围。
下面是详细描述。
如图1所示，该实施例的燃料电池3中的电解体31通过使氢分离金属层311和由陶瓷制成的质子导体层312相互叠置而形成，其中氢分离金属层用于使提供至阳极流道32的阳极气体Ga中的氢气透过，质子导体层用于使已经透过氢分离金属层311的氢气在质子化状态下穿过，以使得它可到达阴极流道33。氢分离金属层311由包括钯(Pd)的金属制成，质子导体层312由BaCeO3基或SrCeO3基钙钛矿型氧化物制成。通过这些，燃料电池3可产生电能而无需使质子导体层312浸透水，因此可在高温下，例如300-600℃操作。
此外，产生于重整装置2的重整反应流道21内的阳极气体Ga的温度可被设定为300-600℃。因此，在该实施例中，重整反应流道21内的温度和燃料电池3的操作温度可被设定为大致相同，由此可直接将重整反应流道21内的阳极气体Ga提供至燃料电池3的阳极流道32。
此外，释放至阴极流道33的阴极废气Oc可在接近燃料电池3的操作温度的高温下被直接传送至重整反应流道21。
此外，如图1所示，电解体31具有形成在阳极流道32侧面的质子导体层312表面上的阳极电极321，和形成在阴极流道33侧面上的质子导体层312表面上的阴极电极331。此外，电池输出电线301连接在阳极电极和阴极电极之间，以用于从燃料电池3中提取电能，电池输出电线301连接至通过燃料电池3产生的电能运转的负载8。
此外，发电量检测装置63可测量电池输出电线301处的功率或电流值，以便检测由燃料电池3产生的发电量W。
此外，发电量检测装置63可用作检测燃料电池3的功率量的瓦特表。此外，由于燃料电池3产生的电能的电压一般来说是恒定的，因此发电量检测装置63还可用作例如检测燃料电池3的电流的安培计。
此外，燃料供应量检测装置61和阴极气体供应量检测装置62可用作流量计。
此外，如图1所示，重整反应流道21和燃料泵51通过燃料供给管41相互连接，以便从燃料泵51处将受到重整的燃料F供应至重整反应流道21。燃料供应量检测装置61沿着燃料供给管41设置。
此外，阴极流道33和阴极泵52通过阴极气体供给管43相互连接，以便从阴极泵52处将阴极气体Gc供应至阴极流道33。阴极气体供应量检测装置62沿着阴极气体供给管43设置。
此外，重整反应流道21的出口和阳极流道32的入口通过阳极气体供给管42相互连接，产生于重整反应流道21内的阳极气体Ga在该阳极气体供给管42内流动。
此外，阳极废气管45连接至阳极流道32的出口，以用于将从该出口释放出的阳极废气Oa传送至加热流道22的入口。重整装置2中的加热流道22被构造为通过使用包含在阳极废气Oa中的残留氢气(在燃料电池3的发电过程中未消耗的氢气)，包含在阳极气体Ga中的除氢气之外的其它物质(特别是可燃物质，如一氧化碳或甲烷)，和通过燃料电池3得到的热能等来进行燃烧反应。
此外，用于将冷却介质气体Gr提供至冷却介质流道34的冷却介质泵53通过冷却气体供给管44连接至燃料电池3中的冷却介质流道34。此外，用于将从出口释放的冷却介质废气Or传送至加热流道22的入口的冷却介质废气管47连接至冷却介质流道34的出口。该加热流道22被构造为通过使用包含在冷却介质废气，和通过燃料电池3得到的热能等来进行燃烧反应。
此外，受到重整的燃料F和阴极废气Oc通过重整反应流道21的混合阀461混合并被传送至重整反应流道21，此外，阳极废气Oa和冷却介质废气Or通过加热流道22的混合阀451混合并被传送至加热流道22。此外，加热流道22中的燃烧反应后释放的燃烧废气从连接至加热流道22出口的排气管48释放到燃料电池系统1的外部。
将注意的是，该实施例的受到重整的燃料F是碳氢燃料，而阴极气体Gc和冷却介质气体Gr是空气。
此外，控制装置7管理燃料电池系统1中的各种控制项目。控制装置7被构造为接收从发电量检测装置63，燃料供应量检测装置61，和阴极气体供应量检测装置62得到的检测值作为输入数据，并将用于操作这些的输出数据传送至燃料泵51和阴极泵52。
如图2所示，该实施例的控制装置7起动燃料电池系统1，以便首先在燃料电池3的发电开始阶段执行初始控制流，随后，在燃料电池3的稳定发电阶段，执行主控制流以监测燃料电池3的所需发电量Wr是否已经改变以及燃料电池3的发电量W是否下降。
如果在主控制流中发现燃料电池3中的发电量W已经下降，该装置按图5所示执行发电量恢复程序，如果发现所需的发电量Wr已经改变了，则按图6所示执行发电量改变程序。
此外，在初始控制流中，按图3所示执行O/C·S/C计算程序以便计算O/C和S/C，随后按图4所示执行燃料泵送量增加/减少校正程序以便改变燃料泵51的输送，由此根据重整氧量O校正重整碳量C。
此外，在主控制流中，按图5所示执行O/C·S/C计算程序以及燃料泵送量增加/减少校正程序，以便根据重整氧量O来校正重整碳量C，由此恢复燃料电池3中的发电量W。
此外，在主控制流的发电量改变程序中，按图6所示执行O/C·S/C计算程序以及燃料泵送量增加/减少校正程序，以便根据重整氧量O来校正重整碳量C，从而使燃料电池3中的发电量W跟随所需的发电量Wr。
下面参照图2-6详细描述控制燃料电池系统1的一个示例性方法。
(初始控制流)
在图2中，在燃料电池3的发电过程开始后，控制装置7接收燃料电池3需要产生的以用于使负载8运转的发电量Wr(步骤S01)，并且确定燃料泵51和阴极泵52的目标输送，以使得燃料电池3的发电量W可满足所需的发电量Wr(S02)。
将注意的是，发电量W满足所需的发电量Wr的条件指的是发电量W几乎等于所需的发电量Wr或者发电量W在预定需要范围内大于所需发电量Wr的状态。该需要范围可被设定在比所需的发电量Wr的值略高一点的值。
在确定燃料泵51和阴极泵52的输送时，控制装置7利用输送/发电量关系图，在该图中可事先得到泵51和52的输送与燃料电池3的发电量W之间的关系。输送/发电量关系图显示了燃料电池3中的发电量W在从燃料泵51供应至重整反应流道21的燃料量Qf和从阴极泵52供应至阴极流道33的阴极气体量Qc随状态改变时是如何改变的，这些状态为在燃料电池系统1中，重整反应流道21和燃料电池3内的温度被保持在预定的温度范围，并且燃料电池3中的阳极流道32和阴极流道33的压力被保持在预定的压力范围。
当燃料泵51和阴极泵52的目标输送被确定后，提供至重整反应流道21的重整碳量C和重整氧量O的绝对数量值可被确定。
此外，输送/发电量关系图还在图表中显示了当燃料泵51和阴极泵52的输送改变时重整反应流道21内的O/C和S/C是如何改变的。因此，当燃料泵51和阴极泵52的输送被确定后，重整反应流道21内的O/C和S/C目标值也可被确定。
随后，根据O/C可确定将在重整反应流道21内进行的氧化反应的速率，并且根据S/C可确定将在重整反应流道21内进行的水蒸气重整反应速率。此外，在该实施例中，由于加热流道22内的燃烧反应被用于加热重整反应流道21，因此尽可能地降低O/C是可能的，从而可尽可能地减少在氧化反应中消耗的受到重整的燃料F的量。
随后，操作燃料泵51和阴极泵52以便将受到重整的燃料F从燃料泵51供应至重整反应流道21，并且将阴极气体Gc从阴极泵52供应至阴极流道33(S03)。在该情形中，控制装置7可控制燃料泵51，以使得由燃料供应量检测装置61检测的供应燃料量Qf可与燃料泵51的目标输送相等，还可控制阴极泵52以使得由阴极气体供应量检测装置62检测的供应阴极气体量Qc可与阴极泵52的目标输送相等。
控制装置7随后调节燃料泵51和阴极泵52的输送直至燃料电池3中的发电得到稳定，因此实施控制以使得由发电量检测装置63检测的发电量W可满足负载8所需要的发电量(目标发电量)Wr。
通过这种方式，在重整反应流道21中，由燃料泵51供应的受到重整的燃料F和从阴极废气管46传送的阴极废气Oc中的热水(水蒸气)借助于设置在重整反应流道21内的重整催化剂而进行水蒸气重整反应，以便产生包含氢气的阳极气体Ga。此外，在重整反应流道21中，一部分受到重整的燃料F和阴极废气Oc中的高温氧气进行氧化反应，以便加热重整反应流道21的内部。此外，在加热流道22中，从阳极废气管45传送来的阳极废气Oa中的氢气、可燃物质等与从冷却介质废气管47传送来的冷却介质废气Or中的高温氧气进行燃烧反应，以便加热重整反应流道21。
此外，燃料电池3中的阳极流道32被供以来自重整反应流道21的阳极气体Ga，以使得阳极气体Ga中的氢气从阳极流道32处穿过电解体31的氢分离金属层311，并且在质子化状态下穿过电解体31的质子导体层312，以便到达燃料电池3的阴极流道33。在阴极流道33中，从阴极泵52供应的阴极气体Gc中的质子化氢和氧相互反应以便在燃料电池3中产生电能。
(O/C·S/C计算程序)
随后，当燃料电池3中的发电状态稳定后，控制装置7在O/C·S/C计算程序(S04)中计算O/C和S/C。
即，如图3所示，在O/C·S/C计算程序中，控制装置7首先利用燃料供应量检测装置61来检测供应至重整反应流道21的燃料量Qf(S041)。随后，在重整碳量计算步骤中，它(控制装置7)通过利用燃料供应量Qf和包含在受到重整的燃料F中的碳的摩尔数(S042)来获得供应至重整反应流道21的重整碳量C。
此外，控制装置7利用发电量检测装置63来检测燃料电池3内的发电量(S043)。随后，在重整水量计算步骤中，控制装置7根据发电量W而得到在燃料电池3的发电过程中产生于阴极流道33中的水量(S044)。在该情形中，使用产生的水量/发电量关系图是可能的，其中产生的水量与燃料电池3的发电量W之间的关系被事先获得。此外，在该实施例中，几乎所有的阴极废气Oc被传送至重整反应流道21，因此，供应至重整反应流道21的重整水量S可假定它几乎等于产生的水量而得到。
此外，在重整氧量计算步骤中，控制装置7根据发电量W来获得在燃料电池3的发电过程中消耗的阴极气体Gc中的耗氧量(S045)。在该情形中，使用耗氧量/发电量关系图是可能的，其中耗氧量与燃料电池3的发电量W之间的关系被事先获得。
此外，控制装置7利用阴极气体供应量检测装置62来检测供应至阴极流道33的阴极气体供应量Qc(S046)。随后控制装置7通过利用阴极气体供应量Qc和包含在阴极气体Gc中的氧的摩尔数来获得提供至阴极流道33的氧供应量(S047)。
控制装置7从氧供应量中减去耗氧量，以获得阴极废气Oc中残留的以摩尔数计的氧量。此外，在该实施例中，由于几乎所有的阴极废气Oc被传送至重整反应流道21，因此可假定提供至重整反应流道21的重整氧量O几乎等于残留的氧量而得到该重整氧量O(S048)。
通过这种方式，可得到提供至重整反应流道21的重整碳量C，重整氧量O，和重整水量S的摩尔数，并且控制装置7得到了重整反应流道21中的O/C和S/C(S049)。
(燃料泵送量增加/减少校正程序)
随后，如图4所示，在燃料泵送量增加/减少校正程序(S05)中，控制装置7判定通过上面的计算得到的O/C值是否落在重整碳量校正步骤的目标值范围内(S051)。如果O/C值在目标值范围内(在S051中为“是”)，则不需要校正燃料泵51的输送，因此程序立即终止燃料泵送量增加/减少校正程序。
另一方面，如果O/C值不在目标值范围内(在S051中为“否”)，则程序判定O/C值是否大于目标值(S052)。如果O/C值大于目标值(在S052中为“是”)，则程序判定重整碳量C的比例不足并且获得重整碳量C的不足量以使其满足O/C目标值。根据重整碳量C的不足量，程序获得用来满足O/C目标值所需要的临时重整碳量C’。此外，该程序计算出将该临时的重整碳量C’供应至重整反应流道21所需要的燃料泵51的输送的增加(输送增加)(S053)。
另一方面，如果O/C值小于目标值(在S052中为“否”)，则程序判定重整碳量C的比例过大并且根据重整氧量O来获得重整碳量C需要被减少的过剩量以使其满足O/C目标值。根据重整碳量C的过剩量，程序计算出用于满足目标O/C值所需要的燃料泵51的输送的减少(输送减少)(S054)。
此外，在计算来自燃料泵51的输送增量后(在S053后)，用临时重整碳量C’和重整水量S来获得S/C’。该程序判定S/C’是否大于1(S056)。如果S/C’大于1(S056为“是”)，则程序确定该临时重整碳量C’作为将被提供至重整反应流道21的重整碳量C，并且还确定燃料泵51的输送增加。
另一方面，如果S/C’等于或小于1(S056为“否”)，为了将S/C’设定为大于1的值，该程序重新计算临时重整碳量C’(S057)。该程序确定临时重整碳量C’的值以使得S/C’可为大于1的适当值，将这样的临时重整碳量C’作为提供至重整反应流道21的重整碳量C，以便校正地减少燃料泵51的输送增加以适应该重整碳量C(S058)。
通过这种方式，即通过重新计算临时重整碳量C’以使得S/C’可不等于或小于1，可防止由于过量的碳被提供至重整反应流道21，而在重整反应流道21内留下未反应的碳，从而导致设置在重整反应流道21内的重整催化剂等的恶化。
随后，在来自燃料泵51的输送增加被校正而减少后(在S058后)，假设在提供至重整反应流道21中的重整氧量O的比例超过了重整碳量C，并且O/C值超过了目标值，那么重整反应流道21可能被过度加热。因此，为了将重整反应流道21内的温度保持为适当的值，该程序计算为抑制加热流道22内的燃烧反应所需的热量的减少(S059)。根据加热流道22的热量的减少，用于加热加热流道22的燃烧反应被抑制了(S060)。为了抑制加热流道22的燃烧加热，也可释放流过阳极废气管45的一部分阳极气体Ga。
根据所计算的燃料泵51的输送增加或减少，改变燃料泵51的输送(S061)。
通过执行燃料泵送量增加/减少校正程序，与得到的重整氧量O被用于考虑燃料电池3中的发电量W相反，调节燃料泵51的输送以使得O/C可被保持为目标值范围是可能的，通过这些，电能可在燃料电池3中适当地产出。
(主控制流)
如图2所示，在燃料电池系统1中，在O/C和S/C中的每一个都处于目标值范围的条件下起动控制后，发电量检测装置63被用于检测燃料电池3中的发电量W(S06)。该程序监测燃料电池3中的发电量W是否满足所需的发电量Wr。即，控制装置7顺序监测发电量W是否满足所需的发电量Wr(S07)以及所需的发电量Wr是否改变了(S09)。
如果发电量W已降低至所需发电量Wr以下(S07为“是”)，则程序执行发电量恢复程序(S08)。(发电量恢复程序)
如果发电量W小于所需的发电量Wr，则怀疑燃料电池系统1出现了一些异常。在该情形中，由于发电量W减少了，在燃料电池3的发电过程中消耗的阴极气体Gc中的耗氧量也减少了，因此由于这些减少量，阴极废气Oc中的残留氧量增加了，于是增加了将被提供至重整反应流道21的重整氧量O。
因此，通过执行下面的发电量恢复程序，燃料泵51的输送可根据重整氧量O的增加而增加，并且通过增加重整碳量C，上述O/C被保持在目标值范围内，以用于恢复发电量W以使其满足所需的发电量Wr。
即，如图5所示，如上所示，在作为发电量恢复步骤的发电量恢复程序(S08)中，程序执行O/C·S/C计算程序(S081)以便再次计算O/C和S/C，并且还执行上述燃料泵送量增加/减少校正程序(S082)，以便适当地改变燃料泵51的输送。特别地，为了将O/C值保持在目标范围内，重整碳量C根据重整氧量O的增加而增加，由此增加燃料泵51的输送。
此后，发电量检测装置63被用于再次检测燃料电池3中的发电量W(S083)。随后，该程序判定发电量W是否得到了恢复，即，发电量是否满足所需的发电量Wr(S084)。如果发电量W被恢复(S084为“是”)，则程序终止发电量恢复程序。
另一方面，如果即使是O/C·S/C计算程序和燃料泵送量增加/减少校正程序被执行后，发电量W仍未得到恢复(S084为“否”)，则可认为发电量W不能仅通过增加燃料泵51的输送而得到恢复，因此程序增加阴极泵52的输送(S085)。通过增加阴极泵52的输送，阴极废气Oc中的残留氧量增加，从而增加了重整氧量O。因此，可以认为通过再次执行O/C·S/C计算程序和燃料泵送量增加/减少校正程序，发电量W可被恢复。
此外，阴极泵52的输送一点一点地阶梯式增加，以便重复S081至S085的程序，直到发电量W被恢复(直到S084给出“是”的判定结果)，由此发电量恢复程序终止。
由此，在O/C和S/C中的每一个都尽可能地保持在目标值范围内的条件下，恢复燃料电池3中的发电量W以使其满足所需的发电量Wr是可能的，即使在燃料电池系统1中出现一些异常。
将注意的是，当燃料电池系统1从异常情况恢复至正常情况以便增加发电量W时，燃料泵51的输送可被恢复到初始状态(增加/减少校正之前的状态)。
随后，如果燃料电池3中需要产生的发电量Wr在示于图2的主控制流中改变(S09为“是”)，该程序执行发电量改变程序(S10)。
(发电量改变程序)
如果燃料电池3中需要产生的发电量Wr被改变，有必要使燃料电池3中的发电量W跟随改变后的所需发电量Wr。因此，在发电量改变程序中，通过适当地改变燃料泵51和阴极泵52的输送，发电量W被致使跟随改变后的所需发电量Wr。
即，如图6所示，在作为发电量跟随步骤的发电量改变程序(S10)中，控制装置7首先重新采用改变后的所需发电量Wr(S101)并且使用该输送/发电量关系图，用以重新确定燃料泵51和阴极泵52的输送，以使得发电量W可满足所需的发电量Wr(S102)。
特别地，如果所需的发电量Wr改变为增加，控制装置7重新确定以增加燃料泵51和阴极泵52的输送，另一方面，如果所需的发电量Wr改变为减少，那么控制装置7重新确定以减少燃料泵51和阴极泵52的输送。
随后，控制装置7改变燃料泵51和阴极泵52的输送(S103)。因此，使燃料电池3中的发电量W跟随所需的发电量Wr是可能的。
随后，作为O/C校正步骤，程序执行上述O/C·S/C计算程序(S104)以便重新计算O/C和S/C，并且同时执行上述燃料泵送量增加/减少校正程序(S105)以便适当地改变燃料泵51的输送。
特别地，如果O/C在目标值范围以上，那么燃料泵51的输送增加并且重整碳量C也相应地增加。另一方面，如果O/C低于目标值范围，那么燃料泵51的输送减少并且重整碳量C也相应地减少。因此，当发电量W被改变以跟随所需的发电量Wr时，即使O/C值已处于目标值范围之外，使O/C再次返回至目标值范围是可能的。
在这之后，发电量检测装置63被用于重新检测燃料电池3中的发电量W(S106)。随后，程序判定发电量W是否在所需的发电量Wr范围之内(S107)。如果发电量W在所需的发电量Wr范围之内(S107为“是”)，则程序终止发电量改变程序。将注意的是，所需的发电量Wr范围可被设定在从几乎等于所需的发电量Wr的值至略大于所需的发电量Wr的值之间的范围。
另一方面，如果发电量W在所需的发电量Wr范围之外(S107为“否”)，则可认为发电量W不能仅通过增加燃料泵51的输送而得到恢复，因此增加或减少阴极泵52的输送。
即，首先程序判定发电量W是否小于所需的发电量Wr(S108)。如果发电量W小于所需的发电量Wr(S108为“是”)，该程序增加阴极泵52的输送(S109)。这样做，阴极废气Oc中的残留氧量增加以便增加重整氧量O，从而可认为当O/C·S/C计算程序(S104)和燃料泵送量增加/减少校正程序(S105)被再次执行时，重整碳量C被增加以便增加发电量W。
另一方面，如果发电量W在所需的发电量Wr之上(S108为“否”)，该程序减少阴极泵52的输送(S110)。这样做，阴极废气Oc中的残留氧量减少以便减少重整氧量O，从而可认为当O/C·S/C计算程序(S104)和燃料泵送量增加/减少校正程序(S105)被再次执行时，重整碳量C被减少以便减少发电量W。
在该情形中，阴极泵52的输送一点一点地阶梯式增加或减少，以便重复S104至S110的程序，直到发电量W落在所需的发电量Wr范围内(直到S107给出“是”的结果)，由此发电量改变程序终止。
通过这种方式，即使所需的发电量Wr被改变以增加或减少，控制装置7可改变燃料电池3中的发电量W，以使得发电量可在O/C和S/C被尽可能的保持在目标范围的条件下跟随所需的发电量Wr。
此外，在图2中，控制装置7可接收发电终止信号，以便适当地终止燃料电池3中的发电过程。
在该实施例中，加热流道22中的加热程度仅在S/C’为1或更小时发生改变。但是，加热流道22中的加热程度也可在燃料泵51和重整碳量C的输送改变时根据重整碳量C发生改变。
即，为了增加燃料泵51的输送，加热流道22中的加热程度可被增加，以使得重整反应流道21内的温度可被保持为适当的水平。另一方面，为了减少燃料泵51的输送，加热流道22中的加热程度可被减少，以使得重整反应流道21内的温度可被保持为适当的水平。
此外，如图7所示，在阳极废气管45中，燃料电池3中的阳极流道32的出口可设置阳极调节器511以用于提高阳极流道32内的压力。如果燃料电池3中的发电量W已经降低，那么可减少阳极调节器511的开度。这样做，阳极流道32内的压力升高以便增加燃料电池3中的发电量，由此能更快地恢复发电量W。一旦发电量W得到了恢复，阳极调节器511的开度可返回至初始状态。
此外，如图7所示，如果冷却介质泵53是使用液体来冷却燃料电池3的液体冷却型，那么加热流道22的入口可设置加热流道泵54以用于将空气等供应至加热流道22。
正如上面所述，在该实施例中，燃料电池3中的发电量W已被检测以用于通过使用根据发电量W而得到的重整氧量O来校正重整碳量C，因此重整反应流道21内的O/C值可等于目标值。因此，适当地校正重整碳量C，从而将重整反应流道21中的O/C保持为适当的值是可能的。此外，在重整碳量C的校正过程中，需注意S/C可不等于或小于1，由此能同时将重整反应流道21中的S/C保持为适当的值。
此外，在该实施例中，从阴极流道33释放出来的几乎所有阴极废气Oc通过阴极废气管46供应至重整反应流道21。在阴极废气管46不具有控制阀等的前提下，O/C和S/C中的每一个可被保持为适当的值。控制将被提供至重整反应流道21的重整氧量O和重整水量S。
因此，通过根据该实施例的燃料电池系统1和对其控制的方法，在不使燃料电池系统1复杂化的前提下，通过使用假定燃料电池3中的实际发电状态而计算的重整氧量O来将重整反应流道21中的O/C和S/C中的每一个保持为适当的值是可能的。

Claims (10)

1.一种用于控制燃料电池系统的方法，该系统包括：
重整装置，其具有重整反应流道以用于从受到重整的燃料产生包含氢气的阳极气体；
燃料电池，其具有阳极流道、阴极流道和设置在该阴极流道和该阳极流道之间的电解体，通过从该重整反应流道提供阳极气体而将包含在阳极气体中的氢气供应至该阳极流道，将包含氧气的阴极气体供应至该阴极流道；
燃料泵，其用于将受到重整的燃料供应至重整反应流道；
燃料供应量检测装置，其用于检测所提供的燃料量，它指示由燃料泵供应的受到重整的燃料量；
阴极泵，其用于将阴极气体供应至阴极流道；
阴极气体供应量检测装置，其用于检测所提供的阴极气体量，它指示由阴极泵供应的阴极气体量；
发电量检测装置，其用于在检测燃料电池中产生的电量；和
控制装置，其用于控制由燃料泵输送的受到重整的燃料和由阴极泵输送的阴极气体，以使得发电量可等于利用燃料电池产生的电能来使负载运转所必需的所需发电量，其中：
阴极废气管，该阴极废气管连接至该阴极流道，用于将从阴极流道释放出来的阴极废气传送到重整反应流道；和
该方法包括：
重整碳量计算步骤，用于根据燃料供应量获得重整碳量C，它指示供应至重整反应流道的碳量；
重整氧量计算步骤，用于根据所产生的发电量获得耗氧量，它指示在燃料电池中发电而消耗的包含在阴极气体中的氧量，并且还根据阴极气体供应量获得供氧量，它指示供应至阴极流道的氧量，随后从供应量中减去耗氧量而获得阴极废气中的残留氧量，并且还根据残留的氧量获得重整氧量O，它指示供应至重整反应流道的氧量；和
重整碳量校正步骤，用于通过改变燃料泵的输送来校正重整碳量C，以使得重整氧量O与重整碳量C的比O/C可被保持在目标范围内。
2.根据权利要求1的用于控制燃料电池系统的方法，该方法还包括：
重整水量计算步骤，用于根据燃料电池的发电量来获得产生于阴极流道中的水量，并且根据所产生的水量来获得供应至重整反应流道的重整水量S；和
当在重整碳量校正步骤中随着燃料泵输送的变化来校正重整碳量C时，也将重整水量S与重整碳量C的比S/C保持在目标范围内。
3.根据权利要求2的用于控制燃料电池系统的方法，该方法还包括：
发电量恢复步骤，用于：
如果燃料电池系统受到异常以使发电量降至所需的发电量之下，执行重整碳量计算步骤，重整氧量计算步骤，重整水量计算步骤，和重整碳量校正步骤，和
根据由于发电量的减少导致的重整氧量O的增加，增加燃料泵的输送并增加重整碳量C，以使得上述O/C可落在所述目标范围内并且发电量被恢复以满足所需的发电量。
4.根据权利要求3的用于控制燃料电池系统的方法，该方法还包括在所述发电量恢复步骤中的一个步骤，该步骤用于限制燃料泵输送的增加，以使得在燃料泵的输送增加时上述S/C可不等于或小于1。
5.根据权利要求4的用于控制燃料电池系统的方法，其中重整装置具有形成在重整反应流道附近的加热流道，其用于执行燃烧反应以使得重整反应流道可被加热；和
该方法还包括在所述发电量恢复步骤中的一个步骤，该步骤在燃料泵的输送由于上述S/C可能为1或更小而不能被增加时，用于抑制加热流道内的燃烧反应。
6.根据权利要求2的用于控制燃料电池系统的方法，该方法还包括：
发电量跟随步骤，用于如果所需发电量被改变为增加，重新确定以增加燃料泵和阴极泵的输送，另一方面，如果所需的发电量被改变为减少时，重新确定以减少燃料泵和阴极泵的输送，从而使发电量跟随所需的发电量；和
O/C校正步骤，用于在发电量跟随步骤被执行后再次执行重整碳量计算步骤，重整氧量计算步骤，和重整水量计算步骤，如果上述O/C在所述目标范围之上，则增加燃料泵的输送并校正重整碳量C以使其增加，从而使该O/C可返回至所述目标范围，另一方面，如果上述O/C在所述目标范围之下，则减少燃料泵的输送并校正重整碳量C以使其减少，从而该O/C可返回至所述目标范围。
7.根据权利要求6的用于控制燃料电池系统的方法，该方法还包括在所述O/C校正步骤的一个步骤，该步骤用于限制燃料泵输送的增加，以使得上述S/C在燃料泵输送增加时可不等于或小于1。
8.根据权利要求7的用于控制燃料电池系统的方法，其中重整装置具有形成在重整反应流道附近的加热流道，其用于执行燃烧反应以使得重整反应流道可被加热；和
该方法还包括在所述O/C校正步骤的一个步骤，该步骤用于在燃料泵的输送由于上述S/C可能为1或更小而不能被增加时抑制加热流道中的燃烧反应。
9.一种燃料电池系统，包括：
重整装置，其具有重整反应流道以用于从受到重整的燃料产生包含氢气的阳极气体；
燃料电池，其具有阳极流道、阴极流道和设置在该阴极流道和该阳极流道之间的电解体，通过从重整反应流道提供阳极气体而将包含在阳极气体中的氢气供应至该阳极流道，将包含氧气的阴极气体供应至该阴极流道；
燃料泵，其用于将受到重整的燃料供应至重整反应流道；
燃料供应量检测装置，其用于检测所提供的燃料量，它指示由燃料泵供应的受到重整的燃料量；
阴极泵，其用于将阴极气体供应至阴极流道；
阴极气体供应量检测装置，其用于检测所提供的阴极气体量，它指示由阴极泵供应的阴极气体量；
发电量检测装置，其用于检测燃料电池中产生的电量；和
控制装置，其用于控制由燃料泵输送的受到重整的燃料和由阴极泵输送的阴极气体，以使得发电量可等于利用燃料电池产生的电能来使负载运转所必需的所需发电量，其中：
阴极废气管，该阴极废气管连接至阴极流道，用于将从阴极流道释放出来的阴极废气传送到重整反应流道；并且
该控制装置被构造为执行：
重整碳量计算步骤，其用于获得重整碳量C，它指示根据燃料供应量而提供至重整反应流道的碳量；
重整氧量计算步骤，其用于根据所产生的发电量获得耗氧量，它指示在燃料电池中发电而消耗的包含在阴极气体中的氧量，并且还根据阴极气体供应量获得供氧量，它指示供应至阴极流道的氧量，随后从供应量中减去耗氧量而获得阴极废气中的残留氧量，并且还根据残留的氧量获得重整氧量O，它指示供应至重整反应流道的氧量；和
重整碳量校正步骤，其用于通过改变燃料泵的输送来校正重整碳量C，以使得重整氧量O与重整碳量C的比O/C可被保持在目标范围内。
10.根据权利要求9的燃料电池系统，其中控制装置被构造为：
执行重整水量计算步骤，其用于根据燃料电池的发电量来获得产生于阴极流道中的水量，并且根据所产生的水量来获得供应至重整反应流道的重整水量S；和
当在重整碳量校正步骤中随着燃料泵输送的改变来校正重整碳量C时，也将重整水量S与重整碳量C的比S/C保持在目标范围内。
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