[发明专利]用于燃料电池中热控制的方法和设备

权利要求书

1.一种高温燃料电池系统，包括：

燃料电池堆叠、压缩机、阀和控制器，

所述燃料电池堆叠包括至少一个燃料电池，每个燃料电池包括电解质、阳极和阴极，所述压缩机被布置成将氧化剂的至少一部分供应至所述至少一个燃料电池的所述阴极，燃料被布置成供应至所述至少一个燃料电池的所述阳极，所述燃料电池被布置成将来自所述至少一个燃料电池的所述阳极的未使用的燃料的一部分供应至燃烧器，氧化剂被布置成供应所述燃烧器，所述燃烧器被布置成将所述燃烧器的废气供应至热交换器的第一入口至所述阀，来自所述压缩机的所述氧化剂的所述至少一部分和来自所述至少一个燃料电池的所述阴极的未使用的氧化剂被布置成被供应至所述热交换器的第二入口以预热被供应至所述至少一个燃料电池的所述阴极的所述氧化剂，所述热交换器包括温度传感器，所述温度传感器被配置成测量在所述热交换器的所述第二入口处的温度，所述热交换器被布置成将来自所述压缩机的所述氧化剂的所述至少一部分和来自所述至少一个燃料电池的所述阴极的所述未使用的氧化剂从所述热交换器的第二出口供应至所述至少一个燃料电池的所述阴极；

所述控制器被配置成确定所述高温燃料电池的燃烧器温度，所述高温燃料电池包括燃料电池堆叠和燃烧器，所述燃料电池堆叠包括至少一个燃料电池，所述控制器被配置成将所述燃烧器温度与预先确定的燃烧器温度设定点比较以确定在测量的燃烧器温度和所述预先确定的燃烧器温度设定点之间的燃烧器温度差，以及通过控制氧化剂阀来控制被供应至所述燃烧器的氧化剂的量，以减少或增加被供应至所述燃烧器的所述氧化剂的量，从而减小所述燃烧器温度差并且控制燃料电池堆叠入口温度；

其中所述控制器被配置成确定预先确定的燃料电池堆叠电流设定点；以及基于所述预先确定的燃料电池堆叠电流设定点来确定改变所述预先确定的燃烧器温度设定点的校正功能，以减小所述燃烧器温度差并且控制所述燃料电池堆叠入口温度；

将第一误差值计算为在预先确定的堆叠入口温度和测量的堆叠入口温度之间的差，所述第一误差值被并入到所述预先确定的堆叠入口温度以递送温度补偿，所述温度补偿与预先确定的燃烧器温度设定点组合，以实现校正的燃烧器温度，然后所述校正的燃烧器温度被送至控制器，所述控制器将校正的燃烧器温度和从接收器接收的测量的燃烧器温度进行比较，并且将第二误差值计算为在校正的燃烧器温度和测量的燃烧器温度之间的差；

被注入到所述燃料电池系统中的燃料被控制为与在燃料电池中流动的电流成比例；

通过燃料利用率的变化来控制各个所述燃料电池中的温度。

2.根据权利要求1所述的高温燃料电池系统，其中所述控制器被配置成通过测量所述至少一个燃料电池的温度，确定所述燃料电池堆叠温度，以及将测量的堆叠温度与预先确定的堆叠入口温度比较以确定堆叠温度差并且确定改变所述预先确定的燃烧器温度设定点的校正功能以减小所述堆叠温度差。

3.根据权利要求1所述的高温燃料电池系统，其中通过控制所述阀或者涡轮发电机的旋转速度，来控制供给到所述燃料电池堆叠的氧化剂的量。

4.根据权利要求1所述的高温燃料电池系统，其中所述燃料电池堆叠包括许多燃烧器和位于每个燃烧器的每个出口处的温度传感器。

5.根据权利要求3或4所述的高温燃料电池系统，其中所述燃料电池堆叠包括许多集成块，并且每个燃料电池模块设置有温度传感器。

6.根据权利要求5所述的高温燃料电池系统，其中所述温度传感器是热电偶。

7.根据权利要求1所述的高温燃料电池系统，其中所述控制器被配置成使用由许多温度传感器测量的堆叠温度来确定第二温度差。

8.根据权利要求4所述的高温燃料电池系统，其中所述控制器被配置成从各个所述温度传感器计算平均值燃烧器温度、众数燃烧器温度或中位数燃烧器温度和/或测量的堆叠温度。

9.根据权利要求1所述的高温燃料电池系统，其中所述控制器被配置成经由比例积分微分控制器确定平均燃烧器温度差。