使对安全气体的需求最小的设备和方法
【专利摘要】本发明关注于一种使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备，该燃料电池系统中的各个燃料电池包括阳极侧(100)、阴极侧(102)和在阳极侧和阴极侧之间的电解质(104)，该燃料电池被设置在燃料电池堆(103)中，并且该燃料电池系统包括用于反应物的燃料电池系统管道，以及用于向燃料电池的阳极侧(100)供给燃料的装置(108)。该设备包括：向至少两个燃料电池堆(103)或燃料电池堆(103)组分别提供预定电压以抑制阳极(100)的氧化的用于电阳极保护的装置(122)；足以向用于电阳极保护的装置(122)提供电能达至少预定最短时间的能量源(120)；用于降低该预定电压以分别针对至少两个堆(103)或堆(103)组将阳极保护电流限制于预定最大电流值的装置(124)；以及用于在利用向燃料电池的阳极侧(100)供给燃料的装置(108)不能抑制阳极氧化的情形中，可靠地触发用于电阳极保护的装置(122)的装置(126)。
【专利说明】使对安全气体的需求最小的设备和方法
【技术领域】
[0001]世界上的大部分能量是通过石油、煤、天然气和核能产生的。例如就可用性和对于环境的亲和性而言，所有这些产生方法都具有它们的特定问题。就环境而言，特别是当石油和煤燃烧时导致污染。与核能有关的问题至少是用过的燃料的存储。
[0002]特别因为环境问题，已经开发了对环境更友好的、并且例如具有比上述能源具有更高效率的新能源。燃料电池设备被认为是有前途的能源转换设备，燃料(例如生物气体)通过该燃料电池设备经由环境友好处理中的化学反应直接转化成电流。
【背景技术】
[0003]如图1所示，燃料电池包括阳极侧100和阴极侧102以及在它们之间的电解质材料104。如附图1中的箭头表示，燃料116被供给至阳极侧并且空气106被供给至阴极侧，因而阴极也叫做“空气电极”。在固体氧化物燃料电池(SOFC)中，氧(例如，空气106)被供给到阴极侧102，并且其借助经由外部电路111从阳极接收电子而还原成负氧离子。负氧离子穿过电解质材料104到阳极侧100，在阳极侧100处负氧离子与燃料116反应生成水并且通常也生成二氧化碳(C02)。在阳极100和阴极102之间是包括用于燃料电池的负载110在内的外部电路111。
[0004]在图2中示出了作为高温燃料电池装置的示例的SOFC装置。SOFC装置可利用例如天然气，生物气，甲醇或含烃混合物的其它化合物作为燃料。图2中的SOFC装置包括:堆形式103(S0FC堆)的超过一个通常多个燃料电池。各个燃料电池包括如图1中所示出的阳极100和阴极102结构。通过各个阳极，在反馈设备109中，用过的燃料的一部分被再循环。通过使用测量装置115 (例如燃料流量计，电流表和温度计)，实现对能够通过阳极侧100而被再循环的气体的必要测量。在反馈设备109中，在阳极侧100所用的气体的仅仅一部分通过阳极被再循环，而气体的其它部分从阳极100排出114。
[0005]图2中的SOFC装置还包括燃料热交换器105和重组器107。热交换器用于控制燃料电池处理中的热条件，并且可以将超过一个热交换器设置在SOFC装置的不同位置。循环气体中多余的热量在一个或多个热交换器105中被恢复以在SOFC装置或外部热恢复单元中利用。重组器107是将诸如例如天然气的燃料转换为适合于燃料电池的成分的装置，例如转换为包含氢和甲烷、二氧化碳、一氧化碳和惰性气体的成分。然而，在各个SOFC装置中，不是必须具有重组器。
[0006]固体氧化物燃料电池(SOFC)装置是电化学转换设备，其从燃料的氧化中直接产生电。SOFC装置的优点包括高效率、长期稳定性、低排放以及成本。主要的缺点是高操作温度，其导致启动时间长、以及机械和化学两者的兼容性问题。固体氧化物燃料电池(SOFC)在600-1000°C的温度下操作。
[0007]固体氧化物燃料电池(SOFC)的阳极通常包含大量的镍，如果空气不是还原性的，则其易形成氧化镍。如果镍氧化物形成严重，电极的形态将不可逆地改变，导致电化学活性的重大损失或甚至造成电池故障。因此，在启动和关闭期间，SOFC系统要求包含还原剂(诸如使用诸如氮气这样的惰性气体稀释的氢)的安全气体，以防止燃料电池的阳极氧化。在实际系统中，安全气体的量必须最小，因为过大量的例如包含氢的加压气体作为要求空间的部件是昂贵且有问题的。
[0008]通过在阳极流通道维持还原性的氛围可以阻止阳极的氧化。通过供给燃料或以足以还原所有到达阳极的氧气的比率的例如含有氢气的气体的其它还原物质可以维持还原条件。如果还原气体具有高的氢(或等价氢)含量，则所需流量是相当小的，并且如果可以使用普通的燃料，则并不需要额外的气体源。通过合适的处理和安全设备，在正常操作期间以及在启动和受控关闭期间，普通燃料可用于保持在阳极的还原氛围。但是，在由于例如气体报警的紧急关闭(ESD)情况下，所有可燃气体的供给必须立即中断。如果在阳极处仍然需要氢气，则必须以足够低的氢含量的稀释混合物的形式供给，以不以任意混合比与空气形成爆炸性混合物。对于氢氮混合物，氢的含量应不高于5%，以满足这个准则。相对于供给纯净的氢气，这将所需体积流量增加到20倍。
[0009]根据相关技术应用，通过阳极的再循环，使正常启动和关闭期间的运行时反应物的量最小，即，将未使用的安全气体循环回环路，因为在启动情形下同时需要运行时反应物和加热时间的最小，并且同样在关闭情形下同时需要运行时反应物和系统冷却的最小。在所述再循环处理中，最小启动加热时间也同样是可能的，因为在该处理中热能也可以与未使用的气体一起再循环。但是，在例如可以由气体报警或停电引起的紧急关闭(ESD)中，将不存在可用主动再循环，增加所需安全气体的量。此外，在ESD期间，阴极空气流也不会冷却该系统，因为鼓风机必须关闭，并且因此，需要的安全气体的量更加增加，因为将系统冷却至不会发生镍氧化的温度的时间甚至是主动关闭情形下的三倍。
[0010]在ESD的情形下，所要求的气体的总量是通过将系统冷却到阳极氧化温度下方所要求的时间来确定的。由于在紧急冷却期间没有可用的主动冷却机制，那么对于良好的绝热系统，冷却时间会高达数十小时。这意味着需要结合燃料电池单元的大的安全气体存储。除了增加成本，气体存储还显著增加了燃料电池系统安装的空间要求。此外，气体存储和运送物流(瓶或瓶架更换)带来燃料电池系统环境的额外要求和每次更换的成本。总之，巨大量的净化气体(即，安全气体)的需求是燃料电池系统在许多应用中的可行性的重大障碍。
[0011]在专利申请文件US2002/028362中，提出了在关闭或燃料损耗事件期间在高温燃料电池系统中的阳极氧化保护的方法。在US2002/028362中的一个方法中，通过以下来在熔融碳酸盐或固体氧化物燃料电池的阳极周围保持还原氛围:(a)监测燃料电池产生的电势；以及(b)施加穿过燃料电池的外部电势，以使每当燃料电池的输出电压下降到预定电平下方时，电流以与在燃料电池的正常操作期间的电流相反的方向流过燃料电池。在所述降到预定电压电平下方之后应用外部电源，在实践中，该预定电压电平是相当低的电压电平。至少在较低的操作温度，这些种类的实施方式并不成功防止阳极氧化。在紧急关闭(ESD)情形下，所描述的类型的方法不能如此使用。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是实现燃料电池系统，其中可以减少在关闭情形下的阳极氧化以使对安全气体的需要最小。这是通过使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备来实现的，在燃料电池系统中的各个燃料电池包括:阳极侧、阴极侧、和在阳极侧和阴极侧之间的电解质，燃料电池被设置在燃料电池堆中，且燃料电池系统包括用于反应物的燃料电池系统管道和用于向燃料电池的阳极侧供给燃料的装置。所述设备包括:用于电阳极保护的装置，其分别向至少两个燃料电池堆或燃料电池堆组提供预定电压以抑制所述阳极的氧化；向所述用于电阳极保护的装置提供电能足以达至少预定最短时间的能量源；用于降低该预定电压以针对至少两个堆或堆组将阳极保护电流分别限制于预定最大电流值的装置；以及用于在利用所述向所述燃料电池的所述阳极侧供给燃料的装置不能够抑制阳极氧化的情形下，可靠地触发所述用于电阳极保护的装置的装置。
[0013]本发明还关注使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的方法，在该方法中，向该燃料电池的阳极侧供给燃料，并获得预定电压和电流值。在该方法中:通过分别向至少两个燃料电池堆或燃料电池堆组提供预定电压以抑制阳极的氧化来执行电阳极保护；提供电能达至少预定最短时间以执行所述电阳极保护；降低所述预定电压以针对至少两个堆或堆组将阳极保护电流分别限制于预定最大电流值；并且在该方法中，在通过向所述燃料电池的所述阳极侧供给燃料不能够抑制阳极氧化的情形下，可靠地触发执行电阳极保护。
[0014]本发明是基于提供电能足以达至少预定最短时间以进行电阳极保护的能量源分别向至少两个燃料电池堆或燃料电池堆组提供预电压以抑制阳极侧的氧化。所述预定电压用于针对至少两个堆或堆组将阳极保护电流分别限制于预定最大电流值。进一步地，在通过向燃料电池的阳极供给燃料不能够抑制阳极氧化的情形下，可靠地触发电阳极保护。
[0015]本发明的有益效果是，在经济成本上和在燃料电池系统的物理尺寸上的重大节省，在紧急关闭情形下可以实现降低阳极氧化风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1示出单个燃料电池结构。
[0017]图2示出SOFC装置的示例。
[0018]图3示出根据本发明的第一优选实施方式。
[0019]图4示出用于燃料电池堆的电阳极保护的优选示例性实施方式。
[0020]图5示出根据本发明的第二优选实施方式。
【具体实施方式】
[0021]固体氧化物燃料电池(SOFC)可具有多种几何结构。平面几何结构(图1)是大多数类型的燃料电池都采用的典型的三明治型(sandwich type)几何结构，电解质104夹在电极(阳极100和阴极102)中间。SOFC还可制作成管状几何结构，其中例如空气或燃料通过管道的内部通过，其它气体沿着管道的外部通过。管状设计在空气和燃料的阻隔上是较好的。总之，平面设计的性能比管状设计的性能好，因为平面设计具有相对较低的电阻。其它几何结构的SOFC包括修改的平面电池(MPC或MPS0FC)，这里波浪式结构取代了传统的平面电池的平坦结构。这些设计是允许的，因为它们同时具有平面电池(低电阻)和管状电池的优点。
[0022]SOFC中使用的陶瓷不能变成离子活跃，除非它们达到很高的温度，这样的后果就是不得不将堆加热到600到1000°C的温度范围。氧气106 (图1)到氧离子的还原发生在阴极102处。然后，这些离子可以通过固体氧化电解质104转移至阳极100，在阳极100处，它们可以电化学氧化用作燃料的气体。在这个反应中，排出了水和二氧化碳副产物及两个电子。然后这些电子流过外线路111，在外电路111处，它们可以用来产生电流。然后随着在这些电子再次进入阴极材料102，重复这个循环。
[0023]在大型固体氧化物燃料电池系统中，典型的燃料是天然气(主要是甲烷)、不同的生物气(主要是氮气和/或二氧化碳稀释的甲烷)和其它含高级烃的燃料，包括酒精。通过用于供给燃料的装置108(在图2、图3、图5中)向阳极侧供给燃料，所述装置包括从含有燃料的燃料源到燃料电池103的阳极侧100的必要的连接管道。甲烷和高级烃需要或者在进入燃料电池堆103之前在重组器107 (图2)中或者(部分地)在堆103内部重组。重组反应需要一定量的水，并且还需要额外的水来防止由甲烷且特别是高级烃引起的可能的碳形成(焦化)。这水可通过循环阳极废气流来内部提供，因为在燃料电池反应中，过量地产生水，和/或可利用单独的水供给管来提供所述水(例如，直接新鲜水供给管或排气冷凝循环)。通过阳极再循环设备，未使用的燃料的一部分和阳极气体中的稀释剂还供给回处理中，然而在单独的水供给设备中，添加到处理中的仅有的添加物是水。
[0024]用于防止阳极处的氧化的根据本发明的实施方式是通过维持穿过电池的合适电场来设置的。穿过电池的合适电场防止了镍氧化反应的发生。为了维持这个电场，需要向燃料电池提供电流。电流的大小与到达阳极的氧气的量相关(correlate)。在下文中，提出了还在紧急关闭情形下利用电阳极保护的各种技术和方法。
[0025]紧急关闭可由燃料电池系统的多个内部或外部的原因引起，这些原因包括，气体泄漏、电网停电和关键部件失效。例如，一旦气体泄漏是引起紧急关闭的潜在原因，那么燃料电池系统必须处于防爆类型。
[0026]对于电气设备，这暗含着要有EX等级要求，2区(爆炸性空气的发生是很少的)或更好。如果电阳极保护要用在紧急关闭情况中，那么可以表明这不会增加各个受影响部分的爆炸风险，受影响部分包括:燃料电池堆、电流收集和线缆、电路和能量源。
[0027]关于燃料电池堆103，电阳极保护的使用基本上不影响爆炸安全。与是否通过净化气体供给来保护或电子地保护阳极无关，只要堆是热的，堆将具有接近于OCV(开路电压)的电压。依赖于堆和操作温度，OCV的电平通常在1V-1.15V之间。堆表面温度将基本上是相同的，并且最初通常远高于可能的泄漏气体的自燃温度。在电阳极保护配备电流限制特征时，其可以事实上减小由局部泄露或堆短路引起的过热的风险。因此，关于燃料电池堆，爆炸安全不是在紧急关闭情形下使用电阳极保护的障碍。
[0028]对于电流收集，基本上与用于燃料电池堆103的一样。因为断路器不能设置在热环境中，所以堆集电器和电缆的热部分将一直携带堆电压，并且因此使用净化还是电保护没有区别。用于电保护的电流比燃料电池额定电流小至少一个数量级，由此线缆上的对应热负载是微可忽略的。对于电流收集的冷部分，可以应用正常的EX实践。还强调用于电阳极保护的所述保护电流与从燃料电池103供给到电网的电流是不同的。
[0029]图3中示出在高温燃料系统中的根据本发明的第一优选设备。用于实现电保护的电子电路122，即，用于电阳极保护的装置122优选地包括将来自源120的电能转换为受控电压和峰值受限电流以供给至堆103的装置。因此，装置122优选包括功率电子电路。对EX区I和EX区2，可以使用例如防火外壳来满足EX要求。
[0030]各种能量源120可用于提供用于电阳极保护的电能。选项包括蓄电池(如铅酸、锂)、由外部UPS或安全供应的AC或DC电源(例如在海洋中应用的应急电源)和备用发电机。还可以使用几个源的组合，例如从用蓄电池保障的电网供给，以替代有限长度的电网停电。为了避免对EX等级的需要，蓄电池或应急发电机可被设置于独立的安全区中。至少对于蓄电池，EX批准的外壳也是可用的。能量源120针对用于电阳极保护的装置122提供电能足以达至少预定最短时间。该预定最短时间是基于例如在燃料系统操作过程中或之前的燃料电池系统的计算和/或燃料电池系统的测量。
[0031]本发明还包括用于在通过向燃料电池103的阳极侧供给燃料的装置108不能抑制阳极氧化的情形下可靠地触发用于电阳极保护的装置122的装置126。装置126触发电阳极保护，即，开启电阳极保护。因此，装置126是例如触发开关或触发电子器件，以执行根据本发明的触发操作。执行触发操作的命令应当优选地从功率电子控制装置124或从燃料电池系统控制处理器提供给装置126。
[0032]在阳极处维持所要求的电场所需的电流的量依赖于堆的漏泄漏的水平和地电流的水平等，并且为了这些目的，本发明提出了限制电流值的解决方案。通过确定在电阳极保护中氧气泄漏量可以确定对氢气的绝对需求，并且基于所述氧气量确定对应的氢气量。在电阳极保护和净化被组合使用的根据本发明的处理中，由所述确定来提供所需的氢气量，特别是在处理中仅仅使用净化的情形下。通过假定净化气体中的氢气全部被消耗可以获得为了实现与仅使用净化气体相同的保护水平，所要求的用于电阳极保护的电流的保守估计。所述估计是保守的，因为在仅仅使用相关技术的净化处理时，所需的净化气体量具有相当大的安全余量。设定安全边际是因为不同种类的不确定因素。氢气的实际需求将会较少，并且因此用于电阳极保护的电流的实际水平也将会较少。
[0033]施加于电阳极保护中的电压应当被设置为以使镍氧化和碳形成都不会发生。在下边的方法中介绍的数值是基于实验热力学计算的，这些数值(或类似的值)同样可在文献中找到。如果使用恒定电压，则这个电压应当接近于1.0V。如果可以获取堆的温度信息，则可以通过在电流的预期也是最高的高温下将电压减小至0.8V来减小功率消耗。在本发明的一个优选实施方式中，功率电子控制装置124包括用于例如通过在DC(直流)信号上注入高频AC(交流)信号以获得堆电阻信息的用于调制阳极保护电流的堆电阻(ASR)测量装置。所获得的堆电阻信息可用于粗略估计堆温度，并且然后被用于确定所用的合适的电保护电压值，而不需要实际的温度测量。优选的是，装置124通过将高频交流电压信号与直流信号一起并且叠加在直流信号上分别注入至各个堆103或堆组，来分别获得燃料电池堆103的温度值，以测量堆专有电阻信息。然后基于所述堆专有电阻信息，确定针对各个堆或堆组的单个的温度信息，并且所述温度信息被用在对堆专有的电阳极保护中使用的电流值的限制中。
[0034]进一步地，控制装置124包括用于在堆故障或堆短路情况下降低预定保护电压以将保护电流限制为堆专有电阳极保护中的预定最大值的装置124。在这些情形下，可能的短路堆不会使所有可用的保护电流电位清零，并且保护电流仍然可以提供给其它堆，以防止它们损坏。因此，通过依据本发明而设置的这种分别使用的设备，其它堆仍然保持使用。最大电流值的预定至少基于堆103的温度信息，该预定可在燃料电池操作过程期间或之前执行。用于降低预定电压的装置124可包括根据相关技术的简单电压降低技术或更复杂的电压控制技术。
[0035]在图4中，提出了用于燃料电池堆的电阳极保护的装置122的优选示例实施方式。装置122包括二极管D1、D2、D3、D4，第一开关S1、S2、S3、S4，第二开关kl、k2，电容器Cl和电感器LI。二极管和第一开关并联连接。装置122经由第二开关kl连接到直流链路，经由第二开关k2连接到燃料电池堆103，并且连接至与电容器Cl并联的能量源120。当SI和D2操作、k2闭合且kl断开时，装置122在堆保护状态下运行。当使用蓄电池作为能量源120时，当S3和D4操作、kl闭合且k2断开时，装置122在蓄电池充电状态下运行。进一步，当S4和D3操作、SI闭合且kl断开时，装置122作为暂态能量缓冲器而运行。
[0036]在本发明的一个优选实施方式中，用于电阳极保护的装置122，即用于电阳极保护的功率电子电路可连续连接至堆103，并通过单个使能/禁止信号控制。装置122的存在允许缓解对作为保护电路(即，装置122)的主电源转换器(例如DC/DC)的最低操作电流的要求，可促进燃料电池堆103在加载开始时的电流传输。依赖于主转换器中使用的拓扑结构，以更高高电流启动的可能性允许简化设计和节约成本。
[0037]如果电阳极保护电源120被实现为大蓄电池组，其还可用于给燃料电池系统提供额外功能。如果连接到主逆变器，其可以在孤岛模式操作中作为暂态能量缓冲器，并且另夕卜，燃料电池系统可实现UPS (不间断供电)功能。
[0038]在图5中，提出了根据本发明的第二优选设备，该设备包括用于在紧急关闭情形下的净化操作的气动驱动设备130，以和例如涉及图3所介绍的电阳极保护设备一起使对安全气体的需求最小。用于净化操作的设备130是例如在专利申请F120105196中提出的净化设备中的一种。这种用于转动操作的气动驱动设备优选地设置于高温燃料电池系统的阴极侧102，以大幅减少在紧急关闭(ESD)的情况下对阳极侧的净化气体(例如安全气体)的需求，但是该设备还可应用于阳极侧100或同时应用于高温燃料电池系统的阳极侧100和阴极侧102这两者。通过这种净化和电阳极保护设备的结合，可实现更加小的氧气泄漏，对于电阳极保护来说，相当小的能量源102是足够的。特别在大体积燃料电池系统中，系统尺寸可以设置成更加小，并且经济成本比使用不具有所述净化的电阳极保护的系统的更小。
[0039]尽管已经结合附图和说明书介绍了本发明，但是本发明决不限定于此，因为本发明从属于权利要求所允许的范围内的变形。
【权利要求】
1.一种使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备，所述燃料电池系统中的各个燃料电池包括: 阳极侧(100)、阴极侧(102)和在所述阳极侧和所述阴极侧之间的电解质(104)，所述燃料电池被设置在燃料电池堆(103)中，所述燃料电池系统包括用于反应物的燃料电池系统管道和用于向所述燃料电池的所述阳极侧(100)供给燃料的装置(108)，其特征在于，所述设备包括: -用于电阳极保护的装置(122)，其分别向至少两个燃料电池堆(103)或燃料电池堆(103)组提供预定电压以抑制所述阳极(100)的氧化， -向所述用于电阳极保护的装置(122)提供电能足以达至少预定最短时间的能量源(120)， -用于降低该预定电压以针对至少两个堆(103)或堆(103)组将阳极保护电流分别限制于预定最大电流值的装置(124)， -以及用于在利用所述向所述燃料电池的所述阳极侧(100)供给燃料的装置(108)不能够抑制阳极氧化的情形下，可靠地触发所述用于电阳极保护的装置(122)的装置(126)。
2.根据权利要求1所述的使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备，其特征在于，所述情形是紧急关闭情形，其中通过所述向所述燃料电池的所述阳极侧(100)供给燃料的装置(108)不能抑制阳极氧化。
3.根据权利要求2所述的使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备，其特征在于，所述设备包括:用于在所述用于电阳极保护的装置(122)和所述能量源(120)的爆炸性空气存在时允许爆炸安全操作的装置(132)，并且所述设备还包括:用于将全部非安全部件可靠地断电的装置(134)。
4.根据权利要求1所述的使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备，其特征在于，所述设备包括:用于获得所述燃料电池堆(103)的温度值并且用于作为所述温度值的函数来限定所述预定电压值的装置(124)。
5.根据权利要求4所述的使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备，其特征在于，所述设备包括:基于堆电阻信息来获得所述燃料电池堆(103)的温度值的所述装置(124)，基于堆电阻信息来获得所述燃料电池堆(103)的温度值是通过调制所述阳极保护电流来实现的。
6.根据权利要求5所述的使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备，其特征在于，所述设备包括:用于分别获得所述燃料电池堆(103)的温度值的所述装置(124)，该用于分别获得所述燃料电池堆(103)的温度值的所述装置(124)通过将高频交流电压信号与直流信号一起并且叠加在直流信号上分别注入到各个堆(103)或堆组以测量堆专有电阻信息，并且通过基于所述堆专有电阻信息，针对各个堆或堆组确定单个的温度信息以至少限制堆专有的电阳极保护中使用的电流值以分别获得所述燃料电池堆(103)的温度值。
7.根据权利要求2所述的使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备，其特征在于，所述设 备包括:用于在紧急关闭情形下通过净化来移走反应物的装置(130)，以和根据权利要求1中的设备一起使对安全气体的需求最小。
8.根据权利要求1所述的使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备，其特征在于，所述设备包括:足够强大的电池源，该电池源作为提供用于所述燃料电池堆(103)的电阳极保护的电能、以及用于在孤岛模式操作中作为暂态能量缓冲器器操作、和/或用于通过所述燃料电池系统实现UPS不间断供电功能的能量源(120)。
9.根据权利要求1所述的使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的设备，其特征在于，所述设备包括:备用发电机，该备用发电机作为提供用于所述燃料电池堆(103)的电阳极保护的电能、和/或用于通过所述燃料电池系统实现UPS不间断供电功能的能量源(120)。
10.一种使高温燃料电池系统中对安全气体的需求最小的方法，在该方法中，向该燃料电池的阳极侧(100)供给燃料，且获得预定电压和电流值，其特征在于，在该方法中: -通过分别向至少两个燃料电池堆(103)或燃料电池堆(103)组提供预定电压以抑制阳极(100)的氧化来执行电阳极保护， -提供电能达至少预定最短时间以执行所述电阳极保护， -降低所述预定电压以针对至少两个堆(103)或堆(103)组将阳极保护电流分别限制于预定最大电流值， -并且在该方法中，在通过向所述燃料电池的所述阳极侧(100)供给燃料不能够抑制阳极氧化的情形下，可靠地触发执行电阳极保护。
11.根据权利要求10所述方法，其特征在于，所述情形是紧急关闭情形，其中通过向所述燃料电池的阳极侧(100)供给燃料不能够抑制阳极氧化。
12.根据权利要求11所述方法，其特征在于，在爆炸性空气存在时允许爆炸安全操作，并且全部非安全装置被可靠地断电。
13.根据权利要求10所述方法，其特征在于，获得所述燃料电池堆(103)的温度值，并且所述预定电压值被限定为所述温度值的函数。
14.根据权利要求10所述方法，其特征在于，基于堆电阻信息获得所述燃料电池堆(103)的温度值，基于堆电阻信息获得所述燃料电池堆(103)的温度值是通过调制阳极保护电流来实现的。
15.根据权利要求10所述方法，其特征在于，通过将高频交流电压信号与直流信号一起并且叠加在直流信号上分别注入到各个堆(103)或堆组以测量堆专有电阻信息，并且通过基于所述堆专有电阻信息，针对各个堆或堆组确定单个的温度信息以至少限制堆专有的电阳极保护中使用的电流值，以分别获得所述燃料电池堆(103)的温度值。
16.根据权利要求11所述方法，其特征在于，在紧急关闭情形下，通过净化来移走反应物，以和根据权利要求10中的方法一起使对安全气体的需求最小。
17.根据权利要求10所述方法，其特征在于，使用足够强大的电池源作为用于提供用于燃料电池堆(103)的电阳极保护的电能、用于在孤岛模式操作中作为暂态能量缓冲器操作、和/或用于通过所述燃料电池系统实现UPS不间断供电功能的能量源(120)。
18.根据权利要求10所述方法，其特征在于，使用备用发电机作为用于提供用于燃料电池堆(103)的电阳极保护的电能、和/或用于通过所述燃料电池系统实现UPS不间断供电功能的能量源(120)。
【文档编号】H01M8/04GK103828111SQ201280032739
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】特罗·霍蒂宁, 金·阿斯特罗姆, M·莱蒂宁 申请人:康维恩公司