阅读说明：本技术 燃料电池再生控制方法及燃料电池系统 (Fuel cell regeneration control method and fuel cell system ) 是由 赵鸿新 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种燃料电池再生控制方法及燃料电池系统。该燃料电池再生控制方法包括当燃料电池的输出功率下降至小于额定功率时,启动短路脉冲控制；当燃料电池堆的输出功率恢复至额定功率时,保持短路脉冲控制,再生控制程序调试完成；当输出功率仍然未恢复至额定功率时,可以再依次启动阳极配氧控制和电堆调控。本发明还提供了一种燃料电池系统,其包括供氢单元、燃料电池、电源控制器、过滤器、水气分离器。本发明提供的燃料电池再生控制方法能够使微量杂质导致的中毒的电极催化剂再生,使燃料电池堆恢复原有输出能力和发电能力。本发明提供的燃料电池系统对杂质气体耐受性高,能够解决低温质子交换膜燃料对氢气所含杂质组分的耐受性问题。(The invention provides a fuel cell regeneration control method and a fuel cell system. The regeneration control method of the fuel cell comprises the steps of starting short-circuit pulse control when the output power of the fuel cell is reduced to be smaller than the rated power; when the output power of the fuel cell stack is recovered to the rated power, the short-circuit pulse control is kept, and the debugging of the regeneration control program is finished; when the output power is still not recovered to the rated power, the anode oxygen distribution control and the galvanic pile regulation can be started in sequence. The invention also provides a fuel cell system which comprises a hydrogen supply unit, a fuel cell, a power supply controller, a filter and a water-gas separator. The regeneration control method of the fuel cell provided by the invention can regenerate the poisoned electrode catalyst caused by trace impurities, so that the original output capacity and power generation capacity of the fuel cell stack are recovered. The fuel cell system provided by the invention has high tolerance to impurity gas, and can solve the problem of tolerance of low-temperature proton exchange membrane fuel to impurity components contained in hydrogen.)

燃料电池再生控制方法及燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池系统及其控制方法，具体设计一种燃料电池再生控制方法及燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是近年来新兴的一种高效电化学电源装置，其发电效率高，运行平稳、无噪声，清洁环保，在交通、建筑、军事、通讯等领域均具有广阔的应用前景。燃料电池种类繁多、技术路线多样。其中，质子交换膜燃料电池以其功率密度高、工作温度低、启动性能好、技术较成熟等优点，在中小型固定式电源、电动交通等行业成为主流，尤其是近年来新能源产业的迅猛发展使之占据了燃料电池市场约90％的主要份额。然而，随着近年来燃料电池汽车商业化进程的不断推进，与之相配套的超纯氢来源、成本及加注设施问题日益凸显，供氢问题亟待解决。

制氢技术的关键在于保证氢气品质、提高生产效率、降低产品成本、减小运行维护难度、扩大氢气供给范围等方面。目前，在化学制氢、电解水制氢、生物制氢这三种常见制氢方法中，以蒸汽重整为代表的化学制氢占主导地位，其原料涵盖天然气、醇、石油气、二甲醚、汽柴油等。其中，天然气重整制氢技术最为成熟、工业应用最多，其较高的反应温度更适合用作固定电源或热电联供设备；甲醇重整制氢反应温度较低，工艺过程简单、能耗低，且甲醇原料廉价易得、能量密度高、含氢量高，便于储存和运输，适宜作为模块式或移动式制氢装置用于备用电源、电动交通等领域。

氢能的大规模应用推广需要一套完整的制氢与燃料电池系统解决方案，而燃料电池用氢的原位制备是一条理想的技术路线。原位制氢燃料电池系统的研发涉及高效制氢催化剂开发、小型化反应器研制、燃料电池堆测试与控制、以及原位制氢燃料电池系统集成等四个主要方面。其中，小型化制氢反应器是实现与燃料电池高效集成的关键。由于重整制氢产品气中氢气浓度不高且含有包括一氧化碳在内的微量杂质气体，实现燃料电池，尤其是常见的低温质子交换膜燃料电池堆与制氢装置的稳定高效联用就成为研制原位制氢燃料电池系统的一大重点和难点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池再生控制方法及燃料电池系统。该燃料电池再生控制方法通过分步启动短路脉冲控制、阳极配氧控制和电堆调控，能够使中毒的燃料电池电极催化剂有效再生，恢复燃料电池的输出功率和原有发电能力。

为了达到上述目的，本发明提供了一种燃料电池再生控制方法，该方法包括：

短路脉冲控制：当燃料电池的输出功率下降至小于额定功率时，对燃料电池的阴极和阳极连续施加周期性短路电脉冲；

当燃料电池的输出功率恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制，再生控制程序调试完成；

当燃料电池的输出功率未恢复至额定功率时，所述短路脉冲控制进一步包括保持短路脉冲时间不变，缩短短路脉冲周期的操作。

在本发明的具体实施方案中，在燃料电池稳定发电的过程中，随着氢气纯度和运行参数的变换，燃料电池的输出功率会出现波动，在这种情况下，输出功率小于额定功率是指：输出功率在指定时间内的平均值逐渐衰减、偏离额定功率，该指定时间与应用场景有关，一般以分钟为单位。燃料电池的输出功率未恢复至额定功率可以包括以下情况，但不限于此：燃料电池的输出功率的平均值继续下降、燃料电池的输出功率的平均值没有提升(如输出功率上下波动或持续不变)、燃料电池功率恢复异常缓慢(即在指定时间内没有恢复到额定功率，所述指定时间与应用场景有关，一般是几分钟至几十分钟)。

根据本发明的具体实施方案，所述短路脉冲控制通过提高阳极电位实现阳极催化剂表面的杂质脱除效果。当燃料电池的输出功率未恢复至额定功率时，短路脉冲控制保持短路脉冲时间不变、缩短短路脉冲周期的操作能够通过保持脉冲短路时间，改变空置时间，达到改变占空比的效果。

根据本发明的具体实施方案，在进行短路脉冲控制后，当燃料电池的输出功率未恢复至额定功率时，所述燃料电池再生控制方法包括在保持短路脉冲控制(即保持短路电脉冲时间和短路电脉冲周期)的同时，启动阳极配氧控制：向燃料电池的阳极通入氧化剂；

当燃料电池的输出功率恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制和阳极配氧控制，再生控制程序调试完成；

当燃料电池的输出功率未恢复至额定功率时，阳极配氧控制可以进一步包括增大向燃料电池的阳极通入的氧化剂的配入量(即氧化剂在燃料气中的比例)的操作。

根据本发明的具体实施方案，所述阳极配氧控制可以通过氧化剂与阳极催化剂表面杂质反应，达到脱除杂质的目的。在具体实施方案中，氧化剂的最大配入量可以由燃料气中的杂质浓度确定。

根据本发明的具体实施方案，在进行阳极配氧控制后，当燃料电池的输出功率未恢复至额定功率时，所述燃料电池再生控制方法包括在保持短路脉冲控制和阳极配氧控制的同时，启动电堆调控：提高燃料电池的工作温度、工作湿度和工作压力；

当燃料电池的输出功率恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制、阳极配氧控制和电堆调控，以维持燃料电池在低品质氢气条件下正常工作，再生控制程序调试完成；

当燃料电池的工作温度、工作湿度和工作压力均已达到最大值、而燃料电池的输出功率未恢复至额定功率时，停止短路脉冲控制、阳极配氧控制和电堆调控，并停止对燃料电池的阳极通入燃料气。

在上述燃料电池再生控制方法中，所述电堆调控通过提升燃料电池的工作温度、工作湿度和工作压力，能够提高电极催化剂对杂质的耐受性。

根据本发明的具体实施方案，在短路脉冲控制中，所述短路电脉冲的周期可以控制为2-20s，优选为3-10s。

根据本发明的具体实施方案，在短路脉冲控制中，所述短路电脉冲的时间可以控制为0.1-0.5s，优选为0.1-0.2s。

根据本发明的具体实施方案，在短路脉冲控制中，对于给定的燃料电池结构和操作条件，电池的短路电位的具体功率由外接短路电路的电阻决定，一般采用低阻值的外电路结构。在具体实施方案中，单电池短路电位可以控制为小于等于0.4V，优选为小于等于0.2V。

根据本发明的具体实施方案，在阳极配氧控制中，所述氧化剂优选为空气和/或氧气。

根据本发明的具体实施方案，阳极配氧控制可以包括将氧化剂先与阳极所用的燃料气混合，再通入阳极的操作。

根据本发明的具体实施方案，当所述氧化剂为空气、且燃料气中杂质的浓度小于等于100ppm时，控制所述氧化剂在燃料气中的配入量小于4vol％，优选小于2vol％。

根据本发明的具体实施方案，所述氧化剂与燃料气混合后，还可以经脱水通入燃料电池的阳极。

根据本发明的具体实施方案，电堆调控中，所述燃料电池的工作温度可以控制为70-90℃，优选70-80℃。

根据本发明的具体实施方案，电堆调控中，所述燃料电池的工作压力可以控制为0.1-0.5MPa，优选为0.2-0.3MPa。

根据本发明的具体实施方案，电堆调控中，所述燃料电池的工作湿度可以控制为满足燃料电池阳极的燃料气的露点温度小于等于燃料电池工作温度的湿度条件。

在本发明的具体实施方案中，上述燃料电池再生控制方法可以包括以下步骤：

1、短路脉冲：当燃料电池的输出功率下降至小于额定功率时，对燃料电池的阳极和阴极施加周期性短路电脉冲，通过提高阳极电位实现阳极催化剂表面的杂质脱除效果；

当燃料电池的输出功率恢复至额定功率时，保持该短路脉冲控制，再生控制程序调试完成；

当燃料电池的输出功率未能恢复至额定功率时，保持短路电脉冲时间不变、逐渐缩短短路电脉冲周期，直至燃料电池的输出功率恢复至额定功率，保持该特定脉冲控制程序，再生控制程序调试完成。

2、阳极配氧：当短路电脉冲周期已经缩短到预先设定的最短脉冲周期，而燃料电池的输出功率仍未能恢复至目标值时，保持该特定脉冲控制程序(即保持短路脉冲的周期和时间)，同时启动阳极配氧控制，具体过程为：

按照预先设定的配入量向燃料电池的阳极通入氧化剂，使氧化剂脱除吸附在电极催化剂表面的杂质，恢复催化剂反应活性；

当燃料电池的输出功率恢复至额定功率时保持短路脉冲控制和阳极配氧控制，再生控制程序调试完成；

当燃料电池的输出功率未能恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制，加大氧化剂配入量，直至燃料电池的输出功率恢复至额定功率，保持短路脉冲控制和阳极配氧控制，再生控制程序调试完成。

3、电堆调控：当氧化剂的配入量已增至预先设定的最大值、而燃料电池的输出功率仍未能恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制和阳极配氧控制，同时启动电堆调控，具体过程为：

提高燃料电池的工作温度、工作湿度和工作压力，以提高电极催化剂对杂质的耐受性；

当燃料电池的输出功率恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制、阳极配氧控制和电堆调控，再生控制程序调试完成；

当燃料电池的输出功率未能恢复至额定功率时，继续提高温度、湿度和压力，直至燃料电池的输出功率恢复至额定功率，保持短路脉冲控制、阳极配氧控制和电堆调控，再生控制程序调试完成；

当燃料电池的工作温度、工作湿度和工作压力均已达到预先设定的最大值、而燃料电池的输出功率仍未能恢复至额定功率时，停止所有再生控制程序(即短路脉冲控制、阳极配氧控制和电堆调控)，同时停止对燃料电池的阳极通入燃料气。

本发明还提供了一种燃料电池系统，包括供氢单元、燃料电池、电源控制器、过滤器、水气分离器，

其中，所述供氢单元、水气分离器、燃料电池的阳极依次连接；所述过滤器设有与燃料电池阴极的入口连接的第一出口、以及与水气分离器的入口连接的第二出口；所述供氢单元的出口与水气分离器的入口之间设有第一换热器；所述电源控制器用于检测燃料电池的输出功率，并在输出功率小于额定功率时在燃料电池的阳极和阴极之间施加短路电脉冲，所述燃料电池设有第二换热器和压力调节阀。

在上述燃料电池系统中，所述电源控制器可以分别与燃料电池的阴极和阳极相连，用于检测燃料电池的输出功率。当燃料电池的输出功率下降至小于额定功率时，所述电源控制器还可以在燃料电池的阳极和阴极之间施加短路电脉冲，该短路电脉冲用于脱附阳极催化剂表面的杂质，使燃料电池的输出功率上升。在一些实施方案中，电源控制器还可以与用电负载相连，此时，燃料电池系统对负载供电，电源控制器用于控制燃料电池对负载输出的电压和电流。

在上述燃料电池系统中，所述第二换热器用于直接调节燃料电池的温度，具体可以通过燃料电池双极板之间的循环冷却水使燃料电池降温。在燃料电池稳定发电时，第二换热器主要用于冷却燃料电池，避免燃料电池温度过高，保证燃料电池稳定工作；此时第一换热器用于冷却供氢单元输出的燃料气，避免燃料气进入燃料电池后引起燃料电池内部温度过高。所述燃料电池的压力调节阀用于调节燃料电池的工作压力，压力调节阀可以设于燃料电池的阳极的出口和阴极的出口。

在本发明的具体实施方案中，所述水气分离器的出口与燃料电池的阳极的入口之间可以设有杂质传感器，所述杂质传感器用于监测燃料气中的杂质浓度。所述水气分离器的出口还可以与供氢单元的入口相连，所述杂质传感器位于二者之间。具体地，水气分离器的出口与燃料电池的阳极的入口、供氢单元的入口之间可以设有控制阀(例如：三通阀)，此时杂质传感器位于水气分离器和控制阀之间。

在上述燃料电池系统中，当杂质传感器监测到供氢单元输出的燃料气中的杂质浓度低于或等于设定阈值时，控制所述水气分离器的出口与燃料电池的阳极的入口连通，燃料气进入阳极中参与电化学反应；当杂质传感器监测燃料气中杂质浓度高于设定阈值时，则控制所述水气分离器的出口与供氢单元的入口连通，燃料气进入供氢单元中循环利用。

在本发明的具体实施方案中，杂质传感器设定的燃料气中杂质浓度的阈值可以根据燃料电池采用的不同催化剂类型和不同工作条件设置，例如杂质浓度阈值可以低于300ppm(优选低于100ppm)。

在本发明的具体实施方案中，所述过滤器的第一出口与燃料电池的阴极的入口之间可以设有第一供热器，主要用于在燃料电池未开始发电时预热向阴极输送的氧化剂，从而加速燃料电池的预热。当燃料电池稳定发电时，一般会降低第一供热器对氧化剂的供热量，避免燃料电池内部温度过高。相应地，所述过滤器与第一供热器之间可以设有泵。

在本发明的具体实施方案中，所述过滤器的第二出口可以与供氢单元的出口与水气分离器的入口之间的通道相连。例如，所述过滤器的第二出口可以与供氢单元的出口和第一换热器之间的通道连接。当燃料电池的输出功率降低至额定功率以下，且使用电源控制器向燃料电池的阳极和阴极施加电脉冲控制也无法使输出功率恢复至额定功率时，可以通过将过滤器中的氧化剂配入供氢单元生产的燃料气中，氧化剂和燃料气的混合气经过冷却、脱水进入燃料电池的阳极中，通过氧化剂对阳极催化剂表面的脱除作用，使燃料电池的输出功率提高。

在本发明的具体实施方案中，所述过滤器还可以设有与供氢单元的入口连接的第三出口。相应地，所述过滤器的第三出口与供氢单元的入口之间可以设有第二供热器，预热向供氢单元流动的氧化剂，所述第二供热器与过滤器的出口之间还可以设有泵(如空气泵)，以利于氧化剂按照特定流量由过滤器向供氢单元流动。

根据本发明的具体实施方案，所述供氢单元可以是制氢单元、也可以是低品质氢气源。优选地，所述供氢单元包括燃烧器和重整器，所述供氢单元的入口为燃烧器的入口，所述供氢单元的出口为重整器的出口，所述燃烧器的出口与重整器的入口连接。此时，所述重整器的出口与第一换热器、水气分离器依次连接；所述重整器的出口与第一换热器的入口之间的通道与过滤器的第一出口连接，将重整器输出的燃料气与过滤器输出的氧化剂混合后，经过水气分离器输送到燃料电池的阳极。所述燃烧器的入口可以与过滤器的第三出口相连，以便过滤器向燃烧器输送燃烧反应需要的氧化剂。当燃烧器与过滤器之间设有第二供热器时，所述第二供热器能够预热氧化剂、提高燃烧效率。

在本发明的具体实施方案中，第一换热器、第二换热器可以与其它低温热负荷连接，第一供热器、第二供热器可以与其它高温热源连接。优选地，第一换热器和/或第二换热器与第一供热器和/或第二供热器连接，提高系统内部的热量利用率。

根据本发明的具体实施方案，所述水气分离器的出口可以连接有水箱，用于收集水气分离器中分离出的水。在一些具体实施方案中，所述水箱可以设置多个进水口，分别与其他水源连接，水箱的内部一般设有用于排出过量储存水的排水口以及过滤净化装置。

根据本发明的具体实施方案，所述水箱的出口可以连接有蒸发器。相应地，所述蒸发器与水箱之间可以设有泵(如水泵)。所述蒸发器可以与其他高温热源连接，以提高蒸发器的温度，使进入蒸发器中的水汽化。

根据本发明的具体实施方案，所述蒸发器的出口可以与燃料电池的阴极的入口连接，用于提高燃料电池阴极的湿度，此时，可以提高第一供热器11的供热强度配合蒸发器工作，防止氧化剂中的水蒸气进入燃料电池前发生冷凝。在一些具体实施例中，所述蒸发器的出口可以与过滤器的第一出口和燃料电池的阴极的入口之间的连接通道相连，此时水箱中的水可以由泵按照设定流量通入蒸发器，转化为水蒸气后再与氧化剂均匀混合，然后共同进入燃料电池的阴极中。

在上述燃料电池系统中，优选地，所述燃料电池设有温度传感器，用于监测燃料电池的工作温度，避免燃料电池的工作温度高于设定的温度区间。在一些实施方案中，燃料电池的温度区间可以控制为50-90℃，优选为60-80℃。

在本发明的具体实施方案中，本发明所述的燃料气可以是以甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、甲酸、乙酸、天然气、沼气、液化石油气、二甲醚、汽油、柴油中的一种或两种以上的组合为原料、经过烃制氢、醇制氢、煤制氢、水电解制氢、生物制氢等过程生产出来的气体。燃料气中的杂质可以包括一氧化碳、二氧化碳、氮气、氩气、氦气、甲烷、甲醇、甲酸、氧气中的一种或两种以上的组合。

在上述燃料电池系统中，所述燃料电池可以是低温质子交换膜燃料电池、中温磷酸质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、高温氧化物燃料电池。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的燃料电池再生控制方法能够有效清除燃料电池的阳极催化剂表面吸附的杂质分子，使因微量杂质导致的中毒的电极催化剂有效再生，使燃料电池恢复原有输出能力和发电能力。当该控制方法无法有效恢复燃料电池性能时，也能够切断阳极供气，防止燃料电池失效。

2、本发明提供的燃料电池再生控制方法能够提高燃料电池对多种杂质气体的耐受性，大大降低氢燃料电池对含氢燃料气品质的要求，有效降低用氢成本、减小制氢难度、拓展供氢方式。该燃料电池再生控制方法还可实现与小型原位制氢装置的直接联用，加速氢燃料电池技术在电动汽车汽车、分布式能源等领域的应用推广。

3、本发明提供的燃料电池系统具有工艺流程简单、操作便捷、可靠性高、自适应能力强等特点，可实现小型化、模块化和智能化等功能。

4、本发明提供的燃料电池系统对杂质气体的耐受性高，能够在低品质的氢气下运行稳定，有效解决低温质子交换膜燃料对氢气所含杂质组分的耐受性的问题，可实现氢燃料电池、尤其是低温质子交换膜燃料电池在低品质氢气或直接与制氢装置联用条件下的稳定运行。

附图说明

图1为实施例1的燃料电池系统的结构示意图。

图2为实施例2的燃料电池再生控制方法的流程图。

符号说明

供氢单元1，重整器1a，燃烧器1b，过滤器2，燃料电池堆3，阳极3a，阴极3b，电源控制器4，负载5，水气分离器6，水箱7，蒸发器8，第二供热器9，第一换热器10，第一供热器11，第二换热器12，空气泵13、空气泵14、空气泵15，水泵16，杂质传感器17，温度传感器18，三通阀19，压力调节阀20、21。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种燃料电池系统，图1为该燃料电池系统的结构示意图。如图1所示，该燃料电池系统包括供氢单元1、燃料电池堆3、电源控制器4、过滤器2、水气分离器6。供氢单元1内部设有燃烧器1b和重整器1a，燃烧器1b的出口与重整器1a的入口连通。电源控制器4可以连接负载5，以实现燃料电池系统的对外供电。

过滤器2用于将氧化剂过滤净化，其内部设有过滤净化装置。过滤器2过滤的氧化剂可以是空气或纯氧，本实施例中采用空气。过滤器2的第一出口与燃料电池堆3的阴极3b的入口连接，过滤器2与阴极3b之间依次设有空气泵15和第一供热器11，用于向燃料电池堆3的阴极3b输送预热后的氧化剂。过滤器2的第三出口与燃烧器1b的入口连接，用于向供氢单元1的燃烧器1b输送氧化剂。过滤器2的第三出口与燃烧器1b的入口之间依次设有空气泵14和第二供热器9，用于预热氧化剂。过滤器2的第二出口还与重整器1a的出口和水气分离器6的入口之间的通道连通，用于实现对燃料电池堆3进行阳极配氧控制。过滤器2的第二出口设有空气泵13，空气泵13的出口与重整器1a的出口和水气分离器6的入口之间的通道连通。

燃烧器1b用于向重整器1a供热。燃烧原料和氧化剂进入燃烧器1b后发生燃烧反应或燃烧催化反应，燃烧产生的尾气通过排气口排出，燃烧产生的热量传导给重整器1a，使重整器1a升温至重整反应所需的温度。燃烧器1b所用的燃烧原料可以是系统外部燃料，也可以是燃料电池堆3的阳极3a中的未参与电化学反应的燃料气或由水气分离器6流出的含过量杂质的燃料气。

重整器1a用于重整制氢，生产燃料电池堆3的阳极3a所需的燃料气(一般为富氢燃料气)。制氢原料按照预设流量通入重整器1a参与制氢反应，当制氢采用蒸汽重整反应时，反应物除了制氢原料外，还包括水。此时，水可取自外部水源或系统内部循环水，优选取自水箱7供水(此时重整器1a的入口与水箱7的出口连接)，以此实现系统内部水的循环利用，达到无需外部供水的目的。重整器1a的出口与水气分离器6的入口相连，二者之间设有第一换热器10，用于冷却燃料气。水气分离器6的出口与燃料电池堆3的阳极3a相连，使重整反应产生的燃料气在进入阳极3a之前先在水气分离器6中脱除水，防止过量的水进入燃料电池堆3造成水淹和发电性能衰减。水气分离器6还连接有水箱7，用于将水气分离器6从燃料气中分离出的水收集到水箱7中，并可以向系统内部(如向重整器1a)供水。

水气分离器6的出口处设有杂质传感器17，用于监测燃料气中的杂质浓度。水气分离器6的出口通过三通阀19与燃料电池堆3的阳极3a的入口、燃烧器1b的入口连接。当杂质传感器17监测燃料气中杂质浓度低于或等于设定阈值时，控制三通阀19使水气分离器6的出口与燃料电池堆3的阳极3a连通，燃料气进入阳极3a中；当杂质传感器17监测燃料气中杂质浓度高于设定值时，控制三通阀19使水气分离器6的出口与燃烧器1b的入口连通，燃料气进入燃烧器1b中。

燃料电池堆3用于发生电化学反应，产生电能。其设有温度传感器18、压力调节阀20、压力调节阀21、以及第二换热器12。温度传感器18用于监测燃料电池堆3的运行温度，当运行温度高于设定的温度区间时，通过调整第一换热器10、第一供热器11和第二换热器12的换热量即能实现对燃料电池堆3的温度控制。燃料电池堆3的温度区间一般为50-90℃，优选为60-80℃。在燃料电池堆3中，阳极3a中的燃料气与阴极3b中的氧化剂通过发生电化学反应产生电能和热能。反应后的未参与反应的燃料气通过压力调节阀20排出(如果燃烧器1b是以该燃料气为燃料，则可以将压力调节阀20与燃烧器1b连接，此连接关系在图1中未示)，未参与反应的氧化剂通过压力调节阀21排出。当燃料电池堆3的阴极3b需要加湿时，第一供热器11与阴极3b之间的通道还连接有蒸发器8。蒸发器8的入口与水箱7的出口连接，二者之间设有水泵16。此时水箱7中的水由水泵16按设定流量流入蒸发器8中蒸发，产生的水蒸气与过滤器2第一出口输出的经过预热的氧化剂混合后，能够提高氧化剂的湿度，含有水蒸气的氧化剂随后进入燃料电池堆3的阴极3b中参与电化学反应。

在本实施例提供的燃料电池系统中，第一换热器10、第一供热器11和第二换热器12可以通过改变自身运行参数来调节换热量、以使燃料气或燃料电池堆3冷却或升高至所需温度，保证燃料电池堆3运行在适合的温度范围。第一供热器11和第二供热器9可以预热流经的气体或液体，将氧化剂或水蒸气升温至所需温度。第一供热器11和第二供热器9可以与外部高温热源连接；也可以与第一换热器10和/或第二换热器12连接，提高系统的热量利用率，节约能源。空气泵13、空气泵14、空气泵15用于控制氧化剂以一定流量从过滤器2中输出。

实施例2

本实施例提供一种燃料电池再生控制方法，其是在实施例1的燃料电池系统中进行的，图2为该燃料电池再生控制方法的流程图。

燃料电池电极的催化剂容易因杂质中毒而使电输出功率下降，当电源控制器4监测到燃料电池堆3的输出功率下降至小于额定功率时(额定功率一般与燃料电池堆体积、膜电极性能、电堆工作条件、氢气品质等因素相关)，启动再生控制调控程序，具体包括以下过程：

1、短路脉冲：当燃料电池堆3的输出功率小于额定功率时，电源控制器4对燃料电池堆3的阳极3a和阴极3b施加周期性短路电脉冲，

(1)当燃料电池堆3的输出功率恢复至额定功率时，保持此时的短路脉冲控制(即维持脉冲周期和时间不变)，再生控制程序调试完成；

(2)当燃料电池堆3的输出功率未能恢复至额定功率时，保持短路脉冲时间(例如0.5s)不变、逐渐缩短脉冲周期，直至燃料电池堆3的输出功率恢复至额定功率，保持此时的短路脉冲控制，再生控制程序调试完成。

2、阳极配氧：当短路脉冲周期已经缩短到预先设定的最短脉冲周期(例如5s)，而燃料电池堆3的输出功率仍未能恢复至额定功率时，保持该短路脉冲控制，同时启动阳极配氧控制：过滤器2对作为氧化剂的空气进行过滤净化后，由空气泵13按照预先设定的流量输出空气(即氧化剂)，空气与重整器1a输出的燃料气混合后经由水气分离器6脱水后，一并通入燃料电池堆3的阳极3a中。氧化剂进入阳极3a后，与吸附在电极催化剂表面的杂质反应使杂质脱附，从而恢复阳极催化剂反应活性，提高输出功率；

(1)当燃料电池堆3的输出功率恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制(即保持电脉冲周期和时间)和阳极配氧控制(即保持氧化剂通入量)，再生控制程序调试完成；

(2)当燃料电池堆3的输出功率未能恢复至额定功率时，调整空气泵13加大氧化剂配入量，直至燃料电池堆3的输出功率恢复至额定功率，保持短路脉冲和阳极配氧控制，再生控制程序调试完成；

3、电堆调控：当氧化剂的配入量已增至预先设定的最大值(例如燃料气的3vol％)、而燃料电池堆3的输出功率仍未能恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制和阳极配氧控制，同时启动电堆调控：减少第一换热器10第二换热器12的换热强度，以提高燃料电池堆3的工作温度；降低水气分离器6的脱水率，以提高燃料电池堆3的工作湿度；同时调整压力调节阀20和压力调节阀21，以增大燃料电池堆3的工作压力；

(1)当燃料电池堆3的输出功率恢复至额定功率时，保持短路脉冲控制、阳极配氧控制和电堆调控，再生控制程序调试完成；

(2)当燃料电池堆3的输出功率未能恢复至额定功率时，继续提高燃料电池堆3的工作温度、工作湿度和工作压力，直至燃料电池堆3的输出功率恢复至目标值，保持短路脉冲控制、阳极配氧控制和电堆调控，再生控制程序调试完成；

(3)当燃料电池堆3的工作温度、工作湿度和工作压力均已达到预先设定的最大值(例如工作温度达到80℃、工作湿度达到阳极3a的电池燃料的露点温度70℃的水平、工作压力达到0.3MPa)、而燃料电池堆3的输出功率仍未能恢复至额定功率时，再生控制失败，停止所有再生控制程序，同时停止对阳极3a通入燃料气，将三通阀19切换至水气分离器6的出口与燃烧器1b的入口相连，使燃料气进入燃烧器1b中燃烧，停止燃料电池堆3的运行。