燃料电池系统控制器和相关的方法技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池系统控制器和相关的方法。本公开涉及一种燃料电池堆栈和相应的操作燃料电池堆栈的方法。该方法包括：确定可从燃料电池堆栈中提取的最大允许电流；基于燃料电池堆栈的主要允许电流斜坡速率和实际测量电流，反复确定主要最大允许电流的变化的幅度；根据周期性地确定的变化的幅度更新最大允许电流；以及根据主要最大允许电流控制燃料电池堆栈的操作参数。池堆栈的操作参数。池堆栈的操作参数。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统控制器和相关的方法
[0001]本申请是2016年9月28日提交的题为“燃料电池系统控制器和相关的方法”的中国专利申请201680065111.8的分案申请。


[0002]本公开涉及燃料电池系统的控制器和相关的方法，并且特别地(虽然并非仅仅)涉及用于高负载应用(诸如为交通工具供电)的燃料电池系统。

技术介绍

[0003]在交通工具应用中，取决于交通工具使用中的变化，燃料电池堆栈上的电负载可以明显地和迅速地改变。例如，当停下或停放交通工具时，电负载(诸如电机)的需求可以忽略，但如果交通工具的司机决定急剧加速离开，则几乎立即上升到相对高的值。如果电负载试图从燃料电池系统中提取比它在任何给定情况下可以提供的更多的动力，则燃料电池堆栈的电池电压可以被降低到跳闸电平，或者燃料电池堆栈的热耗散可以导致燃料电池堆栈的温度超过热跳闸电平。这些情况中的任何一种都可以导致作为有效的电源的燃料电池系统故障，并导致交通工具的全部的动力损失。从交通工具应用的安全角度，这种可能性可以是完全不可接受的。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的第一方面，提供了一种操作燃料电池系统的方法，包括：
[0005]确定可以从燃料电池系统中提取的最大允许电流；
[0006]基于燃料电池系统的主要允许电流斜坡速率和实际测量电流，反复确定主要最大允许电流的变化的幅度；
[0007]根据反复确定的变化的幅度更新最大允许电流；以及
[0008]根据主要最大允许电流控制燃料电池系统的操作参数。r/>[0009]为了允许燃料电池系统上的外部电负载以提取出在燃料电池系统的能力范围内提供的动力的量，需要电流限制的导出。
[0010]控制燃料电池系统的操作参数的步骤可以包括控制燃料电池系统上的电负载。确定的变化的幅度包括增量或减量。可以根据对应于主要允许电流斜坡速率的变化的幅度和通过电流负载要求指示的变化的幅度中的较小的来确定变化的幅度。确定的值可以作为增量被应用到最大允许电流。可以根据对应于燃料电池系统中的一个或更多个燃料电池的干燥时间的时间段确定变化的幅度。干燥时间可以是湿润电池变成足够干燥将耗费的时间段，当受零电流和无强制通风影响时，进一步干燥不会产生进一步的性能下降。该方法可以进一步包括根据实际测量电流和目前主要电流斜坡速率以及以下内容中的至少一个周期性地确定允许电流斜坡速率的步骤：用于系统的额定的最大电流；基于燃料和/或氧化剂输送系统的能力的最大斜坡速率；对应于燃料电池系统中的一个或更多个燃料电池的干燥时间的时间段；以及对应于燃料电池系统中的一个或更多个燃料电池的湿润时间的时间段。
额定的最大电流可以包括用于燃料电池系统的物理配置的预定最大电流。允许电流斜坡速率可受表示当前速率增加的水平的最小电流斜坡速率的影响，其将确保捕获由一个或更多个燃料电池过度干燥引起的系统中的欠电压事件。该方法可以进一步包括在以下内容中的一个或更多个的事件中抑制最大允许电流增加的步骤：(i)一个或更多个电池的温度超过预定温度阈值；(ii)一个或更多个电池电压低于预定电池电压阈值；(iii)多个电池电压超过预定范围。该方法可以进一步包括根据以下内容中的一个或更多个确定最大允许电流：(i)全部的系统运行时间；(ii)燃料电池系统已受到的完整停止
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开始循环的总数的计数；(iii)低于预定低湿度阈值的环境湿度；(iv)低于预定低温度阈值的环境温度；(v)超过预定高温度阈值的环境温度；以及(vi)系统电压。该方法可以进一步包括根据一个或更多个电池电压与最小电池电压阈值的接近度和/或系统温度与最高温度限制的接近度确定最大允许电流。该方法可以利用比例积分控制器以限制最大允许电流，以便防止一个或更多个电池电压低于电压阈值。该方法可以利用比例积分控制器以限制最大允许电流，以便防止一个或更多个堆温度测量值高于最高温度限制。该方法可以进一步包括确定最大允许电流不低于预定最小电流限制。该方法可以进一步包括在下面内容中的一个或更多个的事件中越过最大允许电流的步骤：(i)系统进入关机过程；(ii)系统的一个或更多个燃料电池与负载隔离。该方法可以进一步包括根据系统的寄生电流负载修改最大允许电流。
[0011]根据另一方面，提供一种配置为执行上述方法中的任何一项的控制器。
[0012]根据另一方面，提供一种燃料电池系统，包括：串联或并联布置的一个或更多个燃料电池；以及控制器。一个或更多个燃料电池可以是空冷燃料电池。
[0013]根据另一方面，提供一种包括燃料电池系统的交通工具，该燃料电池系统布置为所述交通工具提供动力。
[0014]根据另一方面，提供一种用于指示控制器以执行上述方法的计算机程序。
[0015]可以提供一种计算机程序，该计算机程序在计算机上运行时，导致计算机以配置包括本文公开的电路、控制器或设备的任何装置或执行本文公开的任何方法。计算机程序可以是软件实现并且计算机可以被考虑为包括数字信号处理器、微控制器和只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)形式的实现的任何合适的硬件，其为非限制性的示例。该软件可以是汇编程序。
[0016]可以在计算机可读介质上提供计算机程序，该计算机可读介质可以是诸如磁盘或存储器设备的物理计算机可读介质，或者可以体现为瞬态信号。这种瞬态信号可以是包括因特网下载的网络下载。
附图说明
[0017]现在参考附图仅以示例的方式给出说明书，其中：
[0018]图1示出了燃料电池系统和外部电负载的示意图；
[0019]图2示出了控制图1的燃料电池系统的流程图；
[0020]图3示出了用于确定燃料电池系统(诸如图1的燃料电池系统)的更新的允许电流斜坡速率的逻辑布置；
[0021]图4示出了用于确定燃料电池系统(诸如图1的燃料电池系统)的燃料电池条件的逻辑布置；
[0022]图5示出了用于确定燃料电池系统(诸如图1的燃料电池系统)的环境降额电流限制的逻辑布置；
[0023]图6示出了确定用于燃料电池系统(诸如图1的燃料电池系统)的初始电流限制的逻辑布置；
[0024]图7示出了燃料电池系统上的负载和使用图6的逻辑布置计算的相应的初始电流限制的曲线；
[0025]图8示出了用于确定燃料电池系统(诸如图1的燃料电池系统)的总系统电流限制的逻辑布置；以及
[0026]图9示出了用于确定燃料电池系统(诸如图1的燃料电池系统)的净(net)系统电流限制的逻辑布置。
具体实施方式
[0027]图1示出了用于交通工具和外部电负载102(诸如交通工具的电机或其他车载系统)的燃料电池系统100的示意图。燃料电池系统100包括燃料电池堆栈104和限制计算器106。燃料电池堆栈104被配置为将动力提供至外部电负载102。限制计算器106被配置为从燃料电池系统100接收信号，并基于接收的信号确定负载可从燃料电池堆栈中提取的电流的量的限制。限制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种操作燃料电池系统的方法，包括：确定从所述燃料电池系统中可以提取的最大允许电流；基于所述燃料电池系统的主要允许电流斜坡速率和实际测量的电流，反复确定所述主要最大允许电流的变化的幅度；根据反复地确定的变化的幅度，更新所述最大允许电流；以及根据所述主要最大允许电流，控制所述燃料电池系统的操作参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述燃料电池系统的操作参数的所述步骤包括控制所述燃料电池系统上的电负载。3.根据权利要求1所述的方法，其中确定的变化的幅度包括增量或减量。4.根据权利要求1所述的方法，其中根据对应于所述主要允许电流斜坡速率的变化的幅度和由电流负载要求指示的变化的幅度中的较小的确定所述变化的幅度，并将确定的值作为增量被应用到所述最大允许电流。5.根据权利要求1所述的方法，其中根据对应于所述燃料电池系统中的一个或更多个燃料电池的干燥时间的时间段确定所述变化的幅度。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括根据实际测量的电流和目前主要电流斜坡速率以及以下内容中的至少一个周期性地确定允许电流斜坡速率的步骤：用于所述系统的额定的最大电流；基于所述燃料和/或氧化剂输送系统的能力的最大斜坡速率；对应于所述燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：智慧能量有限公司，
类型：发明
国别省市：