提高燃料电池电力系统性能的方法和装置制造方法及图纸

电流脉调制提高了基于电力系统的燃料电池堆中的燃料电池的性能。电压箝位限制了在电流脉冲之后出现的电压峰值。在混合电力系统中，电存储装置在电流脉冲调制期间为负载供电。电存储装置可以接收电流以实现电压箝位，和／或电力系统可以采用其它的电压箝位电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池电力系统，具体而言是涉及用于提高燃料电池电力系统中燃料电池堆的性能的方法和装置。
技术介绍
燃料电池电化学地反应包含氢的燃料流与包含氧的氧化剂流来产生电流。采用燃料电池堆的燃料电池电力系统用于运输、便携式和固定等多种供电应用中。在采用包含铂(Pt)的催化剂的燃料电池中已经观察到特性损失。例如，在恒定电流条件下，通常聚合物电解质膜燃料电池的电压最初为0.9V，但是一开始便相当快的下降。类似地，在恒定电压条件下，特别是在较高电压的条件下，初始电流从其最初输出值下降。多种原因引起了特性损失，包括催化剂的一氧化碳中毒以及由于从水中吸收氧化物导致阴极催化剂活性的损失。已经采用了几种方法来扭转这种性能下降。例如，US 5,601,936中披露了向燃料电池的阳极和阴极施加反向的DC(直流)电势。CA2,284,589中披露了通过临时短路阳极和阴极或者通过外部DC电压源产生正电压脉冲来脉冲调制阳极电势。相反地，US 2001/0044040A1中披露了将阴极切换到输出负载以便在脉宽有效时降低电池电压来扭转性能下降。US 6,096,448中披露了通过将瞬时负载连接到燃料电池堆以使燃料电池堆燃料匮乏。US 6,096,449和US 6,451,470B1中都披露了周期性短路燃料电池。US 6,096,449中还披露了分路控制器，其连接到对应于系统中每个燃料电池的多个分路控制电路。分路控制器还包括一对电压传感器、将阳极与阴极连接到一起的旁路电路以及与每个燃料电池关联的电流传感器。分路控制器进一步控制燃料气体关闭控制阀门，用于终止向燃料电池供应燃料气体。这些方法具有一种和更多种缺点。首先，当燃料电池堆短路或其电流或电压被脉冲调制时，它们可能导致对外部负载的供电波动。这在外部负载不能容忍如此的电压波动的幅度和/或频率的应用中是有问题的。或者，在脉冲调制期间外部负载可能与燃料电池堆断开连接，不期望地中断了向负载供电。其次，实施这样的方法所涉及的控制系统过于复杂。例如，US6,096,449中的分路控制器的复杂性可能不利地增加了成本并降低了整个系统的操作可靠性。因此期望具有一种用于操作燃料电池电力系统的方法和装置，其不仅增加燃料电池堆的性能，而且相当廉价、可靠以及电效率更高。本专利技术解决了传统燃料电池电力系统的缺点并提供了其它的相关优点。
技术实现思路
在一个方面，一种操作包括燃料电池堆的电力系统的方法，该方法包括时常(from time-to-time)进行如下步骤，电流脉冲调制该燃料电池堆；在电流脉冲调制该燃料电池堆之后的至少一段时间内，将燃料电池电压箝位在最大燃料电池电压水平之下。电流脉冲调制该燃料电池堆可以包括提供跨过该燃料电池堆两端的短路通道；以及移除跨过该燃料电池堆两端的短路通道。电流脉冲调制该燃料电池堆可以包括跨过该燃料电池堆的两端电性连接负载；以及使负载与该燃料电池堆电性断开。在另一个方面，一种操作电力系统以便为至少一个负载供电的方法，该电力系统包括燃料电池堆和至少一个与该燃料电池堆并联电性连接的电存储装置，该方法包括时常临时地短路该燃料电池堆；以及至少在短路该燃料电池堆时从电存储装置向负载供电。在又一个方面，一种操作包括燃料电池堆和电性连接的电存储装置的电力系统以便为负载供电的方法，该方法包括时常操作至少一个开关以提供跨过燃料电池堆两端的电性短路电路；操作该至少一个开关以便从燃料电池堆的两端移除电性短路电路；至少在短路该燃料电池堆时从电存储装置向负载供电；以及在移除了跨过该燃料电池堆两端的短路通道之后的至少一段时间内，将燃料电池电压箝位在最大燃料电池电压水平之下。在另一个方面，一种操作具有燃料电池堆和电性连接到该燃料电池堆的能量存储装置的电力系统以便为系统的负载和平衡设备供电的方法，该方法包括测量由燃料电池堆供给到系统的负载和平衡设备的电池堆电流；测定在该燃料电池堆的短路电路期间系统的负载和平衡设备所需的能量数量；测定在短路电路之后将要削去的能量数量；根据在短路电路期间系统的负载和平衡设备所需的能量数量，以及根据在短路电路之后将要削去的能量数量，来测定将要从能量存储装置预先移除的能量数量；测定以现有的负载从电存储装置预先移除测定数量的能量所需的时间；断开系统的负载和平衡设备与燃料电池堆的连接；在断开系统的负载和平衡设备的连接之后，经过从电存储装置预先移除能量所需的测定的时间，短路该燃料电池堆；将系统的负载和平衡设备重新连接到燃料电池堆；在短路该燃料电池堆进行了短路持续时间之后，停止对该燃料电池堆的短路。在另一个方面，一种用于向至少一个负载供电的电力系统，包括燃料电池堆；用于时常短路该燃料电池堆的装置；以及用于至少在紧随短路该燃料电池堆之后的一段时间内，将燃料电池堆电压箝位在最大燃料电池堆电压水平之下的装置。在又一个方面，一种电力系统，包括电力总线；电性跨接在电力总线两端的燃料电池堆；电性跨接在燃料电池堆两端的脉冲调制开关，用于电流脉冲调制该燃料电池堆；控制器，被连接成用于选择地控制脉冲调制开关来时常电流脉冲调制该燃料电池堆；以及电池堆电压箝位装置，用于至少在紧随电流脉冲调制该燃料电池堆之后的一段时间内箝位电池堆电压。在又一个方面，一种用于向至少一个负载供电的电力系统，该电力系统包括燃料电池堆；电性连接的短路开关，用于电性地短路该燃料电池堆；与该燃料电池堆并联电性连接的电存储装置；电性连接在燃料电池堆与电存储装置之间的二极管，用于避免电存储装置电性短路；以及控制器，被连接成用于选择地控制短路开关来时常短路该燃料电池堆。附图说明在附图中，相同的参考标记表示类似的元件或动作。附图中元件的尺寸和相对位置没有必要按照比例绘制。例如，各种元件的形状和角度没有按照比例绘制，并且这些元件中的一些被任意地放大和定位，以便提高附图的易读性。此外，附图所示元件的特定形状不倾向于传递关于特定元件的实际形状的任何信息，并且完全是为了容易辨识而选择的。图1是NEXATM燃料电池的电池堆净电压相对时间的曲线图；图2是对于图1曲线中所示的每个脉冲的电压衰变曲线的三维图；图3是电池堆电流和电池堆电压相对时间的曲线图，显示了燃料电池的电流脉冲调制；图4是按照一个示意性实施例的为外部负载和/或内部负载供电的电力系统的示意图，该电力系统包括燃料电池堆、能量存储装置和脉冲调制开关，其中脉冲调制开关选择地用于跨过燃料电池堆的两端设置电性短路电路以便电流脉冲调制该燃料电池；图5是按照另一个示意性实施例的为外部负载和/或内部负载供电的电力系统的示意图，其中脉冲调制开关选择地用于跨过燃料电池堆的两端设置负载以便电流脉冲调制该燃料电池；图6是蓄电池的电子示意图，例如是VRLA蓄电池，适于用作电力系统中的电存储装置；图7是超大电容器的电子示意图，适于用作电力系统中的电存储装置；图8是电池堆电流和电池堆电压对时间的曲线，显示了在电流脉冲调制之后电存储装置接收电流以便箝位该燃料电池堆的电压；图9是电池堆电流和电池堆电压对时间的曲线，其中在电流脉冲调制之后箝位电路从燃料电池堆获得足够的电流，以便将电压箝位在预期的最大电池堆电压；图10是电池堆电流和电池堆电压对时间的曲线，其中在电流脉冲调制之后箝位电路从燃料电池堆获得更充足的电流，以便将电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作包括燃料电池堆的电力系统的方法，该方法包括时常进行如下步骤：时常电流脉冲调制该燃料电池堆；以及在电流脉冲调制该燃料电池堆之后的至少一段时间内，将燃料电池电压箝位在最大燃料电池电压水平之下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁T费尔森，
申请(专利权)人：百拉得动力系统公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]