使用能量存储设备来辅助喷射器的系统和方法技术方案

本公开总体上涉及使用能量存储设备来辅助燃料电池或燃料堆系统中的文丘里管或喷射器的系统和方法。器的系统和方法。器的系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
使用能量存储设备来辅助喷射器的系统和方法


[0001]本公开涉及使用能量存储设备来辅助燃料电池或燃料堆系统中的文丘里管或喷射器的运行的系统和方法。

技术介绍

[0002]车辆和/或功率系统使用燃料电池或燃料电池堆用于其功率需求。燃料电池或燃料电池堆可以是任何类型的燃料电池。例如，燃料电池和/或燃料电池堆可以包括但不限于磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(也称为聚合物交换膜燃料电池(PEMFC))和固体氧化物燃料电池(SOFC)。
[0003]燃料电池或燃料电池堆可以从在燃料电池或燃料电池堆中发生的电化学反应以直流电(DC)的形式发电。燃料处理器将燃料转换成燃料电池或燃料电池堆可用的形式。如果燃料电池或燃料电池堆由富含氢的常规燃料(例如甲醇、汽油、柴油或气化煤)提供功率，则重整器可以将碳氢化合物转化为氢和碳化合物的气体混合物或重整产品。然后可以将重整产品转化为二氧化碳、净化并再循环回到燃料电池或燃料电池堆中。
[0004]燃料，例如氢或碳氢化合物，通过场流板被引导到燃料电池或燃料电池堆的一侧上的阳极，而来自空气的氧气被引导到燃料电池或燃料电池堆的另一侧上的阴极。在阳极处，催化剂、例如铂催化剂使氢分裂成正氢离子(质子)和带负电的电子。在聚合物交换膜燃料电池(PEMFC)的情况下，聚合物电解质膜(PEM)允许带正电的离子通过PEM流到阴极。带负电的电子沿着外部回路被引导到阴极，形成电路(电流)。在阴极处，电子和带正电的氢离子与氧气结合形成水，其从燃料电池或燃料电池堆中流出。
[0005]燃料流从燃料电池或燃料电池堆出口排出并通过阳极入口再循环回到阳极。返回阳极入口的燃料流废气的再循环包括燃料和水二者。再循环率基于指定的过量燃料目标，例如过量燃料比或夹带比(ER)。夹带比(ER)被定义为低压流的质量流率(例如，次级质量流率)与高压流的质量流率(例如，初级质量流率)的比。
[0006]基于燃料电池或燃料电池堆的运行条件，系统的燃料目标可以被指定为燃料电池或燃料电池堆所需的最小过量燃料水平。燃料电池或燃料电池堆的过量燃料水平可能高于由过量燃料目标定义的最低水平，但达到该较高水平可能导致燃料电池或燃料电池堆上的高寄生负载。例如，高于最小过量燃料水平的过量燃料水平可以通过在阳极处保持高燃料流率来实现，这可能导致燃料电池或燃料电池堆中的压力损失。鼓风机和/或泵可以以与燃料电池或燃料电池堆中的压力损失和/或通过鼓风机和/或泵的体积流率成比例的容量起作用。鼓风机和/或泵可以使用额外的功率来补偿压力损失。由鼓风机和/或泵使用额外功率可能导致燃料电池或燃料电池堆上的高寄生负载。
[0007]本说明书提供了在瞬时运行期间使用能量存储设备来辅助燃料电池或燃料堆系统中的文丘里管或喷射器的系统和方法。

技术实现思路

[0008]一方面，本公开涉及一种燃料电池堆系统，包括喷射器、鼓风机、控制器和能量存储设备。系统在瞬时滞后状态下运行。
[0009]在一个实施例中，系统需要在第一运行电流密度下运行并且喷射器或鼓风机不能支持第一运行电流密度。在一些实施例中，控制器确定系统的第二运行电流密度，并且第二运行电流密度高于第一运行电流密度。
[0010]在一个实施例中，当系统在瞬时滞后状态下运行时，燃料电池堆的温度或压力正在降低。
[0011]在一个实施例中，系统在以第二运行电流密度运行时产生过量功率，并且其中产生的过量功率在能量存储设备中耗散或存储一段时间。在一些实施例中，存储设备是具有充电状态的电池。在其他实施例中，所产生的过量功率的存储取决于电池的充电状态。在一些实施例中，产生的过量功率被存储为动能、势能、化学能、电能、电化学能、机械能或热能。
[0012]在一个实施例中，控制器确定系统的第三运行电流密度，并且第三运行电流密度低于第一运行电流密度。在一些实施例中，系统在以第三运行电流密度运行时使用来自能量存储设备的能量。
[0013]在另一方面，本公开涉及一种用于运行燃料电池堆系统的方法，该燃料电池堆系统包括喷射器、鼓风机、控制器和能量存储设备。该方法包括确定系统的运行电流密度，并在瞬时滞后状态下运行燃料电池堆。
[0014]在该方法的一个实施例中，确定系统的运行电流密度包括确定第一运行电流密度，使得喷射器或鼓风机不能支持第一运行电流密度。在该方法的一些实施例中，该方法还包括控制器确定系统的第二运行电流密度，并且其中第二运行电流密度高于第一运行电流密度。
[0015]在该方法的一个实施例中，当系统在瞬时滞后状态下运行时，燃料电池堆的温度或压力正在降低。
[0016]在该方法的一个实施例中，该方法还包括系统在以第二运行电流密度运行时产生过量功率，并且耗散产生的过量功率或将产生的过量功率在一段时间内存储在能量存储设备中。
[0017]在该方法的一些实施例中，存储设备是具有充电状态的电池。在该方法的一些实施例中，存储产生的过量功率取决于电池的充电状态。在该方法的一些实施例中，产生的过量功率被存储为动能、势能、化学能、电能、电化学能、机械能或热能。
[0018]在该方法的一个实施例中，该方法还包括控制器确定系统的第三运行电流密度，并且其中第三运行电流密度低于第一运行电流密度。
[0019]在该方法的一些实施例中，该方法还包括该系统在以第三运行电流密度运行时使用来自能量存储设备的能量。
附图说明
[0020]当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，其中贯穿附图，相同的字符代表相同的部分，其中：图1是显示包括燃料电池或燃料电池堆的系统的运行曲线的图。
[0021]图2是示出在燃料电池堆系统中与文丘里管或喷射器一起使用的机械调节器的示意图。
[0022]图3是示出在燃料电池堆系统中与文丘里管或喷射器一起使用的比例控制阀的示意图。
[0023]图4A是示出在阻塞条件下包括文丘里管或喷射器的系统的运行曲线的图。
[0024]图4B是示出在阻塞和未阻塞条件下包括文丘里管或喷射器的系统的运行曲线的图。
[0025]图5是示出当系统处于瞬时状态时包括处于不同运行状态的鼓风机的系统的运行曲线的图。
具体实施方式
[0026]本公开涉及增强燃料电池或燃料堆系统中的文丘里管或喷射器的运行的系统和方法。更具体地，它涉及在瞬时状态运行期间使用电池存储系统来辅助燃料电池或燃料堆系统中的文丘里管或喷射器的系统和方法。
[0027]包括燃料电池或燃料电池堆的本运行系统的要求的一个实施例在图1中示出。运行压力和相关运行温度显示为电流密度的函数。燃料电池或燃料电池堆可能需要在称为阳极入口歧管压力(P
AIM
)的压力范围内运行。
[0028]燃料电池或燃料电池堆的最高阳极入口歧管压力(P
AIM_HI
)由110表示。燃料电池或燃料电池堆的最低阳极入口歧管压力(P
AIM_LO
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池堆系统，包括：喷射器、鼓风机和能量存储设备，其中所述系统在瞬时滞后状态下运行，并且所述系统需要在所述喷射器或鼓风机不能支持的第一运行电流密度下运行，并且其中所述系统在第二运行电流密度下运行。2.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述系统在瞬时滞后状态下运行时，所述燃料电池堆的温度或压力正在减少。3.根据权利要求1所述的系统，其中，控制器确定所述系统的第二运行电流密度，并且其中所述第二运行电流密度高于所述第一运行电流密度。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述系统在以所述第二运行电流密度运行时产生过量功率，并且其中产生的所述过量功率在一段时间内耗散或存储在所述能量存储设备中。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述存储设备是具有充电状态的电池。6.根据权利要求5所述的系统，其中，产生的所述过量功率的存储取决于所述电池的充电状态，并且产生的所述过量功率存储为动能、势能、化学能、电能、电化学能、机械能或热能。7.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器确定所述系统的第三运行电流密度，并且其中所述第三运行电流密度低于所述第一运行电流密度。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述系统在以所述第三运行电流密度运行时使用来自所述能量存储设备的能量。9.运行燃料电池堆系统，包括：在瞬时滞后状态下运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：卡明斯公司，
类型：发明
国别省市：