本发明专利技术涉及观察燃料电池系统启动期间的阳极流体成分的系统和方法。一种燃料电池系统包括：具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阳极供应歧管和阳极排出歧管；第一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧管和阳极排出歧管中的至少一个流体连通，其中，所述第一阀包括用于接收流体流的入口和用于排出流体的出口；传感器，至少用于测量第一阀的入口和出口处的流体压力，其中，所述传感器产生表示压力测量值的传感器信号；和处理器，用于接收所述传感器信号、分析所述传感器信号、并基于所述传感器信号的分析来确定燃料电池系统中的流体成分。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池系统。更具体地，本专利技术涉及用于确定在启动期间燃料电池 系统阳极部分中的流体成分的燃料电池系统和方法。
技术介绍
在燃料电池系统中，在启动时的阳极浓度是用于启动/停机控制以满足排放标准 的关键参数。当前，阳极浓度通过来自于查询表(LUT)的寿命初期(BOL)特征来确定。然 而，BOL特征可能不代表随时间变化的准确阳极浓度。在当前现有技术侧重生产的燃料电池系统(FCS)中，系统启动在氢气使用方面是 相对低效的。当前FCS启动方法通常包括燃料电池堆阳极集管吹扫程序和燃料电池堆阳极 冲洗程序以防止电极催化剂降级。吹扫和冲洗程序在持续时间和流率上基于FCS已经关闭 多久(例如，使用系统“关闭计时器”)而不同。如果FCS已经关闭短时间，则假设燃料电 池堆中剩留大量的氢气。随着系统老化，外围设备(balance-of-plant)部件(例如阀)和 燃料电池堆膜会降级。这种降级会增加从阳极的氢气扩散速率。由于该已知行为，当前启 动方法针对寿命末期FCS进行标定。因而，启动方法可在不必要时采用集管吹扫。此外，具 有异常(高端)部件和/或膜的寿命初期FCS可具有极慢的氢气扩散速率(比标定基准更 慢)；在这种情况下，可能不需要较长的关闭时间，只要集管吹扫或冲洗即可。当前，不存在用于FCS内部的高性能( ms响应时间)易于生产的氢气浓度传感 器。借助于这种传感器，可以检测通过集管吹扫或冲洗阀的氢气前锋，其中，氢气前锋表示 集管吹扫程序或集管冲洗程序的期望终点。此外，用于检测FCS中流体成分的装置将使得 可以修正启动程序以确保最佳操作。期望开发用于确定燃料电池系统中流体成分的燃料电池系统和方法，从而提供调 整和修正燃料电池系统启动程序的基础，以最大化燃料电池系统从寿命初期至寿命末期的 效率、耐用性和可靠性。
技术实现思路
根据本专利技术，令人惊奇地发现用于确定燃料电池系统中流体成分的燃料电池系统 和方法，从而提供调整和修正燃料电池系统启动程序的基础，以最大化燃料电池系统从寿 命初期至寿命末期的效率、耐用性和可靠性。在一个实施例中，一种燃料电池系统包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述 燃料电池堆包括阳极供应歧管和阳极排出歧管；第一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧管 和阳极排出歧管中的至少一个流体连通，其中，所述第一阀包括用于接收流体的入口和用 于排出流体的出口 ；传感器，用于测量第一阀的入口和出口处的流体压力，其中，所述传感 器产生表示压力测量值的传感器信号；和处理器，用于接收所述传感器信号、分析所述传感 器信号、并基于所述传感器信号的分析来确定燃料电池系统中的流体成分。在另一个实施例中，一种燃料电池系统包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阳极供应歧管和阳极排出歧管；第一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧 管流体连通，其中，所述第一阀包括用于接收流体流的入口和用于排出流体的出口 ；第二 阀，所述第二阀与所述阳极排出歧管和再循环回路中的至少一个流体连通，其中，所述第二 阀包括用于接收流体的入口和用于排出流体的出口 ；至少一个传感器，用于测量第一阀和 第二阀中的每个的入口和出口处的流体压力，其中，所述至少一个传感器产生表示压力测 量值的传感器信号；和处理器，用于接收所述传感器信号、分析所述传感器信号、并基于所 述传感器信号的分析来确定燃料电池系统中的流体成分。 本专利技术也提供用于确定燃料电池系统中的流体成分的方法。一种方法包括步骤提供具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括 阳极供应歧管和阳极排出歧管；提供第一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧管和阳极排出 歧管中的至少一个流体连通，其中，所述第一阀包括用于接收流体的入口和用于排出流体 的出口 ；测量第一阀的入口和出口处的流体压力；和基于所述流体压力的测量值来确定第 一阀中的流体成分。一种燃料电池系统，包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阳极供应歧管和阳极排出歧管；第一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧管和阳极排出歧管中的至少一个流体连 通，其中，所述第一阀包括用于接收流体的入口和用于排出流体的出口 ；传感器，用于测量第一阀的入口和出口处的流体压力，其中，所述传感器产生表示 压力测量值的传感器信号；和处理器，用于接收所述传感器信号、分析所述传感器信号、并基于所述传感器信号 的分析来确定燃料电池系统中的流体成分。所述燃料电池系统还包括阳极入口管道和阳极排出管道中的至少一个，其中，所 述阳极入口管道在所述阳极供应歧管和氢气源之间提供流体连通，且所述阳极排出管道与 所述阳极排出歧管流体连通。所述燃料电池系统还包括以下部件中的至少一个与所述阳极供应歧管流体连通 的喷射泵；与所述阳极供应歧管流体连通的喷射器；和与所述阳极排出歧管和所述阳极供 应歧管中的至少一个流体连通的再循环回路。所述燃料电池系统还包括与所述阳极供应歧管和所述阳极排出歧管中的至少一 个流体连通的第二阀，其中，所述第二阀包括用于接收流体流的入口和用于排出流体的出所述第一阀设置在燃料电池堆的第一端，所述第一阀与阳极入口管道隔开且与所 述阳极供应歧管流体连通。所述处理器包括存储装置和可编程部件中的至少一个。由处理器进行的分析基于指令集，所述指令集包括基于理想气体定律和kv喷孔 模型的处理器可执行指令，以确定燃料电池系统中的流体成分。一种燃料电池系统，包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阳极供应歧管和阳极排出歧管；第一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧管流体连通，其中，所述第一阀包括用于接 收流体流的入口和用于排出流体的出口 ；第二阀，所述第二阀与所述阳极排出歧管和再循环回路中的至少一个流体连通， 其中，所述第二阀包括用于接收流体的入口和用于排出流体的出口 ；至少一个传感器，用于测量第一阀和第二阀中的每个的入口和出口处的流体压 力，其中，所述至少一个传感器产生表示压力测量值的传感器信号；和处理器，用于接收所述传感器信号、分析所述传感器信号、并基于所述传感器信号 的分析来确定燃料电池系统中的流体成分。所述燃料电池系统还包括阳极入口管道和阳极排出管道中的至少一个，其中，所 述阳极入口管道在所述阳极供应歧管和氢气源之间提供流体连通，且所述阳极排出管道与 所述阳极排出歧管流体连通。所述燃料电池系统还包括以下部件中的至少一个与所述阳极供应歧管流体连通 的喷射泵；与所述阳极供应歧管流体连通的喷射器；和与所述阳极排出歧管和所述阳极供 应歧管中的至少一个流体连通的再循环回路。所述第一阀设置在燃料电池堆的第一端，所述第一阀与阳极入口管道隔开。所述第二阀设置在燃料电池堆的第二端。所述至少一个传感器测量绝对压力和差压中的至少一个。由处理器进行的分析基于指令集，所述指令集包括基于理想气体定律和kv喷孔 模型的处理器可执行指令，以确定燃料电池系统中的流体成分。一种用于确定燃料电池系统中的流体成分的方法，所述方法包括步骤提供具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阳极供应歧管和阳极 排出歧管；提供第一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧管和阳极排出歧管中的至少一个流体 连通，其中，所述第一阀包括用于接收流体的入口和用于排出流体的出口 ；测量第一阀的入口和出口处的流体压力；和基于所述流体压力的测量值本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阳极供应歧管和阳极排出歧管；第一阀，所述第一阀与所述阳极供应歧管和阳极排出歧管中的至少一个流体连通，其中，所述第一阀包括用于接收流体的入口和用于排出流体的出口；传感器，用于测量第一阀的入口和出口处的流体压力，其中，所述传感器产生表示压力测量值的传感器信号；和处理器，用于接收所述传感器信号、分析所述传感器信号、并基于所述传感器信号的分析来确定燃料电池系统中的流体成分。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：P弗罗斯特，DI哈里斯，M辛哈，GM罗布，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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