并联燃料电池系统的动态控制技术方案

本公开广泛涉及用于操作包含至少两个或更多按并联配置连接的燃料电池系统的系统和方法

【技术实现步骤摘要】
并联燃料电池系统的动态控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本非临时申请根据35U.S.C.
§
119(e)和任何其他适用的法律或法规，要求获得2022年6月10日提交的美国临时专利申请序列第63/351,094号的权益和优先权，该申请的全部内容通过援引在此明确并入本文中。


[0003]本公开广泛涉及利用至少两个或更多按并联配置连接的燃料电池系统为负载供电的系统和方法。

技术介绍

[0004]车辆和/或动力总成利用燃料电池或燃料电池堆来满足其功率需求。燃料电池和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)或固态氧化物燃料电池(SOFC)。
[0005]燃料电池或燃料电池堆可以从燃料电池或燃料电池堆中发生的电化学反应产生直流(DC)形式的电力，以便为各种应用供电。
[0006]优化使用多个包括一个或以上燃料电池堆的燃料电池系统，可以提高效率和可用于各种应用的功率。多个燃料电池系统在为各种应用供电时，可以采用串联、并联或混合配置。本公开提供的系统和方法适用于优化采用并联配置的多个燃料电池系统的操作。本公开提供的系统和方法用于根据各种应用所需的负载功率(P
load
)，确定何时启动采用并联配置的多个燃料电池系统中的每一个系统的操作。
[0007]概述
[0008]为了满足这些以及其他需求，本文包括了本公开的实施例。
[0009]在本文介绍的一个方面，并联配置系统包括多个燃料电池系统、开关装置、能量转换装置、负载和控制单元。多个燃料电池系统按并联配置进行电连接。开关装置以串联方式连接到多个燃料电池系统中的每一个系统。能量转换装置以串联方式连接到每个开关装置。负载连接到每个能量转换装置。控制单元配置为确定多个燃料电池系统的操作。多个燃料电池系统的电输出以并联方式通过开关装置和能量转换装置连接到负载。
[0010]在一些实施例中，负载可以是用于电动车辆的电机控制器，或用于固定式动力应用的逆变器。在一些实施例中，开关装置可以是接触器、MOSFET、IGBT或双极结型晶体管。在一些实施例中，能量转换装置可以是DC
‑
DC转换器。
[0011]在一些实施例中，当多个燃料电池系统中的每一个系统都不提供功率时，可以确定一个用于多个燃料电池系统中每一个系统的排名系统，该排名系统可以用来根据一个或多个因素的加权平均方案，确定多个燃料电池系统中每一个系统的优选连接和断开顺序。在一些实施例中，该一个或多个因素可以包括：多个燃料电池系统中每一个系统的可用性，控制单元在多个燃料电池系统中的每一个系统中已经识别的故障、警报或恢复的频率，或者多个燃料电池系统中每一个系统的工作小时数。
[0012]在一些实施例中，可以根据负载所需的功率，确定用于开启和关闭多个燃料电池系统中的每一个系统的预定功率水平。在一些实施例中，所确定的用于开启和关闭多个燃料电池系统中每一个系统的预定功率水平，可以基于多个燃料电池系统中每一个系统的历史操作数据进行动态调整。
[0013]在一些实施例中，并联配置系统可以具有最小功率设置和最大功率设置，并且多个燃料电池系统中每一个系统的操作都可以基于最小功率设置和最大功率设置之间的一个范围。在一些实施例中，并联配置系统可以进一步包括实施一个端系统积分器，以确定多个燃料电池系统中应当开启的系统。在一些实施例中，端系统积分器可以模拟在开启多个燃料电池系统中的每一个系统时发生的任何时间延迟。
[0014]根据本文介绍的第二个方面，一种用于为负载供电的方法包括：实施采用并联配置进行电连接的多个燃料电池系统，以串联方式将多个燃料电池系统中的每一个系统连接到开关装置，以串联方式将每一个开关装置连接到能量转换装置，将负载连接到每一个能量转换装置，以及实施一个控制单元来确定多个燃料电池系统的操作。多个燃料电池系统的电输出以并联方式通过开关装置和能量转换装置连接到负载。
[0015]在一些实施例中，负载可以是用于电动车辆的电机控制器，或用于固定式动力应用的逆变器。在一些实施例中，开关装置可以是接触器、MOSFET、IGBT或双极结型晶体管。在一些实施例中，能量转换装置可以是DC
‑
DC转换器。
[0016]在一些实施例中，该方法可以进一步包括：当多个燃料电池系统中的每一个系统都不提供功率时，确定一个用于多个燃料电池系统中每一个系统的排名系统；以及使用该排名系统来根据一个或多个因素的加权平均方案，确定多个燃料电池系统中每一个系统的优选连接和断开顺序。在一些实施例中，该一个或多个因素可以包括：多个燃料电池系统中每一个系统的可用性，控制单元在多个燃料电池系统中的每一个系统中已经识别的故障、警报或恢复的频率，或者多个燃料电池系统中每一个系统的工作小时数。
[0017]在一些实施例中，该方法可以进一步包括：根据负载所需的功率，确定用于开启和关闭多个燃料电池系统中的每一个系统的预定功率水平。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：实施一个端系统积分器，以确定多个燃料电池系统中应当开启的系统。
[0018]在一些实施例中，该方法可以进一步包括：使用端系统积分器来模拟在开启多个燃料电池系统中的每一个系统时发生的任何时间延迟。
[0019]附图简要说明
[0020]当参照附图阅读以下详细说明时，可以更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，相应字符代表整个附图中的相应部分，其中：
[0021]图1A是一个示例性燃料电池系统的示意图，其中包括一个空气输送系统、一个氢气输送系统和一个包含多个燃料电池的燃料电池模块；
[0022]图1B是一个示例性燃料电池系统的剖面图，其中包括一个空气输送系统、多个氢气输送系统，以及多个燃料电池模块，每个模块均包含多个燃料电池堆；
[0023]图1C是图1A所示的燃料电池系统中，燃料电池堆的一个示例性重复单元的透视图；
[0024]图1D是图1C所示燃料电池堆的一个示例性重复单元的剖面图；
[0025]图2展示了N个相连的燃料电池系统，每个燃料电池系统都有自己的接触器和DC
‑
DC转换器，并且这些燃料电池系统以并联配置连接；
[0026]图3展示了在操作图2所示每个燃料电池系统时实施的“开启”功率转换点(P
on
)和“关闭”功率转换点(P
off
)；以及
[0027]图4展示了用于确定图2所示燃料电池系统操作的方法的实施例。
[0028]详细说明
[0029]如图1A所示，燃料电池系统10通常包含一个或多个燃料电池堆12或燃料电池模块14，其与核电厂配套设施(BOP)16包括各种组件相连接，用以支持电化学转换、发电和/或配电，进而以环保的方式帮助满足现代工业和商业需求。如图1B和1C所示，燃料电池系统10可以包括由多个单片燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并联配置系统，包括：多个按并联配置进行电连接的燃料电池系统，以串联方式连接到多个燃料电池系统中的每一个系统的开关装置，以串联方式连接到每个开关装置的能量转换装置，连接到每个能量转换装置的负载，以及配置为确定多个燃料电池系统的操作的控制单元，其中，多个燃料电池系统的电输出以并联方式通过开关装置和能量转换装置连接到负载。2.权利要求1所述的并联配置系统，其中，负载是用于电动车辆的电机控制器或用于固定式动力应用的逆变器。3.权利要求1所述的并联配置系统，其中，能量转换装置是DC
‑
DC转换器。4.权利要求1所述的并联配置系统，其中，当多个燃料电池系统中的每一个系统都不提供功率时，确定一个用于多个燃料电池系统中每一个系统的排名系统，该排名系统将用来根据一个或多个因素的加权平均方案，确定多个燃料电池系统中每一个系统的优选连接和断开顺序。5.权利要求4所述的并联配置系统，其中，该一个或多个因素包括：多个燃料电池系统中每一个系统的可用性，控制单元在多个燃料电池系统中的每一个系统中已经识别的故障、警报或恢复的频率，或者多个燃料电池系统中每一个系统的工作小时数。6.权利要求1所述的并联配置系统，其中，根据负载所需的功率确定用于开启和关闭多个燃料电池系统中的每一个系统的预定功率水平。7.权利要求1所述的并联配置系统，其中，并联配置系统具有最小功率设置和最大功率设置，并且多个燃料电池系统中每一个系统的操作均基于最小功率设置和最大功率设置之间的一个范围。8.权利要求1所述的并联配置系统，其中，并联配置系统进...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：洁能氏公司，
类型：发明
国别省市：