估算燃料电池的最小电压制造技术

本发明专利技术涉及估算燃料电池的最小电压。提供了估算燃料电池的最小电压的方法，以及使用该方法的产品。所述方法包括：测量燃料电池堆的堆电压（Ｖ８）；计算所述堆的平均电池电压（ＶＣ，ａｖｅ）；测量所述堆的多个燃料电池组的组电压；识别所述多个组中具有最小组电压（ＶＧ，ｍｉｎ）的组，最小组电压（ＶＧ，ｍｉｎ）低于所述多个组中其余组的测量组电压；通过将所识别组的燃料电池数量（ＮＭ）乘以所计算的平均电池电压，再减去所识别组的测量组电压，来计算所识别组的组电压偏差（Ｙ）；和根据关系式来估算所识别组的最小电池电压（ＶＧＣ，ｍｉｎ），在所述关系式中：如果Ｙ小于或等于某值，则ＶＧＣ，ｍｉｎ等于ＶＧ，ｍｉｎ减去（ＮＭ－１）＊（ＶＣ，ａｖｅ）；和如果Ｙ大于所述值，则ＶＧＣ，ｍｉｎ等于ＶＧ，ｍｉｎ乘以某常值或ＶＧ，ｍｉｎ加上某变量中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及的领域包括燃料电池及相关操作方法。
技术介绍
燃料电池是使用输入氢气和氧气进行催化反应以产生副产物水和有用的电能输 出的电化学能量转换装置。分立的燃料电池通常电串联地连接以形成堆。例如，200个燃料 电池的堆(其中每个产生约0.75伏)可输出约150伏。堆电压被监测以确保良好的堆操 作，且分立的燃料电池电压可被监测以估定低电压状况，该低电压状况可能引起该堆或包 括该堆的整个燃料电池系统的操作性能降低或甚至关闭。但是直接测量每个分立燃料电池的电压会是复杂且成本昂贵的。为了使得电压测 量最小化，邻近的燃料电池通常被聚集成组，监测每组的电压并经由组来估算最小电池电 压。但是典型的最小电压估算方法会假定在每组中仅有一个性能最低的电池并假定每组中 的其它电池处于整个堆的平均电池电压。
技术实现思路
一个示例性实施例可包括一种方法，该方法包括测量燃料电池堆的堆电压；计 算该堆的平均电池电压(Vf)；测量该堆的多个燃料电池组的组电压；识别所述多个组中 具有最小组电压(\,min)的组，最小组电压(ve,min)低于所述多个组中其余组的测量组电压； 通过将所识别组的燃料电池数量(Nm)乘以所计算的平均电池电压，再减去所识别组的测量 组电压，来计算所识别组的组电压偏差(Y)；和根据关系式来估算所识别组的最小电池电 压(U，在所述关系式中如果Y小于或等于某值，则Veamin等于Ve,min减去(Nm-I)* (Vc, ave)；和如果Y大于该值，则等于ve,min乘以某常值或ve,min加上某变量中的至少一个。另一个示例性实施例可包括一种方法，所述方法包括a)识别燃料电池堆的多个 燃料电池组中具有最小组电压(ve,min)的组，最小组电压(ve,min)低于所述多个组中其余组 的任何组电压；b)通过将所识别组的燃料电池数量(Nm)乘以燃料电池堆的平均电池电压 (VaaJ，再减去该最小组电压，来计算所识别组的组电压偏差(Y)；和c)根据关系式来估算 所识别组的最小电池电压(Vec,min)，所述关系式包括步骤如果Y小于或等于某值，则V工min 等于 Ve,min 减去(NM-l)*(Vc,ave)。又一个示例性实施例可包括一种产品，该产品包括包含有多个燃料电池的燃料电 池堆，所述燃料电池中的至少一些被聚集成多个组。产品还包括联接到该燃料电池堆的电 压监测装置，用来测量燃料电池堆的堆电压和所述多个组中的至少一些的组电压。所述产 品可进一步包括联接到电压监测装置的控制器，用来计算该堆的平均电池电压(yc,aj ； 识别所述多个组中具有最小组电压(ve,min)的组，最小组电压(ve,min)低于所述多个组中其 余组的测量组电压；通过将所识别组的燃料电池数量(nm)乘以所计算的平均电池电压，再 减去所识别组的测量组电压，来计算所识别组的组电压偏差(Y)；和根据关系式来估算所 识别组的最小电池电压，在所述关系式中如果υ小于或等于某值，则ve。,min等于Ve,min减去(Nm-I) * (Vc, ave)；和如果Y大于该值，则\c’ min等于min乘以某常值或min加上某 变量中的至少一个。附加的示例性实施例可包括一种产品，该产品包括用于识别燃料电池堆的多个燃 料电池组中具有最小组电压(Ve,min)的组的装置，最小组电压(Ve,min)低于所述多个组中其 余组的任何组电压。该产品还包括用于计算所识别组的组电压偏差(Y)的装置，通过将所 识别组的燃料电池数量(Nm)乘以燃料电池堆的平均电池电压(Vc,aJ，再减去最小电池电压min)。该产品还包括根据关系式来估算所识别组的最小电池电压(U的装置，所述 关系式包括步骤如果Y小于或等于某值，则\。,min等于Ve,min减去(NM_l)*(V。,aJ。其它的示例性实施例将从后文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说 明和具体的示例虽然公开了示例性实施例，但是仅旨在用于描述目的且不旨在限定权利要 求的范围。附图说明从详细说明和附图将能更完整地理解示例性实施例，在附图中图1是包括分立燃料电池的燃料电池堆的燃料电池系统的示例性实施例的示意 图；图2是图1中燃料电池堆的燃料电池的示例性实施例的部分示意图；图3是估算燃料电池的最小电压的方法的示例性实施例的流程图；图4是将现有技术的结果与图3的示例性实施例的结果进行对比的表格。图5是作为采用常规电压估算技术的结果的最小电压估算值误差的现有技术直 方图；和图6是作为采用图3的示例性方法的结果的最小电压估算值误差的描述性直方 图。具体实施例方式对示例性实施例的下述描述在本质上仅是描述性的，且不旨在以任何方式限定权 利要求、其应用或用途。在图1中示出了示例性的操作环境，且可用于实施一种或多种本文公开的估算燃 料电池的最小电压的方法。该方法可使用任何合适的系统来实施，且更具体地，可与燃料电 池系统(例如系统10)相结合来实施。以下系统描述简单地提供一个示例性燃料电池系统 的简要概述，但是本文未示出的其它系统和部件也可支持本文公开的方法。大体而言，燃料电池系统10可包括燃料源12、氧化剂源14和联接到燃料源12及 氧化剂源14的燃料电池堆16。燃料源12可为氢气源，而氧化剂源14可为氧气源，例如空气中的氧气。源12、14 可包括任何合适的存储罐、泵、压缩机、管道或任何其它合适的部件和/或装置。堆16可包括端板18、20和介于端板18、20之间的多个分立燃料电池22，从而由从 燃料源12及氧化剂源14接收的燃料和氧化剂的反应来产生电功率。燃料电池22可聚集 成多个燃料电池组G1至Gn。在从组G1至Gn中可配置任何合适数量的分立燃料电池。燃料电池系统10也可包括联接到堆16的电压监测装置24，用于监测一个或多个组的电压和/或堆电压(以符号Vs例示)。在一个描述性实施例中，装置24可为电池电压 监测器(VCM)。在另一个示例性实施例中，装置24可为燃料电池控制器的一部分。系统10还可包括控制器26，控制器26可包括例如电路、电子电路或芯片、和/或 计算装置。在计算装置的实施例中，控制器26通常可包括用于控制系统10的操作的一个 或多个接口 28、处理器30和存储装置32。通常，控制器26可按照所存储指令和/或数据 来接收并处理至少来自电压监测装置24的输入，并将输出信号至少传输给例如燃料源12 及氧化剂源14，从而增加或减少堆16的输出。处理器30可执行指令，所述指令提供至少一些功能给系统10。在本文所使用的 术语“指令”可包括例如控制逻辑、计算机软件和/或固件、可编程指令或其它合适的指令。 处理器30可包括例如一个或多个微处理器、微控制器、专用集成电路、和/或任何其它合适 类型的处理装置。存储装置32可构造成提供对由系统10接收或加载到系统10的数据和/或处理 器可执行指令的存储。数据和/或指令可存储为例如查询表、公式、算法、映射图、模型和/ 或任何其它合适的格式。存储装置32可包括例如RAM、ROM、EPROM和/或任何其它合适类 型的存储装置。接口 28可包括例如模/数或数/模转换器、信号调节器、放大器、滤波器、其它电 子装置或软件模块、和/或任何其它合适的接口。接口 28可符合例如RS-232、并行、小型计 算机系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：测量燃料电池堆的堆电压（Ｖ↓［Ｓ］）；计算所述堆的平均电池电压（Ｖ↓［Ｃ，ａｖｅ］）；测量所述堆的多个燃料电池组的组电压；识别所述多个组中具有最小组电压（Ｖ↓［Ｇ，ｍｉｎ］）的组，最小组电压（Ｖ↓［Ｇ，ｍｉｎ］）低于所述多个组中其余组的测量组电压；通过将所识别组的燃料电池数量（Ｎ↓［Ｍ］）乘以所计算的平均电池电压，再减去所识别组的测量组电压，来计算所识别组的组电压偏差（Ｙ）；和根据关系式来估算所识别组的最小电池电压（Ｖ↓［ＧＣ，ｍｉｎ］），在所述关系式中：如果Ｙ小于或等于某值，则Ｖ↓［ＧＣ，ｍｉｎ］等于Ｖ↓［Ｇ，ｍｉｎ］减去（Ｎ↓［Ｍ］－１）＊（Ｖ↓［Ｃ，ａｖｅ］）；和如果Ｙ大于所述值，则Ｖ↓［ＧＣ，ｍｉｎ］等于Ｖ↓［Ｇ，ｍｉｎ］乘以某常值或Ｖ↓［Ｇ，ｍｉｎ］加上某变量中的至少一个。

【技术特征摘要】
US 2008-10-31 12/262592一种方法，包括测量燃料电池堆的堆电压(VS)；计算所述堆的平均电池电压(VC，ave)；测量所述堆的多个燃料电池组的组电压；识别所述多个组中具有最小组电压(VG，min)的组，最小组电压(VG，min)低于所述多个组中其余组的测量组电压；通过将所识别组的燃料电池数量(NM)乘以所计算的平均电池电压，再减去所识别组的测量组电压，来计算所识别组的组电压偏差(Y)；和根据关系式来估算所识别组的最小电池电压(VGC，min)，在所述关系式中如果Y小于或等于某值，则VGC，min等于VG，min减去(NM 1)*(VC，ave)；和如果Y大于所述值，则VGC，min等于VG，min乘以某常值或VG，min加上某变量中的至少一个。2.根据权利要求1所述的方法，其中如果Y大于所述值但是小于第二值，则Vre,min等于Ve,min乘以所述常值；和 如果Y大于或等于第二值，则Vre,min等于Ve,min乘以第二常值。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述常值为约1/3。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二常值为约2/3。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述值为约700mV。6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二值为约1400mV。7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述常值为约1/3且所述第二常值为约2/3。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述值为约700mV且所述第二值为约1400mV。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述变量基于电流密度而定。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述变量由查询表提供。11.一种方法，包括识别燃料电池堆的多个燃料电池组中具有最小组电压(\,min)的组，最小组电压(Ve, min)低于所述多个组中其余组的任何组电压；通过将所识别组的燃料电池数量(Nm)乘以燃料电池堆的平均电池电压(Vc,aJ，再减去 所述最小组电压，来计算所识别组的组电压偏差(Y)；和根据关系式来估算所识别组的最小电池电压(Veamin)，所述关系式包括步骤如果Y小 于或等于某值，则VGC,fflin等于VG,fflin减去(Nm-I) * (Vc, ave)。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述关系式包括第二步骤，其中如果Y大于所 述值，则Veamin等于Ve,min乘以某常值。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二步骤还包括如果Y大于所述值但是 小于第二值，则Veamin等于Ve,min乘以所...

【专利技术属性】
技术研发人员：K马拉瓦拉普，S斯尔吉瓦罗夫里娅，B拉可什马南，MF扎维萨，
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]