基于燃料电池堆参数估计自动地启用/停用燃料电池堆再调节过程的方法技术

本发明专利技术涉及基于燃料电池堆参数估计自动地启用/停用燃料电池堆再调节过程的方法。公开了用于确定何时触发燃料电池堆的再调节以及何时停用燃料电池堆的再调节的系统和方法。在一个实施例中，在最大燃料电池堆功率估计值下降低于第一预定功率阈值时触发燃料电池堆再调节。如果再调节过程并未将最大功率估计值升高高于第二预定功率阈值或从一个再调节触发到下一个再调节触发的时间小于预定时间阈值或两者兼而有之，则燃料电池堆的再调节能够被停用，从而在发生触发时不被执行。

Method for automatically enabling / deactivating fuel cell stack re adjustment process based on parameter estimation of fuel cell stack

The present invention relates to a method for automatically enabling / deactivating a fuel cell stack based on parameter estimation of a fuel cell stack. Systems and methods are disclosed for determining when to trigger fuel cell stack re adjustment and when to deactivate the fuel cell stack. In one embodiment, the fuel cell stack is re regulated when the power estimate of the maximum fuel cell stack drops below a first predetermined power threshold. If the adjustment process will not maximum power estimation value increased higher than a second predetermined threshold power or from a trigger and adjust to the next and then adjust the triggering time is less than a predetermined threshold of time or both, then the fuel cell stack and regulation can be disabled, so as not to be executed in the trigger when.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及用于确定何时再调节燃料电池堆以及何时禁止再调节燃料电池堆的系统和方法，且更具体地涉及用于确定何时再调节燃料电池堆以及何时停用燃料电池堆的再调节的系统和方法，包括在燃料电池堆最大功率估计值下降低于第一预定功率阈值时触发燃料电池堆再调节过程；如果燃料电池堆再调节并未将最大燃料电池堆功率估计值升高高于第二预定功率阈值，则停用燃料电池堆的再调节；以及/或如果自上一次再调节过程以来的再调节触发时间小于预定时间阈值，则停用燃料电池堆的再调节。
技术介绍
氢是非常有吸引力的燃料，因为氢是清洁的且能够用于在燃料电池中有效地产生电力。氢燃料电池是电化学装置，包括阳极和阴极，电解质在阳极和阴极之间。阳极接收氢气且阴极接收氧或空气。氢气在阳极催化剂处分解以产生自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。质子与氧和电子在阴极催化剂处反应产生水。来自于阳极的电子不能穿过电解质，且因而被引导通过负载，以在输送至阴极之前做功。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是车辆的普遍燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，如全氟磺酸膜。阳极和阴极通常但不总是包括细分的催化剂颗粒，通常是诸如钼(Pt)的高活性催化剂，所述催化剂颗粒通常支承在碳颗粒上且与离聚物混合。 催化剂混合物沉积在膜的相对侧上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合物和膜的组合限定了膜电极组件(MEA)。MEA的制造相对昂贵且需要某些条件以有效操作。多个燃料电池通常组合成燃料电池堆以产生期望功率。例如，车辆的典型燃料电池堆可以具有两百或更多堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入气体，通常是由压缩机强制通过燃料电池堆的空气流。不是所有的氧都由燃料电池堆消耗，且一些空气作为阴极废气输出，所述阴极废气可以包括作为燃料电池堆的副产物的水。燃料电池堆也接收流入燃料电池堆的阳极侧的阳极氢输入气体。燃料电池堆包括位于燃料电池堆中多个MEA之间的一系列双极板，其中，双极板和MEA设置在两个端板之间。双极板包括用于燃料电池堆中的相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。阳极气体流场设置在双极板的阳极侧上，且允许阳极反应物气体流向相应MEA。阴极气体流场设置在双极板的阴极侧上，且允许阴极反应物气体流向相应MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，另一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由导电材料制成，如不锈钢或导电复合物。端板将燃料电池产生的电传导到燃料电池堆之外。双极板也包括冷却流体流经的流动通道。燃料电池内的膜需要具有足够的水含量，从而经过膜的离子阻力足够低以有效地传导质子。膜湿化可以来自于燃料电池堆水副产物或外部湿化。通过燃料电池堆流动通道的反应物流对电池膜具有干燥效应，最明显在反应物流的入口处。然而，在流动通道内的水滴积聚将防止反应物从中流过，且由于低的反应物气体流可能导致电池故障，从而影响燃料电池堆稳定性。在反应物气体流动通道内以及在气体扩散层(GDL)内的水积聚在低燃料电池堆输出负载时特别易出故障。如上所述，水作为燃料电池堆操作的副产物产生。因而，来自于燃料电池堆的阴极废气通常包括水蒸汽和液体水。本领域已知使用水蒸汽传输(WVT)单元来捕获阴极废气中的一些水，且使用所述水来湿化阴极输入空气流。在水传输元件(如膜)的一侧处的阴极废气由水传输元件吸收且传输给水传输元件的另一侧处的阴极空气流。在燃料电池系统中，存在引起燃料电池堆性能的永久丧失(如，催化剂活性的丧失、电池膜中的催化剂支承件腐蚀和形成针孔)的多个机制。然而，存在可能引起大致可逆的燃料电池堆电压损失(如，电池膜干燥、催化剂氧化物形成以及污染物积聚在燃料电池堆的阳极和阴极两侧)的其它机制。因而，本领域需要去除氧化物形成和污染物积聚以及再次水化电池膜以恢复燃料电池堆中的电池电压损失。对于系统湿化、性能和污染物去除来说期望潮湿燃料电池堆操作，即在高的水分量的情况下操作。然而，存在在较低水分量的情况(也称为干燥状况)下操作燃料电池堆的各个理由。例如，由于水积聚，潮湿燃料电池堆操作可能导致燃料电池稳定性问题，且还可能导致引起碳腐蚀的阳极隔绝氧气(anode starvation).此外，由于在燃料电池堆的各个位置处的液体水冻结，潮湿燃料电池堆操作在冷冻状况下可能是有问题的。因而，本领域需要针对非潮湿操作状况优化的系统。于 2009 年 10 月 16 日提交的、题为"Automated procedure for executing in-situ fuel cell stack reconditioning”、转让给本申请的受让者且作为参考并入本文的美国专利申请序列号12/580,912公开了用于再调节燃料电池堆的系统和方法，包括增加燃料电池堆的阴极侧的湿化水平以水化电池膜且在系统关闭时将氢提供给燃料电池堆的阴极侧，其中，所述系统监测再调节事件触发、再调节阈值和再调节系统检查，从而可以在车辆操作期间提供再调节过程。通常，燃料电池堆再调节包括在相对高湿度的情况下运行燃料电池堆以从燃料电池堆去除污染物以从燃料电池堆降级恢复。然而，再调节是异常操作且将燃料电池堆暴露于潮湿操作，如果液体水终止在阳极流场且低阳极流率不能将它们吹扫出，可能引起可靠性问题。因而，应当仅在绝对必要时执行再调节。先前燃料电池堆再调节触发包括通过监测车辆行程(trip)或关键循环的数量来触发再调节。如果行程数量超过阈值，这被认为表示之后燃料电池堆电压会降级的时间，则触发再调节过程。然而，可以进行触发再调节过程的改进，从而再调节仅在必要时执行以减少异常操作状况。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开了用于确定何时触发燃料电池堆的再调节以及何时停用燃料电池堆的再调节的系统和方法。在一个实施例中，在最大燃料电池堆功率估计值下降低于第一预定功率阈值时触发燃料电池堆再调节。如果再调节过程并未将最大功率估计值升高高于第二预定功率阈值或从一个再调节触发到下一个再调节触发的时间小于预定时间阈值或两者兼而有之，则燃料电池堆的再调节能够被停用，从而在发生触发时不被执行。方案1. 一种用于触发和停用燃料电池堆再调节过程的方法，所述方法包括 确定燃料电池堆中的燃料电池的电压和电流；基于所确定的电压和电流生成燃料电池堆的极化曲线； 基于所述极化曲线估计极化曲线参数；基于所述极化曲线参数确定燃料电池堆的最大燃料电池堆功率估计值； 如果最大功率估计值在预定时间段内下降低于第一预定最大功率阈值，那么触发燃料电池堆再调节过程；以及在最大燃料电池堆功率估计值从先前燃料电池堆再调节过程增加之后，每当最大燃料电池堆功率估计值下降低于第一预定最大功率阈值时，触发再调节过程。方案2.根据方案1所述的方法，其中，所述第一预定最大功率阈值在60和70 kff 之间。方案3.根据方案1所述的方法，还包括在完成再调节过程之后，如果燃料电池堆的最大燃料电池堆功率估计值未增加高于第二预定最大功率阈值，那么停用燃料电池堆再调节过程。方案4.根据方案3所述的方法，其中，所述第二预定最大功率阈值在72和75 kff 之间。方案5.根据方案1所述的方法，还包括如果从先前燃料电池堆再调节过程结束到下一次再调节过程触发的时间小于预定时间段，那么停用燃料电池堆再调节过程。方案6.根据方案1所述的方法，还包括如果最大燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于触发和停用燃料电池堆再调节过程的方法，所述方法包括：确定燃料电池堆中的燃料电池的电压和电流；基于所确定的电压和电流生成燃料电池堆的极化曲线；基于所述极化曲线估计极化曲线参数；基于所述极化曲线参数确定燃料电池堆的最大燃料电池堆功率估计值；如果最大功率估计值在预定时间段内下降低于第一预定最大功率阈值，那么触发燃料电池堆再调节过程；以及在最大燃料电池堆功率估计值从先前燃料电池堆再调节过程增加之后，每当最大燃料电池堆功率估计值下降低于第一预定最大功率阈值时，触发再调节过程。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M辛哈，S加纳帕蒂，T蔡，DA阿瑟，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US