燃料电池控制器、燃料电池系统和运行方法技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池控制器，其用于控制燃料电池系统的运行，燃料电池系统包括被布置在一起以在输出端处提供电流的多个燃料电池，控制器被配置成基于燃料电池中的一个或多个的至少一个电参数，诸如多个燃料电池之间的各个燃料电池的最低电压(VMCV)，来主动地设置由燃料电池系统在输出端处所提供的电流的变化率的上限。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池控制器、燃料电池系统和运行方法
本专利技术涉及用于控制燃料电池系统的运行并且具体地涉及用于主动管理电力输出瞬变的燃料电池控制器。本专利技术还涉及燃料电池系统的运行方法。本专利技术还涉及包括所述控制器的燃料电池系统。
技术介绍
常规的电化学燃料电池将燃料和氧化剂转化为电能和反应产物。常见类型的电化学燃料电池包括膜电极组件(MEA)，膜电极组件(MEA)包括在阳极和阴极之间的聚合物离子(质子)转移膜和气体扩散结构。诸如氢气的燃料和诸如来自空气的氧的氧化剂越过MEA的相应侧面被传递以产生电能和作为反应产物的水。可形成包括多个此类燃料电池的叠堆，其中，燃料电池布置有分开的阳极和阴极流体流动路径。此叠堆通常为块状，其包括通过在叠堆的任一端处的端板保持在一起的多个单独的燃料电池板。重要的是，聚合物离子转移膜保持水合以进行有效的运行。控制叠堆的温度也很重要。因此，可向叠堆供应冷却剂以进行冷却和/或水合。温度和冷却剂/水合流体的可用性可能会影响燃料电池性能。然而，燃料电池系统性能也取决于燃料电池系统的材料的质量、任何构建和组装缺陷以及已经发生的任何劣化。因此，存在可影响叠堆运行的多个问题。进一步地，当燃料电池未按预期执行时，所发生的电化学反应可能不是期望的并且可能引起表面、涂层和/或膜的劣化。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了用于控制燃料电池系统的运行的燃料电池控制器，该燃料电池系统包括多个燃料电池，多个燃料电池被布置在一起以在输出端处提供电流，控制器被配置成基于燃料电池系统的燃料电池中的一个或多个的至少一个电参数主动地确定燃料电池系统在输出端处所提供的电流的变化率的上限，并且根据该上限至少针对电流输出的变化提供燃料电池系统的控制。由于基于燃料电池的电健康状况的电流输出的控制可提供有效的控制，因此这是有利的。在一个或多个实施例中，所述或每个电参数通过预定函数与由燃料电池系统在输出端处所提供的电流的变化率的候选上限相关联，控制器被配置成使用所述或每个候选上限确定上限。在一个或多个实施例中，控制器被配置成基于多个电参数主动地设置上限，并且控制器被配置成基于预定标准通过选择候选上限中的一个作为上限来确定上限。在一个或多个实施例中，至少一个电参数包括以下各项中的一个或多个：i)包括具有多个燃料电池的最低电压的燃料电池系统的燃料电池的电压的最小电池电压；ii)基于燃料电池系统的多个燃料电池中的至少两个的平均电压的电压；iii)基于燃料电池系统的多个燃料电池中的大部分的平均电压的电压；iv)包括具有燃料电池系统的多个燃料电池的最低电压减去平均电压的燃料电池系统的燃料电池的电压的分布电压；v)包括燃料电池系统的多个燃料电池的平均电压减去具有最低电压的燃料电池系统的燃料电池的电压的反向分布电压。在一个或多个实施例中，预定标准包括选择候选上限中的较低候选上限作为上限。在一个或多个实施例中，预定函数被配置成提供正上限和负上限，并且在请求电流输出的变化的情况下，在确定负上限时，控制器被配置成提供燃料电池系统的控制以自动地减少电力输出使其不超过负上限，而在确定正上限时，控制器被配置成提供燃料电池系统的控制以执行上限。在一个或多个实施例中，电参数至少包括：包括具有多个燃料电池的最低电压的燃料电池系统的燃料电池的电压的最小电池电压；以及控制器被配置成使用预定函数将最小电池电压映射到用于确定上限的变化率的候选上限，该预定函数包括：低于最小电池电压阈值的第一区域，其中，由燃料电池系统在输出端处提供的电流的变化率的上限为负的；以及高于最小电池电压阈值的第二区域，其中，由燃料电池系统在输出端处提供的电流的变化率的上限为正的。在一个或多个实施例中，电参数至少包括：包括具有多个燃料电池的最低电压的燃料电池系统的燃料电池的电压的最小电池电压；以及控制器被配置成使用预定函数将最小电池电压映射到用于确定上限的变化率的候选上限，该预定函数包括具有增加的最小电池电压的极限增加区域和随后的极限减小区域；极限增加区域包括具有增加的最小电池电压的候选上限上的增加；以及极限减小区域包括具有增加的最小电池电压的候选上限上的减小。在一个或多个实施例中，电参数至少包括：包括具有多个燃料电池的最低电压的燃料电池系统的燃料电池的电压的最小电池电压；以及控制器被配置成使用预定函数将最小电池电压映射到用于确定上限的变化率的候选上限，该预定函数包括在第二最小电池电压阈值VMCV2和第三最小电池电压阈值VMCV3之间的作为候选上限提供的最大允许上限Lmax，其中，在低于第二阈值且高于第三阈值的情况下，候选上限被设置为小于最大允许上限的值。在一个或多个实施例中，电参数至少包括：包括具有燃料电池系统的多个燃料电池的最低电压减去平均电压的燃料电池系统的燃料电池的电压的分布电压；以及控制器被配置成使用预定函数将最小电池电压映射到用于确定上限的变化率的候选上限，该预定函数包括：低于分布电压阈值的第一区域，其中，由燃料电池系统在输出端处提供的电流的变化率的上限为负的；以及高于分布电压阈值的第二区域，其中，由燃料电池系统在输出端处提供的电流的变化率的上限为正的。在一个或多个实施例中，控制器被配置成监测燃料电池系统的电输出的变化，并且响应于在输出端处所提供的电流的变化率接近预定量或达到上限或超过上限，控制燃料电池系统以降低燃料电池系统在输出端处提供的电流的变化率。在一个或多个实施例中，控制器被配置成接收包括期望的在输出端处的电力输出的电力指令，该控制器进一步被配置成控制燃料电池系统以根据电力指令在输出端处提供电流，使得电流输出的变化率不超过上限。在一个或多个实施例中，控制器包括用于从用户接收电力指令的用户界面。在一个或多个实施例中，控制器被配置成在超过一个或多个电参数运行极限的情况下接收修复电力指令，并且控制器进一步被配置成控制燃料电池系统以根据修复电力指令在输出端处提供电流，使得电流输出的变化率不超过上限。根据本专利技术的另一方面，提供了包括多个燃料电池和根据前述权利要求中任一项所述的控制器的燃料电池系统，所述多个燃料电池被布置在一起以在输出端处提供电流，所述控制器被配置成控制燃料电池系统以提供在输出端处所提供的电流的变化率的上限。根据本专利技术的另一方面，提供了控制燃料电池系统的运行的方法，该燃料电池系统包括被布置在一起以在输出端处提供电流的多个燃料电池，所述方法包括：基于燃料电池系统的燃料电池中的一个或多个的至少一个电参数主动地确定燃料电池系统在输出端处所提供的电流的变化率的上限。根据本专利技术的另一方面，提供了在其上具有指令的计算机程序或计算机程序产品，当指令在处理器上被执行时，使得处理器提供控制信号以：基于燃料电池系统的燃料电池中的一个或多个的至少一个电参数主动地设置燃料电池系统在输出端处所提供的电流的变化率的上限；以及根据上限至少针对燃料电池系统的电流输出的变化提供对燃料电池系统的控制。附图说明现在仅以示例的方式参考以下附图详细描述本专利技术的实施例，其中：图1示出燃料电池系统的示意图；图2示出示例燃料电池控制器的示意图；图3示出由燃料电池控制器应用的第一示例控制图；以及图4示出由燃料电池控制器应用的第二示例控制图。图5示出示例方法的流程图；以及图6示出包括用于实现示例方法的计算机程序代码的计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制燃料电池系统的运行的燃料电池控制器，所述燃料电池系统包括多个燃料电池，所述多个燃料电池被布置在一起以在输出端处提供电流，所述控制器被配置成基于所述燃料电池系统的所述燃料电池中的一个或多个的至少一个电参数主动地确定所述燃料电池系统在所述输出端处所提供的电流的变化率的上限，并且根据所述上限至少针对所述电流输出的变化提供所述燃料电池系统的控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.19 GB 1600970.61.一种用于控制燃料电池系统的运行的燃料电池控制器，所述燃料电池系统包括多个燃料电池，所述多个燃料电池被布置在一起以在输出端处提供电流，所述控制器被配置成基于所述燃料电池系统的所述燃料电池中的一个或多个的至少一个电参数主动地确定所述燃料电池系统在所述输出端处所提供的电流的变化率的上限，并且根据所述上限至少针对所述电流输出的变化提供所述燃料电池系统的控制。2.根据权利要求1所述的燃料电池控制器，其中，所述或每个电参数通过预定函数与由所述燃料电池系统在所述输出端处所提供的电流的变化率的候选上限相关联，所述控制器被配置成使用所述或每个候选上限确定所述上限。3.根据权利要求2所述的燃料电池控制器，其中，所述控制器被配置成基于多个电参数主动地设置所述上限，以及所述控制器被配置成基于预定标准通过选择所述候选上限中的一个作为所述上限来确定所述上限。4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池控制器，其中，所述至少一个电参数包括以下各项中的一个或多个；i)包括具有所述多个燃料电池的所述最低电压的所述燃料电池系统的燃料电池的电压的最小电池电压；ii)基于所述燃料电池系统的所述多个燃料电池中的至少两个的所述平均电压的电压；iii)基于所述燃料电池系统的所述多个燃料电池中的大部分的所述平均电压的电压；iv)包括具有所述最低电压的所述燃料电池系统的燃料电池的电压减去所述燃料电池系统的所述多个燃料电池的所述平均电压的分布电压；v)包括所述燃料电池系统的所述多个燃料电池的平均电压减去具有所述最低电压的所述燃料电池系统的燃料电池的电压的反向分布电压。5.根据权利要求3所述的燃料电池控制器，其中，所述预定标准包括选择所述候选上限中的较低候选上限作为所述上限。6.根据权利要求2所述的燃料电池控制器，其中，所述预定函数被配置成提供正上限和负上限，并且在要求电流输出变化的情况下，在确定负上限时，所述控制器被配置成提供所述燃料电池系统的控制以自动地减少电力输出使其不超过所述负上限，而在确定正上限时，所述控制器被配置成提供所述燃料电池系统的控制以执行所述上限。7.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池控制器，其中，所述电参数至少包括；包括具有所述多个燃料电池的所述最低电压的所述燃料电池系统的燃料电池的电压的最小电池电压；以及所述控制器被配置成使用预定函数将所述最小电池电压映射到用于确定所述上限的所述变化率的候选上限，所述预定函数包括：低于最小电池电压阈值的第一区域，其中，由所述燃料电池系统在所述输出端处提供的电流的所述变化率的所述上限为负；以及高于所述最小电池电压阈值的第二区域，其中，由所述燃料电池系统在所述输出端处提供的电流的所述变化率的所述上限为正。8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池控制器，其中，所述电参数至少包括；包括具有所述多个燃料电池的所述最低电压的所述燃料电池系统的燃料电池的电压的最小电池电压；以及所述控制器被配置成使用预定函数将所述最小电池电压映射到用于确定所述上限的所述变化率的候选上限，所述预定函数包括具有增加的最小电池电压的极限增加区域和随后的极限减小区域；所述极限增加区域包括具有增加的最小电池电压的所述候选上限的增加；以及所述极限减小区域包括具...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·莫海密，P·拉玛，
申请(专利权)人：智能能源有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB