使用喷射器混合状态测量或控制燃料电池堆过量氢气流的系统和方法技术方案

本公开一般地涉及用于基于喷射器的内部状态来确定、管理和/或控制包括燃料电池或燃料电池堆和喷射器的系统中的过量氢气流的系统和方法。统和方法。统和方法。

【技术实现步骤摘要】
使用喷射器混合状态测量或控制燃料电池堆过量氢气流的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用该非临时申请根据 35 U.S.C.
§
119(e) 和任何其他适用的法律或法规要求于 2021 年 9 月 10 日提交的美国临时专利申请序列号 63/242,934的权益和优先权，该美国临时申请的全部公开内容由此通过引用明确并入本文。


[0002]本公开一般地涉及用于基于喷射器的内部状态来测量、管理和/或控制包括燃料电池或燃料电池堆和喷射器的系统中的过量氢气流的系统和方法。

技术介绍

[0003]车辆和/或动力系统使用燃料电池、燃料电池堆和/或燃料电池系统来满足它们的动力需求。基于燃料电池、堆或系统的操作条件，燃料电池系统的最低过量燃料目标可被指定为燃料电池或燃料电池堆所需的过量燃料目标的最低水平。燃料电池或燃料电池堆可能具有高于最低过量燃料目标的过量燃料水平，但结果是该较高水平可能导致燃料电池或燃料电池堆上的高寄生负载。例如，高于最低过量燃料目标的过量燃料水平可以通过在阳极处维持高燃料流率来实现，这可能导致燃料电池、堆或系统中的压强损失。
[0004]如果没有达到过量燃料的最低水平，则燃料电池或燃料电池堆的性能或效率可能会降低。此外，燃料电池膜电极组件 (MEA) 的可逆和/或不可逆老化速率可能会增加，从而导致效率永久性降低或燃料电池寿命缩短。这可能需要以额外成本提前更换燃料电池或燃料电池堆。
[0005]目前，不存在使燃料管理系统能够直接测量包括燃料电池或燃料电池堆的系统中的过量燃料水平的方法或系统。本公开涉及用于基于喷射器的内部状态来测量、管理和/或控制包括燃料电池或燃料电池堆和喷射器的系统中的过量氢气流的系统和方法。

技术实现思路

[0006]包括本公开的实施例以满足这些和其他需要。
[0007]在本文描述的本公开的一个方面中，燃料电池系统或设备包括控制器、第一流动流和第二流动流。第一流动流和第二流动流混合以形成第三流动流。第三流动流流过喷射器和燃料电池堆的阳极入口。喷射器包括各种部件，所述各种部件包括初级喷嘴、混合器区域和扩散器。控制器基于跨喷射器的所述各种部件之一的压强变化或温度变化将燃料电池系统的过量燃料比率与燃料电池系统的目标过量比率进行比较。
[0008]在一些实施例中，燃料电池系统还可包括鼓风机、喷射器或旁通阀。在一些实施例中，控制器可确定何时操作鼓风机或者可基于过量燃料比率确定鼓风机速度。在一些实施例中，控制器可以基于过量燃料比率确定旁通阀的操作。在一些实施例中，燃料电池系统可以至少包括第一喷射器和第二喷射器。控制器可基于过量燃料比率确定是操作第一喷射
器、操作第二喷射器还是操作第一喷射器和第二喷射器两者。
[0009]在一些实施例中，混合器区域可以包括混合器长度。燃料电池系统还可包括沿混合器长度的至少一个物理或虚拟传感器。在一些实施例中，初级喷嘴可以在初级喷嘴出口处包括喷嘴出口平面。混合器区域可以包括在混合器区域入口处的混合器入口平面、在混合器区域出口处的混合器出口平面以及恒压平面的末端。喷射器可以包括从喷嘴出口平面到混合器入口平面延伸的相互作用区、从混合器入口平面到恒压平面的末端延伸的混合区和从恒压平面的末端到混合器出口平面延伸的压强恢复区。
[0010]在一些实施例中，所述至少一个物理或虚拟传感器可以测量所述混合区中第三流动流的第一压强和扩散器出口处第三流动流的第二压强。第一压强和第二压强可用于确定在阳极入口处第三流动流的质量流率。第三流动流的质量流率可用于确定过量燃料比率。在一些实施例中，所述至少一个物理或虚拟传感器可以测量混合区中第三流动流的第一温度和扩散器出口处第三流动流的第二温度。第一温度和第二温度可用于确定在阳极入口处第三流动流的质量流率。第三流动流的质量流率可用于确定过量燃料比率。在一些实施例中，所述至少一个物理或虚拟传感器可以位于混合器入口平面附近并且可以在低流量条件下使用。
[0011]在一些实施例中，所述至少一个物理或虚拟传感器沿混合器长度的位置可以取决于燃料电池系统的操作条件和/或喷射器性能。在一些实施例中，燃料电池系统可以检测喷射器中冲击波的存在。所述至少一个物理或虚拟传感器可以位于混合器区域的下游并且可以在混合器区域的开始处存在冲击波时使用。在一些实施例中，所述至少一个物理或虚拟传感器可以确定声音强度，可以确定峰值强度的位置或确定一定频率范围内的平均强度，并且控制器可以使用声音强度、峰值强度的位置或一定频率范围内的平均强度来确定第三流动流的质量流率。
[0012]在本公开的第二方面中，一种确定燃料电池系统的过量燃料比率的方法包括以下步骤：混合第一流动流和第二流动流以形成第三流动流，使第三流动流流过喷射器并流过燃料电池堆中的阳极入口，以及由控制器将燃料电池系统的过量燃料比率与燃料电池系统的目标过量燃料比率进行比较。喷射器包括各种部件，所述各种部件包括初级喷嘴、混合器区域和扩散器。所述比较基于跨喷射器的所述各种部件之一的压强变化或温度变化。
[0013]在一些实施例中，初级喷嘴可以在初级喷嘴出口处包括喷嘴出口平面。混合器区域可以包括在混合器区域入口处的混合器入口平面、在混合器区域出口处的混合器出口平面、以及恒压平面的末端。喷射器可以包括从喷嘴出口平面到混合器入口平面延伸的相互作用区、从混合器入口平面到恒压平面的末端延伸的混合区和从恒压平面的末端到混合器出口平面延伸的压强恢复区。所述至少一个物理或虚拟传感器可以位于混合器入口平面附近并且可以在低流量条件下使用。
[0014]在一些实施例中，初级喷嘴可以在初级喷嘴出口处包括喷嘴出口平面。混合器区域可以包括在混合器区域入口处的混合器入口平面、在混合器区域出口处的混合器出口平面以及恒压平面的末端。喷射器可以包括从喷嘴出口平面到混合器入口平面延伸的相互作用区、从混合器入口平面到恒压平面的末端延伸的混合区和从恒压平面的末端到混合器出口平面延伸的压强恢复区。所述方法还可以包括：确定混合区中第三流动流的第一温度和扩散器出口处第三流动流的第二温度，以及使用第一温度和第二温度来确定阳极入口处第
三流动流的质量流率。第三流动流的质量流率可用于确定过量燃料比率。
[0015]在一些实施例中，该方法还可包括检测喷射器中冲击波的存在。至少一个物理或虚拟传感器可以位于混合器区域的下游并且在冲击波位于混合器区域的开始处时使用。
[0016]在一些实施例中，混合器区域可以包括混合器长度。燃料电池系统可以包括沿混合器长度的至少一个物理或虚拟传感器。在一些实施例中，所述至少一个物理或虚拟传感器沿混合器长度的位置可以取决于燃料电池系统的操作条件和/或喷射器性能。
[0017]在一些实施例中，该方法还可以包括：至少一个物理或虚拟传感器确定声音强度、确定峰值强度的位置或确定一定频率范围内的平均强度。该方法可以包括：控制器使用声音强度、峰值强度的位置或一定频率范围内的平均强度来确定第三流动流的质量流率。
附图说明
[0018]当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，包括：控制器；第一流动流和第二流动流，所述第一流动流和第二流动流混合以形成第三流动流；以及第三流动流，流过喷射器和燃料电池堆的阳极入口，其中所述喷射器包括各种部件，所述各种部件包括初级喷嘴、混合器区域和扩散器；其中所述控制器基于跨所述喷射器的各种部件之一的压强变化或温度变化将燃料电池系统的过量燃料比率与燃料电池系统的目标过量燃料比率进行比较。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述燃料电池系统还包括鼓风机、喷射器或旁通阀。3.根据权利要求2所述的系统，其中，控制器确定何时操作所述鼓风机或基于所述过量燃料比率确定所述鼓风机速度。4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器基于所述过量燃料比率确定所述旁通阀的操作。5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述燃料电池系统至少包括第一喷射器和第二喷射器，并且所述控制器基于所述过量燃料比率确定是操作第一喷射器、操作第二喷射器还是操作第一喷射器和第二喷射器两者。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述混合器区域包括混合器长度，并且其中所述燃料电池系统还包括沿所述混合器长度的至少一个物理或虚拟传感器。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述初级喷嘴包括在初级喷嘴出口处的喷嘴出口平面，其中混合器区域包括在混合器区域入口处的混合器入口平面、在混合器区域出口处的混合器出口平面以及恒压平面的末端，并且其中所述喷射器包括从喷嘴出口平面到混合器入口平面延伸的相互作用区、从混合器入口平面到恒压平面延伸的混合区和从恒压平面到混合器出口平面延伸的压强恢复区。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个物理或虚拟传感器测量所述混合区中第三流动流的第一压强和扩散器出口处第三流动流的第二压强，并且其中第一压强和第二压强用于确定在阳极入口处第三流动流的质量流率，并且其中第三流动流的质量流率用于确定所述过量燃料比率。9.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个物理或虚拟传感器测量混合区中第三流动流的第一温度和扩散器...

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