【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体涉及用于优化燃料电池运行的系统和方法。
技术介绍
1、多个燃料电池可组装成燃料电池堆并运行，为工业用途提供电力或能源。燃料电池由多个部件构成，包括中心位置的膜电极组件(mea)、膜电极组件(mea)两侧的气体扩散层(gdl)，以及气体扩散层(gdl)另一侧的双极板(bpp)。膜电极组件(mea)是燃料电池中实现电化学反应的部件。
2、供应给燃料电池的反应物包括在阳极供应的燃料(例如氢气(诸如纯氢气))和在阴极供应的氧化剂(例如氧气)。阳极的氢气通常由车载储罐中储存的高压缩气态氢或液化氢供应。包含冷却剂流体的冷却系统通常配置为与燃料电池堆连接，为燃料电池堆中发生电化学反应期间产生的过多热量提供可控散热器。
3、燃料电池堆产生的电压电位能够为外部设备供电。该电压电位可用于为外部电气负载(诸如机动卡车中用于推进的牵引驱动器、用于灌溉的泵电机)供电，或可用于为微电网能量转换方法供电。当从燃料电池堆消耗电流密度或负载时，分子会被消耗掉，并且根据法拉第电解定律，必须由空气和燃料处理或输送系统按比例补充消耗的分子。因此，燃料电池堆需要稳定的反应物流来支持电压电位和电流密度消耗。
4、膜电极组件(mea)的相应侧(阳极侧或阴极侧)内反应物分子的存在会影响整个燃料电池系统的性能和稳健性。具体而言，空气处理系统控制的热力学特性会影响系统特性和响应。这些系统特性和响应会影响整个燃料电池系统和动力总成，并且在支持系统可能受到封装制约并暴露于各种环境条件的机动应用中尤为重要。因此，环境条件可以决定空气处理系统
5、因此，本文描述了根据运行条件动态操作燃料电池系统内的燃料系统和部件，从而提高瞬态条件下燃料电池系统效率的系统和方法。
技术实现思路
0、概述
1、为了满足这些以及其他需求，本文包括了本公开的实施例。
2、本文描述的第一方面是一种操作燃料电池系统的方法，该方法包括：操作包含膜电极组件的燃料电池；让燃料以运行燃料压力流过燃料电池；动态操作包含空气压缩机的空气处理系统，其中，空气压缩机控制燃料电池系统中的电池堆压力和空气流量；基于空气处理系统确定燃料电池系统中的寄生损耗；以及在瞬态条件下使用瞬态空气流量操作燃料电池系统。瞬态空气流量基于燃料电池系统中的电池堆压力、电池堆温度和寄生损耗。该方法可以包括：基于散热器风扇或冷却泵确定燃料电池系统中的寄生损耗。
3、在一些实施例中，该方法可以包括：在瞬态条件下操作燃料电池系统。瞬态空气流量可以基于最大净功率目标。瞬态空气流量可以根据预热燃料电池系统及随后提高电池堆压力所需的时间来确定。瞬态空气流量由瞬态系统曲线表示。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：在瞬态条件下操作燃料电池系统，其中，瞬态系统曲线基于最大空气流量，并且其中，最大空气流量基于燃料电池系统的空气处理系统可以供应的最大空气量。
4、在一些实施例中，该方法可以进一步包括：在瞬态条件下操作燃料电池系统，其中，瞬态系统曲线收敛到稳态空气流量，并且其中，稳态空气流量是燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量。瞬态空气流量可以超过稳态空气流量并提高电流密度输出，以补偿电压不足，其中，随着燃料电池系统的电池堆温度升高，电池堆压力增加，瞬态空气流量收敛到等于稳态空气流量。燃料电池系统的瞬态空气流量不得超过稳态空气流量。稳态空气流量是燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量。在一些实施例中，燃料电池系统可以由包含dc/dc转换器或电池系统的辅助部件提供支持。
5、在一些实施例中，该方法可以进一步包括：控制瞬态空气流量，使其低于稳态空气流量和最大空气流量，其中，稳态空气流量是燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量，并且其中，最大空气流量基于燃料电池系统的空气处理系统可以供应的最大空气量。在一些实施例中，瞬态系统曲线可以是控制在稳态流量曲线和最大流量曲线以内的混合曲线，其中，稳态流量曲线基于燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量，并且最大流量曲线基于燃料电池系统的空气处理系统可以供应的最大空气量，并且其中，燃料电池系统的预热时间与空气处理系统的响应时间密切相关。
6、在一些实施例中，瞬态系统曲线可以位于稳态流量曲线的左边，该稳态流量曲线基于燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量，并且其中，燃料电池系统配置为经历快速冷却过程。燃料电池系统的热量排放时间可能比空气压缩机的斜坡下降时间长。燃料电池系统的环境温度范围可以是约35℃至约45℃。
7、在一些实施例中，燃料电池系统由燃料处理系统提供支持，燃料处理系统根据空气处理系统和电池堆压力改变运行燃料压力。
8、本文描述的第二方面是一种操作燃料电池系统的方法，该方法包括：操作包含膜电极组件的燃料电池；动态操作包含空气压缩机的空气处理系统，其中，空气压缩机配置为以对输入信号的瞬态响应来运行，其中，空气压缩机配置为控制燃料电池系统中的电池堆压力和空气流量；基于空气处理系统确定燃料电池系统中的寄生损耗；通过控制器控制空气压缩机；以及在瞬态条件下使用瞬态空气流量操作燃料电池系统。瞬态空气流量基于电池堆压力和电池堆温度。
9、在一些实施例中，控制器配置为比较空气压缩机的实际每分钟转数(rpm)与目标rpm，并且提供电力，直至达到目标rpm。在一些实施例中，空气压缩机的性能可以取决于海拔高度，并且其中，燃料电池系统的操作范围、燃料电池系统的稳态流量曲线和燃料电池堆系统的最大流量曲线配置为随海拔高度而变化。在一些实施例中，空气压缩机的性能可以取决于燃料电池的老化程度，并且其中，提高电流密度和空气流量以补偿燃料电池中电压的降低。
10、在一些实施例中，该方法可以进一步包括：基于空气处理系统、散热器风扇或冷却泵确定燃料电池系统中的寄生损耗。
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1.一种操作燃料电池系统的方法，包括：
2.权利要求1所述的方法，进一步包括：基于散热器风扇或冷却泵确定燃料电池系统中的寄生损耗。
3.权利要求1所述的方法，进一步包括：在瞬态条件下操作燃料电池系统，其中，瞬态空气流量基于最大净功率目标。
4.权利要求1所述的方法，其中，瞬态空气流量基于预热燃料电池系统及随后提高电池堆压力所需的时间来确定，并且其中，瞬态空气流量由瞬态系统曲线表示。
5.权利要求4所述的方法，进一步包括：在瞬态条件下操作燃料电池系统，其中，瞬态系统曲线基于最大空气流量，并且其中，最大空气流量基于燃料电池系统的空气处理系统可以供应的最大空气量。
6.权利要求4所述的方法，进一步包括：在瞬态条件下操作燃料电池系统，其中，瞬态系统曲线收敛到稳态空气流量，并且其中，稳态空气流量是燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量。
7.权利要求4所述的方法，其中，瞬态空气流量超过稳态空气流量并提高电流密度输出，以补偿电压不足；其中，随着燃料电池系统的电池堆温度升高，电池堆压力增加，瞬态空气流量收敛
8.权利要求4所述的方法，其中，燃料电池系统的瞬态空气流量不超过稳态空气流量，并且其中，稳态空气流量是燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量。
9.权利要求8所述的方法，其中，燃料电池系统由包含DC/DC转换器或电池系统的辅助部件提供支持。
10.权利要求1所述的方法，包括：控制瞬态空气流量，使其低于稳态空气流量和最大空气流量，其中，稳态空气流量是燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量，并且其中，最大空气流量基于燃料电池系统的空气处理系统可以供应的最大空气量。
11.权利要求1所述的方法，其中，瞬态系统曲线是控制在稳态流量曲线和最大流量曲线以内的混合曲线，其中，稳态流量曲线基于燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量，并且最大流量曲线基于燃料电池系统的空气处理系统可以供应的最大空气量，并且其中，燃料电池系统的预热时间与空气处理系统的响应时间密切相关。
12.权利要求1所述的方法，其中，瞬态系统曲线位于稳态流量曲线的左边，该稳态流量曲线基于燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量，并且其中，燃料电池系统配置为经历快速冷却过程。
13.权利要求12所述的方法，其中，燃料电池系统的热量排放时间比空气压缩机的斜坡下降时间长。
14.权利要求12所述的方法，其中，燃料电池系统的环境温度范围约为35℃至约45℃。
15.权利要求1所述的方法，其中，燃料电池系统由燃料处理系统提供支持，燃料处理系统根据空气处理系统和电池堆压力改变运行燃料压力。
16.一种操作燃料电池系统的方法，包括：
17.权利要求16所述的方法，其中，控制器配置为比较空气压缩机的实际每分钟转数(RPM)与目标RPM，并提供电力，直至达到目标RPM。
18.权利要求16所述的方法，其中，空气压缩机的性能取决于海拔高度，并且其中，燃料电池系统的操作范围、燃料电池系统的稳态流量曲线和燃料电池堆系统的最大流量曲线配置为随海拔高度而变化。
19.权利要求16所述的方法，其中，空气压缩机的性能取决于燃料电池的老化程度，并且其中，提高电流密度和空气流量以补偿燃料电池中电压的降低。
20.权利要求16所述的方法，进一步包括：基于空气处理系统、散热器风扇或冷却泵确定燃料电池系统中的寄生损耗。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种操作燃料电池系统的方法，包括：
2.权利要求1所述的方法，进一步包括：基于散热器风扇或冷却泵确定燃料电池系统中的寄生损耗。
3.权利要求1所述的方法，进一步包括：在瞬态条件下操作燃料电池系统，其中，瞬态空气流量基于最大净功率目标。
4.权利要求1所述的方法，其中，瞬态空气流量基于预热燃料电池系统及随后提高电池堆压力所需的时间来确定，并且其中，瞬态空气流量由瞬态系统曲线表示。
5.权利要求4所述的方法，进一步包括：在瞬态条件下操作燃料电池系统，其中，瞬态系统曲线基于最大空气流量，并且其中，最大空气流量基于燃料电池系统的空气处理系统可以供应的最大空气量。
6.权利要求4所述的方法，进一步包括：在瞬态条件下操作燃料电池系统，其中，瞬态系统曲线收敛到稳态空气流量，并且其中，稳态空气流量是燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量。
7.权利要求4所述的方法，其中，瞬态空气流量超过稳态空气流量并提高电流密度输出，以补偿电压不足；其中，随着燃料电池系统的电池堆温度升高，电池堆压力增加，瞬态空气流量收敛到等于稳态空气流量；并且其中，稳态空气流量是燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量。
8.权利要求4所述的方法，其中，燃料电池系统的瞬态空气流量不超过稳态空气流量，并且其中，稳态空气流量是燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量。
9.权利要求8所述的方法，其中，燃料电池系统由包含dc/dc转换器或电池系统的辅助部件提供支持。
10.权利要求1所述的方法，包括：控制瞬态空气流量，使其低于稳态空气流量和最大空气流量，其中，稳态空气流量是燃料电池系统的空气处理系统在稳态条件下可以供应的空气量，并且其中，最大空气流量基于燃料电...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·拉涅里，J·R·里齐，S·特里帕蒂，
申请(专利权)人：洁能氏公司，
类型：发明
国别省市：
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