用以提高燃料電池系統壽命的備用模式的自適應限制的製作方法
2023-04-24 05:36:46 1
專利名稱：用以提高燃料電池系統壽命的備用模式的自適應限制的製作方法
技術領域：
本發明總的涉及用於在燃料電池堆老化時降低燃料電池堆的備用模式事件的頻率的系統和方法，且更特定地涉及通過如下方式來用於在燃料電池堆老化時降低燃料電池堆的備用模式事件的頻率的系統和方法，即通過確定不可逆的堆電壓損失且從中評估電壓降級率是否過高，其中在堆的額定使用壽命結束前期望電壓衰減到預先確定的極限以下。
背景技術：
氫因為其清潔性且可用於有效地在燃料電池內產生電力而是非常有吸引力的燃料。氫燃料電池是包括其間帶有電解質的陽極和陰極的電化學裝置。陽極接收氫氣且陰極接收氧氣或空氣。氫氣在陽極內分離以產生自由的質子和電子。質子通過電解質到達陰極。質子在陰極內與氧以及電子反應以產生水。來自陽極的電子不能通過電解質，且因此在電子被送到陰極之前被弓I導通過負載以做功。質子交換膜燃料電池(PEMFC)是用於車輛的通用的燃料電池。PEMFC —般地包括固體聚合物電極質子傳導膜，例如全氟磺酸膜。陽極和陰極典型地包括支承在碳微粒上且與離聚物混合的磨碎的催化微粒，通常為鉬(Pt)。催化混合物沉積在膜的相對兩側上。陽極催化混合物、陰極催化混合物和膜的組合形成了膜電極組件(MEA)。MEA的製造相對昂貴且其有效運行要求一定的條件。數個燃料電池典型地組合在一個燃料電池堆中以生成希望的電力。例如，用於車輛的典型的燃料電池堆可具有兩百個或更多的堆疊的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入反應氣體，典型地為通過壓縮機被促使通過堆的空氣流。並非所有的氧都被堆消耗，且空氣的一些作為可包括作為堆副產物的水的陰極排氣輸出。燃料電池堆也接收流到堆的陽極側內的陽極氫反應氣體。堆也包括流動通道，冷卻流體通過所述流動通道流動。燃料電池堆包括一系列定位在堆內的數個MEA之間的雙極板，其中雙極板和MEA定位在兩個端板之間。雙極板包括用於堆內的相鄰的燃料電池的陽極側和陰極側。陽極氣體流動通道提供在雙極板的陽極側上而允許陽極反應氣體流動到各自MEA。陰極氣體流動通道提供在雙極板的陰極側上而允許陰極反應氣體流動到各自MEA。一個端板包括陽極氣體流動通道，且另一個端板包括陰極氣體流動通道。雙極板和端板由導電材料製成，例如由不鏽鋼或導電複合物製成。端板將由燃料電池生成的電導出到堆外。雙極板也包括流動通道，冷卻流體流過所述流動通道。當燃料電池系統處於停用模式，例如當燃料電池車輛在停止信號燈處停止時，其中燃料電池堆不生成動力以運行系統裝置，陰極空氣和氫氣一般地仍被提供到燃料電池堆，且堆生成輸出動力。在燃料電池堆處於停用模式時將氫氣提供到燃料電池堆一般是浪費的，因為在此條件下運行堆不產生非常多的有用功。因此，在此停用條件期間一般地希望降低堆輸出功率和電流消耗以改進系統燃料效率。對於這些和其他的燃料電池系統運行條件，可能希望將系統置於備用模式，其中系統消耗非常低的功率或不消耗功率，所使用的燃料的量最小且系統可快速地從備用模式恢復以增加系統效率且降低系統的降級。2010年3月12日提交的授予本申請的受讓人的且在此通過引用合併的名為「Standby Mode for Optimization of Efficiency inDurability of a Fuel Cell Vehicle Application」 的美國專利申請序列號 12/723，261披露了用於將車輛上的燃料電池系統置於備用模式以保存燃料的此類型的一個已知方法。在燃料電池系統的運行中存在多種導致堆性能的永久損失的機制，例如催化劑活性的損失，催化劑載體腐蝕和在電池膜中形成小孔。然而，存在其他可導致基本上可逆的堆電壓損失的機制，例如電池膜變幹、催化劑氧化物形成和在堆的陽極側和陰極側上汙染物的堆積。在現有技術中已知去除氧化物形成和汙染物的堆積，以及使電池膜補水，以恢復燃料電池堆內的電池電壓損失。2009年10月16日提交的授予本申請的受讓人的且在此通過引用合併的名為 「Automated Procedure For Executing In-Situ Fuel Cell StackReconditioning」的美國專利申請序列號12/580，912披露了用於修復燃料電池堆以恢復可逆的電壓損失的一個這樣的過程。燃料電池內的膜需要具有充分的水含量使得穿過膜的離子阻力足夠低以有效地傳導質子。膜的潤溼可來自堆的水副產物或外部的潤溼。通過堆的流動通道的反應劑的流動具有對於電池膜的乾燥效應，在反應劑流動的入口處最明顯。然而，在流動通道內的水滴的累積可能防止反應劑流過，且可能導致電池因為低的反應氣體流動而失效，因此影響堆的穩定性。水在反應氣體流動通道內以及在氣體擴散層(GDL)內的累積特別地在低的堆輸出負載是麻煩的。燃料電池堆的溼運行，即以高的潤溼量的運行，對於系統性能和汙染物移除是希望的。然而，存在多種原因以更低的潤溼來運行燃料電池堆。例如，溼運行可能由於水的累積導致燃料電池的穩定性問題，且也可能導致引起碳腐蝕的陽極缺氣(anodestarvation)。另外，溼運行可能在結冰的條件下因為液態水在燃料電池堆內的不同位置處凍結而是成問題的。為在預計的堆使用壽命結束(EOL)或使用壽命終結(EOS)下滿足車輛加速和爬坡能力要求，堆電壓必須維持在預先確定的極限以上。永久的堆電壓損失主要涉及陰極電極性能的失去，這又取決於電壓循環特徵。如果堆電壓向O伏特下降而燃料電池系統進入備用模式時，在燃料電池系統離開備用模式之後的隨後的堆電壓升高由於催化劑活性的損失而導致一些不可逆的電壓降級。由於其操作行為，車輛駕駛員的小的子組可能導致加速的燃料電池堆降級率，從而導致在車輛的目標壽命結束時的不可接受的性能。相比之下，已顯示大多數燃料電池車輛操作者的駕駛特徵使得其車輛循環通過備用模式的次數足夠低而使得由於如上所述的電壓循環導致的燃料電池降級不足以導致在堆的目標使用壽命結束前的不可接受的性能損失。駕駛惡劣的駕駛員如果在車輛怠速時不被允許進入備用模式則可能經歷更差的燃料經濟性。對於車輛壽命和峰值系統效率的優化-包括實現備用模式-對於當前的燃料電池系統是不可能的。
發明內容
根據本發明的教示，披露了在燃料電池堆老化且經歷較低性能時，如果需要，用於降低堆備用模式事件的頻率的系統和方法。方法在預先確定的時間間隔處確定燃料電池堆的不可逆的電壓損失且基於不可逆的電壓損失確定堆電壓降級變量。方法也確定堆電壓降級變量是否指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓要求，且如果堆電壓降級變量指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓要求則計算燃料電池堆的最大允許的電壓降級率。方法計算了可被允許以防止堆超過最大允許的降級率的每單位時間的備用模式事件的最大數量，且基於計算的備用模式事件的最大數量控制備用模式事件的數量。本發明提供以下技術方案:
1.一種用於控制燃料電池系統內的燃料電池堆的備用模式事件數量的方法，其中備用模式事件將燃料電池堆置於低電力狀態，所述方法包括:
在預先確定的時間間隔處確定燃料電池堆的不可逆的電壓損失；
基於不可逆的電壓損失確定當前的堆電壓降級變量；
確定當前的堆電壓降級變量是否指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求；
如果堆電壓降級變量指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓要求則計算將滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求的燃料電池堆的最大允許的電壓降級率；
計算每單位時間的最大備用模式事件數量，其可被允許以防止堆超過最大允許的電壓降級率；和
基於計算的每單位時間的最大備用模式事件數量控制備用模式事件數量。2.根據方案I所述的方法，其中確定不可逆堆電壓損失包括估計限定了堆電流和堆電壓之間的關係的堆極化曲線。3.根據方案2所述的方法，其中估計堆極化曲線包括估計在最大堆電流密度下的堆極化曲線。4.根據方案I所述的方法，其中確定不可逆堆電壓損失包括僅在堆電壓恢復過程被執行而補償了可逆堆電壓損失之後預先確定的時間段內確定不可逆的堆電壓損失。5.根據方案I所述的方法，其中確定不可逆堆電壓損失包括僅在已發生預先確定的堆運行小時的最小數量之後確定不可逆堆電壓損失。6.根據方案I所述的方法，其中計算最大備用模式事件數量包括將最大備用模式事件數量計算為全循環備用模式事件數量除以堆運行時間的小時。7.根據方案I所述的方法，其中控制備用模式事件數量包括將最大備用模式事件數量與當前的備用模式事件數量進行比較。8.根據方案7所述的方法，其中控制備用模式事件數量包括將備用模式事件的當前數量除以最大備用模式事件數量以獲得極限值的分數，將極限值的分數轉化為備用模式事件之間的最小運行時間，將備用模式事件之間的最小運行時間和基於最大允許的備用模式事件的因數相乘。9.根據方案I所述的方法，其中控制備用模式事件數量包括防止備用模式事件的發生。10.一種用於控制燃料電池系統內的燃料電池堆的備用模式事件數量的方法，其中備用模式事件將燃料電池堆置於低電力狀態，所述方法包括: 在預先確定的時間間隔處確定燃料電池堆的不可逆的電壓損失，包括估計限定了堆電流和堆電壓之間的關係的堆極化曲線，其中估計堆極化曲線包括在最大堆電流密度下估計堆極化曲線，且其中確定不可逆堆電壓損失包括僅在補償了可逆堆電壓損失的堆電壓恢復過程被執行之後預先確定的時間段內確定不可逆堆電壓損失；
基於不可逆的電壓損失確定當前的堆電壓降級變量；
確定當前的堆電壓降級變量是否指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求；
如果堆電壓降級變量指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓要求則計算將滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求的燃料電池堆的最大允許的電壓降級率；
計算每單位時間的最大備用模式事件數量，其可被允許以防止堆超過最大允許的電壓降級率；和
基於計算的每單位時間的最大備用模式事件數量來控制備用模式事件數量，包括將最大備用模式事件數量與當前的備用模式事件數量進行比較。11.根據方案10所述的方法，其中確定不可逆的堆電壓損失包括僅在已發生預先確定的堆運行小時的最小數量之後確定不可逆堆電壓損失。12.根據方案10所述的方法，其中計算最大備用模式事件數量包括將備用模式事件的最大數量計算為全循環備用模式事件數量除以堆運行時間的小時。13.根據方案10所述的方法，其中控制備用模式事件數量包括將備用模式事件的當前數量除以最大備用模式事件數量以獲得極限值的分數，將極限值的分數轉化為備用模式事件之間的最小運行時間，將備用模式事件之間的最小運行時間和基於最大允許的備用模式事件的因數相乘。14.一種用於控制燃料電池系統內的燃料電池堆的備用模式事件數量的控制系統，其中備用模式事件將燃料電池堆置於低電力狀態，所述控制系統包括:
用於在預先確定的時間間隔處確定燃料電池堆的不可逆的電壓損失的裝置；
用於基於不可逆的電壓損失確定當前的堆電壓降級變量的裝置；
用於確定當前的堆電壓降級變量是否指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求的裝置；
用於如果堆電壓降級變量指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓要求則計算將滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求的燃料電池堆的最大允許的電壓降級率的裝置；
用於計算可被允許以防止堆超過最大允許的電壓降級率的每單位時間的最大備用模式事件數量的裝置；和
用於基於計算的每單位時間的最大備用模式事件數量控制備用模式事件數量的裝置。15.根據方案14所述的控制系統，其中用於確定不可逆的堆電壓損失的裝置估計限定了堆電流和堆電壓之間的關係的堆極化曲線。16.根據方案15所述的控制系統，其中用於確定不可逆的堆電壓損失的裝置在最大堆電流密度下估計堆極化曲線。17.根據方案14所述的控制系統，其中用於確定不可逆的堆電壓損失的裝置僅在補償了可逆堆電壓損失的堆電壓恢復過程被執行之後預先確定的時間段內確定不可逆堆電壓損失。18.根據方案14所述的控制系統，其中用於計算最大備用模式事件數量的裝置將備用模式事件的最大數量計算為全循環備用模式事件數量除以堆運行時間的小時。19.根據方案14所述的控制系統，其中用於控制備用模式事件數量的裝置將最大備用模式數量與當前備用模式事件數量進行比較。20.根據方案19所述的控制系統，其中控制備用模式事件數量將當前的備用模式事件數量除以最大備用模式事件數量以獲得極限值的分數，將極限值的分數轉化為備用模式事件之間的最小運行時間，將備用模式事件之間的最小運行時間和基於最大允許的備用模式事件的因數相乘。本發明的另外的特徵將從如下描述和附帶的權利要求中結合附圖變得顯見。
圖1是燃料電池系統的簡單的示意性方框 圖2是控制系統的方框 圖3是以小時為橫軸且以平均電池電壓為縱軸的曲線圖，所述曲線圖示出了在高的堆電流強度下在燃料電池堆的壽命範圍內的平均電池電壓；和圖4是用於限制燃料電池堆備用模式事件的系統的方框圖。
具體實施例方式針對基於估計的不可逆堆電壓降級而降低燃料電池堆備用的頻率的燃料電池系統的本發明的實施例的如下論述在本質上僅是示例性的，且決不意圖於限制本發明或其應用或使用。例如，本發明具有用於車輛上的燃料電池系統的特定應用。然而，如本領域技術人員將認識到的，本發明的系統和方法可具有其他應用。圖1是包括燃料電池堆12的燃料電池系統10的示意性方框圖。壓縮機14例如通過潤溼陰極輸入空氣的水蒸汽傳輸(WVT)單元18在陰極輸入管線16上將空氣流提供到燃料電池堆12的陰極側。陰極排氣在陰極排氣管線20上從堆12輸出，所述陰極排氣管線20將陰極排氣引導到WVT單元18，以提供溼氣使陰極輸入空氣溼潤。旁通管線22圍繞WVT單元18設置以將陰極排氣的一些或全部繞過WVT單元18引導。在替代實施例中，旁通管線22可以是入口旁通管線。旁通閥24設置在旁通管線22內且被控制以選擇地將陰極排氣再引導通過或繞過WVT單元18，以將希望量的溼氣提供到陰極輸入空氣。在替代實施例中，可不要求旁通管線22。燃料電池堆12從氫源26接收氫，所述氫源26使用注射器30通過陽極輸入管線28將氫氣注入到燃料電池堆12的陽極側。陽極排氣從燃料電池堆12在再循環管線32上輸出，所述再循環管線32通過將陽極排氣提供到可作為注射器/噴射器工作的注射器30而將陽極排氣再循環回到陽極輸入，對於本領域技術人員而言是熟知的。注射器/噴射器的一個合適的例子在授予本申請的受讓人的且在此通過引用合併的名為「Combination ofInjector-Ejector for Fuel Cell Systems」的美國專利 N0.7，320，840 中被描述。在替代實施例中，管線32的再循環功能可通過泵或壓縮機而作為注射器/噴射器的替代來執行。如在現有技術中很好地理解的，氮在堆12的陽極側累積，這降低了這裡的氫濃度且影響了系統10的性能。放氣閥34設置在再循環管線32內以周期地將排氣和液體放出以從陽極子系統移除氮。放出的陽極廢氣在放氣管線36上提供到陰極排氣管線20。當燃料電池系統10運行時，燃料電池電極的汙染可導致堆電壓降低，但電壓可通過使用稱為電壓恢復的從電極移除汙染物的技術來運行堆12而得以恢復，所述技術例如在』912申請中披露。電壓恢復功能以頻繁的運行間隔來調理堆12以從電極移除導致可逆電壓損失的汙染物。本發明建議了當燃料電池堆12老化且經歷較低性能時，如果需要，用於降低以備用模式運行燃料電池系統10的頻率的系統和方法，使得燃料電池堆12可滿足或超過其希望的壽命結束時的性能標準。方法根據堆極化曲線的估計來確定不可逆的堆電壓損失且從中評價電壓降級率是否過高，其中在堆12的額定的使用壽命結束前預期電壓衰減到預先確定的極限以下。如在現有技術中已熟知的，堆極化曲線是系統控制器在燃料電池堆運行期間為進行堆功率控制而確定的堆電流和電壓之間的關係，其中該關係隨著堆老化而改變。在現有技術中已知多種用於確定堆極化曲線的技術，例如見2008年7月31日公開的授予本申請的受讓人的且在此通過引用合併的名為「Algorithm for Online AdaptivePolarization Curve Estimation of a Fuel Cell Stack」 的美國專利申請公開 N0.2008/0182139。如果電壓降級率被確定為過高，則系統10確定在一定的時間段內，例如每小時，可發生的備用模式事件的數量，以滿足堆壽命結束要求。方法然後使用允許的備用值限制每時間段的備用模式事件數量，以降低不可逆的電壓降級率。圖2是用於監測燃料電池堆12的性能、基於此性能確定每單位時間段可允許發生多少次備用模式事件、且然後如果當前的備用模式事件發生率過高而不能滿足希望的堆壽命結束性能則限制可發生的備用模式事件數量的控制過程40的流程圖。控制過程40包括確定不可逆的堆電壓損失的堆性能預測器(SPP) 42。在一個非限制性實施例中，SPP 42估計對於燃料電池堆12的堆極化曲線以確定電壓損失。極化曲線估計基於車內堆的性能，且使用在運行條件範圍上的性能數據或關於有限的當前堆密度範圍的數據，例如，最大堆電流密度，例如1.5 A/cm2。在替代實施例中，堆性能可通過在特定的評估協議期間評估催化劑特徵來估計。在預先確定的適應評估間隔處，將表示了當前堆電壓降級和降級率的電壓降級變量用於確定是否要求最大備用模式頻率限制。電壓降級值存儲在存儲器內，所述值在電池斷開或發動機控制模塊再編程(快閃記憶體)的情況中被保存，且每當最大備用頻率限制被更新時對於新的運行間隔被重置。取決於運行條件和環境，系統10可能需要周期地修理以使用電壓恢復過程再次獲得可恢復的或可逆的電池電壓損失。如果使用間歇電池電壓恢復策略，則不可逆的堆電壓損失的確定要求SPP 42執行堆性能估計以確定在電壓恢復過程完成之後的例如10小時的預先確定的標定周期內的電壓降級變量。此外，因為在堆壽命開始時的加速的降級，備用模式事件的數量的控制或限制將僅在例如1000小時的最小的堆運行時間之後開始，且經歷在堆性能評估間隔之間的最小時間。圖3是以小時為單位的時間為橫軸且以毫伏(mV)為單位的堆12內的燃料電池的平均電池壓力為縱軸的曲線圖。曲線60表示隨時間變化的平均電池壓力，如通過SPP 42中的極化曲線估計過程所確定的。線62、64和66是執行電壓恢復過程以恢復堆12的可逆電壓損失的堆12的運行期間的時間。如上所述，SPP42將確定在恢復過程的一些時間段內例如在點68、70和72處的電壓降級變量，使得通過SPP42僅估計不可逆的電壓損失。一旦SPP42確定了電壓降級變量，則過程40然後在方框44處確定最大備用模式事件頻率。過程40首先在方框46處確定是否滿足再計算備用模式事件的最大數量的啟動標準。啟動標準之一是堆電壓預測是否精確地反映了可恢復電壓損失被去除的堆電壓。另一個啟動標準是自上次最大備用計算執行以來經歷了足夠的時間。如果滿足啟動標準，則過程40確定最大允許的電壓降級率變量，這將允許堆12在方框48處實現其壽命結束電壓性能。最大允許電壓降級率根據可能仍在EOS之前損失的要求的剩餘總電壓除以車輛使用壽命內的要求的剩餘時間量來計算和更新。在適應評估間隔處，最大允許的電壓降級率變量將用於確定是否要求最大備用頻率限制適應。使用最大允許的電壓降級率變量，過程40然後在方框50處計算對於時間段的最大允許的備用模式事件的數量作為將滿足計算的最大可允許電壓降級率的降低的備用模式事件頻率值，其中備用模式頻率值通過全循環備用模式事件的數量除以每小時的堆運行而確定。通過將最大允許的電壓降級率變量結合基於運行假定和系統利用的無備用的電壓降級率的估計值和計劃的備用的電壓降級率來計算此頻率。降低的備用模式事件頻率值應降低電壓降級率以滿足最小EOS電池電壓。最大備用模式頻率值將存儲在存儲器內而在電池斷開期間被保存且被限制到最小和最大標定值。過程40然後基於來自方框50的允許的備用模式事件的最大數量在方框52處控制備用模式事件的數量。允許的備用模式計算在方框54處完成，且基於確定的允許的備用模式事件的最大數量和在方框56處的每小時的備用模式事件的當前數量。在此例子中，如在下文中更詳細地論述的，將每小時備用模式事件的當前數量和最大允許的每小時備用模式事件的數量進行比較，且隨著備用模式事件的數量變得接近極限時，在備用模式事件之間的最小運行時間增加，使得不會超過最大閾值。圖4是流程圖80，示出了用於基於在方框54處確定的當前的最大備用模式事件數量來確定每小時允許的備用模式事件數量的過程。將來自方框56的當前的每小時運行時間的備用模式事件數量提供在方框82處，且將來自方框50的計算的允許的備用模式事件的最大數量提供在方框84處，且將它們在方框86處相除以得出極限值分數。在方框90處將最大允許的每運行時間備用模式事件數量反轉為備用事件之間的平均允許的時間。在方框88處，例如通過如下的表I，將備用極限值的分數被轉換為備用模式事件之間的最小運行時間，使得隨著備用極限的分數增加時，備用模式因數之間的最小運行時間也以平滑的速率增加。在方框92處，在備用事件之間的平均允許的時間乘以備用模式因數之間的最小運行時間以得出備用模式事件之間所要求的時間。然後在方框94處將來自方框92的備用模式事件之間的此最小運行時間與在方框96處提供的備用模式事件之間的標定的標稱最小時間進行比較，這在方框98處選擇二者中的較大者作為備用模式事件之間的最小運行時間。如果實際備用模式事件頻率大於最大備用模式事件頻率極限，那麼，只要自從實際備用頻率變量的最後重置以來尚未發生全備用循環的最小數量，則允許的系統備用模式事件將被超過，系統可獲得的負載不再允許抑制電池電壓，且觸發並激活原位電壓恢復運行。在此情況中，由於進入備用模式的降級可能小於不進入備用模式的降級，且因此不希望限制備用頻率。作為使用用於流程圖80的過程的替代，降低備用模式事件頻率的另一個策略是僅允許特定類型的備用模式。一些類型的備用模式關閉了更多的附件而以系統重啟時間為代價節約了另外的電力，這已知為非動態備用。非動態備用可在車輛停止時或在車輛以低速運行時實施。一些實施例僅在操作者已將車輛置於停駐時允許備用模式，因此通過消除在車輛移動時的備用事件而降低了備用模式電壓循環的總數。降低備用發生的另一個方式是調整總車輛混合動力策略。確定何時進入備用模式事件的成本函數優化參數被改變為更不經常地過渡到備用模式。如果在成本函數內存在堆耐久性項，則其增益可增加使得備用模式將是更高的成本。表I
權利要求
1.一種用於控制燃料電池系統內的燃料電池堆的備用模式事件數量的方法，其中備用模式事件將燃料電池堆置於低電力狀態，所述方法包括: 在預先確定的時間間隔處確定燃料電池堆的不可逆的電壓損失； 基於不可逆的電壓損失確定當前的堆電壓降級變量； 確定當前的堆電壓降級變量是否指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求； 如果堆電壓降級變量指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓要求則計算將滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求的燃料電池堆的最大允許的電壓降級率； 計算每單位時間的最大備用模式事件數量，其可被允許以防止堆超過最大允許的電壓降級率；和 基於計算的每單位時間的最大備用模式事件數量控制備用模式事件數量。
2.根據權利要求1所述的方法，其中確定不可逆堆電壓損失包括估計限定了堆電流和堆電壓之間的關係的堆極化曲線。
3.根據權利要求2所述的方法，其中估計堆極化曲線包括估計在最大堆電流密度下的堆極化曲線。
4.根據權利要求1所述的方法，其中確定不可逆堆電壓損失包括僅在堆電壓恢復過程被執行而補償了可逆堆電壓損失之後預先確定的時間段內確定不可逆的堆電壓損失。
5.根據權利要求1所述的方法，其中確定不可逆堆電壓損失包括僅在已發生預先確定的堆運行小時的最小數量之後確定不可逆堆電壓損失。
6.根據權利要求1所述的方法，其中計算最大備用模式事件數量包括將最大備用模式事件數量計算為全循環備用模式事件數量除以堆運行時間的小時。
7.根據權利要求1所述的方法，其中控制備用模式事件數量包括將最大備用模式事件數量與當前的備用模式事件數量進行比較。
8.根據權利要求7所述的方法，其中控制備用模式事件數量包括將備用模式事件的當前數量除以最大備用模式事件數量以獲得極限值的分數，將極限值的分數轉化為備用模式事件之間的最小運行時間，將備用模式事件之間的最小運行時間和基於最大允許的備用模式事件的因數相乘。
9.一種用於控制燃料電池系統內的燃料電池堆的備用模式事件數量的方法，其中備用模式事件將燃料電池堆置於低電力狀態，所述方法包括: 在預先確定的時間間隔處確定燃料電池堆的不可逆的電壓損失，包括估計限定了堆電流和堆電壓之間的關係的堆極化曲線，其中估計堆極化曲線包括在最大堆電流密度下估計堆極化曲線，且其中確定不可逆堆電壓損失包括僅在補償了可逆堆電壓損失的堆電壓恢復過程被執行之後預先確定的時間段內確定不可逆堆電壓損失； 基於不可逆的電壓損失確定當前的堆電壓降級變量； 確定當前的堆電壓降級變量是否指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求； 如果堆電壓降級變量指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓要求則計算將滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求的燃料電池堆的最大允許的電壓降級率； 計算每單位時間的最大備用模式事件數量，其可被允許以防止堆超過最大允許的電壓降級率；和 基於計算的每單位時間的最大備用模式事件數量來控制備用模式事件數量，包括將最大備用模式事件數量與當前的備用模式事件數量進行比較。
10.一種用於控制燃料電池系統內的燃料電池堆的備用模式事件數量的控制系統，其中備用模式事件將燃料電池堆置於低電力狀態，所述控制系統包括: 用於在預先確定的時間間隔處確定燃料電池堆的不可逆的電壓損失的裝置； 用於基於不可逆的電壓損失確定當前的堆電壓降級變量的裝置； 用於確定當前的堆電壓降級變量是否指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求的裝置； 用於如果堆電壓降級變量指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓要求則計算將滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓性能要求的燃料電池堆的最大允許的電壓降級率的裝置； 用於計算可被允許以防止堆超過最大允許的電壓降級率的每單位時間的最大備用模式事件數量的裝置；和 用於基於計 算的每單位時間的最大備用模式事件數量控制備用模式事件數量的裝置。
全文摘要
本發明涉及用以提高燃料電池系統壽命的備用模式的自適應限制。在燃料電池堆老化且經歷較低性能時，如果需要，用於降低堆備用模式事件的頻率的系統和方法。方法在預先確定的時間間隔處確定燃料電池堆的不可逆的電壓損失且基於不可逆的電壓損失確定了堆電壓降級變量。方法也確定了堆電壓降級變量是否指示了燃料電池堆將不滿足預先確定的堆使用壽命結束電壓要求且計算了燃料電池堆的最大允許的電壓降級率。方法計算可被允許以防止堆超過最大允許的降級率的每單位時間的最大備用模式事件數量，且基於計算的最大備用模式事件數量控制備用模式事件的數量。
文檔編號H01M8/04GK103199281SQ20131000324
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者D.I.哈裡斯, D.R.勒布澤爾特, J.P.薩爾瓦多, W.H.珀蒂, A.喬扈裡, E.G.海姆斯 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司