控制混合系統(tǒng)操作的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及管理混合DC電流電源(1)操作的方法，所述電源包括燃料電池(2)、電池(6)以及包括輸入和輸出的DC/DC轉(zhuǎn)換器(4)，轉(zhuǎn)換器的輸入鏈接到燃料電池的輸出，并且輸出鏈接到與電池并聯(lián)的可變負(fù)載，燃料電池由多個(gè)適合于基于燃燒氣體和氧化氣體發(fā)電的電化學(xué)電池形成。
【專利說(shuō)明】控制混合系統(tǒng)操作的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制混合直流源操作的方法，所述電源包括燃料電池堆、電池以及包括輸入和輸出的DC/DC轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器輸入連接到燃料電池堆的輸出，并且輸出連接到與電池并聯(lián)的可變負(fù)載，燃料電池堆由多個(gè)適合于從燃料和氧化氣體發(fā)電的電化學(xué)電池形成。
【背景技術(shù)】
[0002]串聯(lián)連接的電化學(xué)單元組件(通常稱為堆)是公知的。如此組裝的電化學(xué)單元例如可由蓄電池元件或燃料電池形成。燃料電池是用于將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的電化學(xué)裝置。例如，一類燃料電池包括陽(yáng)極和陰極，其間布置質(zhì)子交換膜，該膜通常稱為高分子電解質(zhì)膜。這種膜僅允許質(zhì)子在燃料電池的陽(yáng)極與陰極之間通過(guò)。在陽(yáng)極處，雙原子氫發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生可穿過(guò)高分子電解質(zhì)膜的H+離子。由該反應(yīng)產(chǎn)生的電子通過(guò)燃料電池外部的電路到達(dá)陰極，從而產(chǎn)生電流。由于單個(gè)燃料電池一般僅產(chǎn)生低壓(大約I伏)，因此燃料電池經(jīng)常被串聯(lián)連接以形成能夠產(chǎn)生更高電壓的燃料電池堆，該高電壓是每個(gè)電池電壓的總和。
[0003]當(dāng)在汽車工業(yè)中使用時(shí)，這些燃料電池堆與電池關(guān)聯(lián)以形成混合系統(tǒng)100。該系統(tǒng)將燃料電池堆10 2與電池進(jìn)行并聯(lián)，以便燃料電池堆或電池106經(jīng)由被稱為總線的公共部分同時(shí)或單獨(dú)地為汽車108供電。這種混合還允許燃料電池堆對(duì)將向汽車提供電能的電池進(jìn)行再充電。如圖1所示，當(dāng)混合系統(tǒng)使用連接到燃料電池堆的輸出102的DC/DC轉(zhuǎn)換器104時(shí)，混合系統(tǒng)被稱為“主動(dòng)的(active) ”。該DC/DC轉(zhuǎn)換器104用于調(diào)整燃料電池堆102和電池106的電壓電平以及調(diào)節(jié)燃料電池堆102所提供的功率。
[0004]調(diào)節(jié)功率要求實(shí)現(xiàn)控制策略，從而根據(jù)汽車電動(dòng)引擎和系統(tǒng)約束的功率需求在燃料電池堆102與電池106之間分配功率。控制策略必須考慮的系統(tǒng)約束為燃料電池堆和電池的最大電壓和電流、一定不能超過(guò)的溫度范圍、電池電量狀態(tài)，即，例如當(dāng)電池已經(jīng)100 %充電時(shí)，不能再對(duì)其充電。
[0005]該混合系統(tǒng)的控制策略之一在于在額定值周圍調(diào)節(jié)電池電量狀態(tài)，而不能達(dá)到所述電池的最大或最小電量。這樣，電池永遠(yuǎn)不需要從外部充電，因?yàn)樗ㄟ^(guò)燃料電池堆進(jìn)行再充電，并且當(dāng)車輛處于制動(dòng)階段時(shí)，可以通過(guò)恢復(fù)車輛的動(dòng)能進(jìn)行再充電。這意為燃料電池堆提供由車輛電動(dòng)引擎所消耗的平均功率，而電池用作充入或釋放能量的能量緩沖裝置。該策略通過(guò)使用DC/DC轉(zhuǎn)換器在恒定值處調(diào)整總線電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0006]該已知策略的一個(gè)缺點(diǎn)是不實(shí)施任何措施來(lái)防止燃料電池堆在開(kāi)路電壓(“0CV”)處操作。“開(kāi)路電壓”是指其中每電池的電壓高于0.85-0.9V/電池的操作區(qū)。該電壓已知會(huì)嚴(yán)重縮短燃料電池堆的壽命。因此，不期望燃料電池堆在此模式下操作。在恒定壓力下，當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)，燃料電池堆在開(kāi)路電壓模式下操作。
[0007]當(dāng)在恒定壓力處在燃料電池堆上施加最小電流時(shí)，可能出現(xiàn)開(kāi)路電壓操作模式。實(shí)際上，此解決方案避免了當(dāng)電壓高于0.85-0.9V/電池時(shí)出現(xiàn)的所謂開(kāi)路模式。當(dāng)電流減小時(shí)，電壓在恒定壓力處增加。電流值確定功率值，并且并不總是消耗所提供的功率，尤其是當(dāng)電池的電量狀態(tài)接近100%，無(wú)法再對(duì)電池充電時(shí)。
[0008]另一種可導(dǎo)致燃料電池堆在開(kāi)路模式下操作的情況是當(dāng)壓力減小時(shí)。在低功率處減小壓力會(huì)降低電池電壓，從而避免開(kāi)路模式。但是，必須考慮到壓力變化動(dòng)態(tài)比電流變化動(dòng)態(tài)緩慢得多，并且只有在電流被消耗時(shí)，才會(huì)發(fā)生壓力減小。電流值直接影響壓力減小速度。因此，如果燃料電池堆的功率瞬間從數(shù)千瓦變?yōu)榱阃撸瑒t不可能避免開(kāi)路模式，因?yàn)椴粫?huì)再有任何電流以減小壓力。同樣，如果燃料電池堆的功率必須快速?gòu)牡蛪毫μ幍臄?shù)瓦功率變?yōu)楦邏毫μ幍臄?shù)千瓦功率，則壓力必須在電流增加之前增加。此方法必定導(dǎo)致燃料電池堆短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入開(kāi)路模式，從而損壞所述燃料電池堆。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于包括燃料電池堆和電池的混合系統(tǒng)的操作的方法，此方法優(yōu)化混合系統(tǒng)的性能并增加燃料電池堆的壽命。
[0010]因此，本發(fā)明涉及一種控制混合連續(xù)電流電源 操作的方法，所述電源包括燃料電池堆、電池以及包括輸入和輸出的DC/DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸入連接到燃料電池堆的輸出，并且輸出連接到與電池并聯(lián)的可變負(fù)載，燃料電池堆由多個(gè)適合于從燃料和氧化氣體發(fā)電的電化學(xué)電池形成，所述方法的特征在于包括以下步驟:
[0011]a)將燃料流和氧化氣體流提供給電化學(xué)電池中的每一個(gè)；
[0012]b)定義代表功率需求的設(shè)定點(diǎn)；
[0013]c)監(jiān)測(cè)燃料電池堆中的燃料壓力和氧化氣體壓力；
[0014]d)監(jiān)測(cè)燃料電池堆的輸出電壓，燃料電池堆的輸出電流和電池電壓；
[0015]e)經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器改變?nèi)剂想姵囟训妮敵鲭娏骱腿剂想姵囟训膲毫?，從而改變?nèi)剂想姵囟训妮敵龉β剩?br> [0016]f)通過(guò)應(yīng)用以下測(cè)試控制所述混合連續(xù)電流電源的操作:
[0017]-1)測(cè)量電池電壓并將所述電池電壓與第一預(yù)定臨界值相比較，如果電池電壓超過(guò)所述第一預(yù)定臨界值，則減小燃料電池堆的輸出電流并重新開(kāi)始步驟f)，否則移至第二測(cè)試;
[0018]-2)測(cè)量燃料電池堆的輸出電流并將所述輸出電流與第二預(yù)定臨界值相比較，如果輸出電流降到所述第二預(yù)定臨界值以下，則減小壓力并重新開(kāi)始步驟f)，否則移至第三測(cè)試;
[0019]-3)測(cè)量燃料電池堆的輸出電壓并將所述輸出電壓與第三預(yù)定臨界值相比較，
[0020]-如果燃料電池堆的輸出電壓低于所述第三預(yù)定臨界值，則移至第四測(cè)試，
[0021]-如果燃料電池堆的輸出電壓超過(guò)所述第三預(yù)定臨界值，則減小壓力，測(cè)量電池電壓并將所述電池電壓與第一預(yù)定臨界閾值相比較，如果電池值降到所述第一預(yù)定臨界閾值以下，則使燃料電池堆的輸出電流保持恒定并重新開(kāi)始步驟f)，否則移至第四測(cè)試；并且
[0022]-4)測(cè)量電池電量并將所述電池電量與第四預(yù)定臨界值相比較，如果電池電量不同于所述第四預(yù)定臨界值，則修改燃料電池堆的輸出電流并重新開(kāi)始所述步驟f)，否則移至第一測(cè)試。
[0023]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供較長(zhǎng)的燃料電池堆壽命。實(shí)際上，采用本發(fā)明的策略，電池電壓值和燃料電池堆的電壓值不會(huì)太高。因此，電池不容易達(dá)到可能導(dǎo)致其爆炸的值，并且燃料電池堆的電池不會(huì)面臨損壞的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)以這種方式布置本發(fā)明的混合系統(tǒng)，本發(fā)明的策略允許更久的使用。
[0024]本發(fā)明方法的有利實(shí)施例形成從屬權(quán)利要求的主題。
[0025]在第一有利實(shí)施例中，步驟f)包括在第四測(cè)試成功的情況下執(zhí)行的第五測(cè)試，該第五測(cè)試包含測(cè)量燃料電池堆的輸出電流并將所述輸出電流與第二預(yù)定臨界閾值相比較，如果所述燃料電池堆的輸出電流低于所述第二預(yù)定臨界閾值，則增加燃料電池堆的輸出電流以使其達(dá)到所述第二預(yù)定臨界閾值并重新開(kāi)始所述步驟f)，否則增加壓力直到達(dá)到最大壓力值。
[0026]在第二有利實(shí)施例中，在測(cè)試4)中，如果電池電量狀態(tài)低于所述第四預(yù)定臨界值，則增加燃料電池堆的輸出電流并重新開(kāi)始步驟f)，否則減小燃料電池堆的輸出電流并重新開(kāi)始所述步驟f)。
[0027]在另一有利實(shí)施例中,最大壓力值為1.5bar。
[0028]在另一有利實(shí)施例中，混合連續(xù)電流電源進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)電路，其用于恢復(fù)與混合系統(tǒng)的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)以及用于將控制信號(hào)發(fā)送到燃料電池堆和DC/DC轉(zhuǎn)換器。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]通過(guò)下面對(duì)僅通過(guò)非限制性實(shí)例給出并在附圖中示出的本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述，根據(jù)本發(fā)明的混合系統(tǒng)的目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加顯而易見(jiàn)，在附圖中:
[0030]圖1是已知的混合系統(tǒng)的示意圖。
[0031]圖2是根據(jù)本發(fā)明第一操作模式操作的電化學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
[0032]圖3示出在根據(jù)本發(fā)明方法的操作期間的燃料電池堆的操作圖。
[0033]圖4示出根據(jù)本發(fā)明方法的操作期間的燃料電池堆的操作點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]在下面的描述中，將僅以簡(jiǎn)化方式描述本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員熟知的燃料電池堆的所有部件。
[0035]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的混合系統(tǒng)I的示意圖。該混合系統(tǒng)I包括燃料電池堆2，即，多個(gè)串聯(lián)安裝的電化學(xué)電池。該燃料電池堆2通過(guò)削減諸如氫氣的燃料以及諸如氧氣的氧化劑來(lái)供電。削減燃料與氧化劑之間的反應(yīng)產(chǎn)生燃料電池電壓。由削減燃料與氧化劑之間的反應(yīng)所得到的水可經(jīng)由配備循環(huán)泵的再循環(huán)回路排出。混合系統(tǒng)I還包括用于存儲(chǔ)能量6的裝置，諸如一個(gè)或多個(gè)電池或超級(jí)電容器。在說(shuō)明書(shū)的其余部分，該存儲(chǔ)電能的裝置將假設(shè)為電池6，但是不排除使用多個(gè)電池。該電池6提供電池電壓并且與燃料電池堆2并聯(lián)連接，以便燃料電池堆2和電池6均連接到可變負(fù)載8。該可變負(fù)載8例如可以是汽車引擎。
[0036]該混合系統(tǒng)I還包括具有輸入單元和輸出單元的DC/DC轉(zhuǎn)換器4。燃料電池堆2的輸出連接到DC/DC轉(zhuǎn)換器4的輸入單元，因此，這表示由燃料電池堆2提供的電壓進(jìn)入DC/DC轉(zhuǎn)換器4?？勺冐?fù)載8和電池6的連接點(diǎn)連接到DC/DC轉(zhuǎn)換器4的輸出單元。很明顯，輸入單元包括多個(gè)輸入，并且輸出單元包括多個(gè)輸出。[0037]DC/DC轉(zhuǎn)換器4還被布置為控制混合系統(tǒng)1，因?yàn)镈C/DC轉(zhuǎn)換器4能夠通過(guò)控制燃料電池堆2的電流來(lái)調(diào)整電壓電平。同樣，DC/DC轉(zhuǎn)換器可調(diào)節(jié)由燃料電池堆2提供的功率。
[0038]實(shí)際上，DC/DC轉(zhuǎn)換器4的作用是控制混合系統(tǒng)1，以便電池6和燃料電池堆2 —起對(duì)功率負(fù)載8操作。DC/DC轉(zhuǎn)換器的功能還有在負(fù)載(汽車應(yīng)用中的引擎)與電池之間分配燃料電池堆提供的功率。當(dāng)然，混合系統(tǒng)I的控制會(huì)受到約束，這些約束為燃料電池堆2的電壓和電流限制、電池6的電壓和電流限制、電池6的電量狀態(tài)限制、不能超過(guò)的溫度限制等。
[0039]混合系統(tǒng)I進(jìn)一步包括圖2所示并且用于恢復(fù)與混合系統(tǒng)I的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)電路10，該電路還用于將控制信號(hào)發(fā)送到燃料電池堆2和DC/DC轉(zhuǎn)換器4。與混合系統(tǒng)I的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)包括燃料電池堆和電池6的電流設(shè)定點(diǎn)，以及功率設(shè)定點(diǎn)和所有測(cè)量的數(shù)據(jù)，即，電池6和燃料電池堆2的電壓和電流、燃料電池堆的壓力P以及由所述混合系統(tǒng)產(chǎn)生的功率。由調(diào)節(jié)電路10發(fā)送到燃料電池堆2的信號(hào)被用于改變壓力P。由調(diào)節(jié)電路10發(fā)送到DC/DC轉(zhuǎn)換器4的信號(hào)被用于通過(guò)控制燃料電池堆2的電流來(lái)改變電壓。 [0040]燃料電池堆2的特征在于其根據(jù)電流和壓力的電池電壓曲線。圖4示出燃料電池堆的電壓根據(jù)電流改變，并且更具體地示出電池電壓隨著電流增加(即，當(dāng)功率Pteac增加時(shí))而減小。需要指出，在極低的電流處，電池電壓較高并且可能損壞所述電池。該電池電壓-電流曲線的特征還在于它取決于壓力P。實(shí)際上，對(duì)于每個(gè)壓力值，存在一個(gè)電池電壓-電流曲線。需要指出，對(duì)于給定電流，電池電壓隨著壓力P增加。因此，壓力P的增加提供更高的功率。這樣，可以通過(guò)改變電流Ifc和壓力P來(lái)選擇操作點(diǎn)。
[0041]當(dāng)混合系統(tǒng)I消耗低功率時(shí)，理想的策略包含獲取被調(diào)節(jié)為確定值的電池電壓Ufc0此操作是必要的，因?yàn)楦鶕?jù)壓力P的電池電壓Ufc-電流Ifc曲線顯示出電池電壓Ufc可在低功率(即，在弱電流上)處最大化。因此有必要通過(guò)作用于電流Ifc和壓力P來(lái)調(diào)節(jié)電池電壓UfC。在高功率處，由于電池電壓Ufc根據(jù)電流Ifc減小，因此，電池電壓Ufc不需要調(diào)節(jié)。此控制方法源自在低功率處減小燃料電池堆2的操作壓力以避免OCV模式的理念。但是，必須考慮到電壓變化動(dòng)態(tài)比電流變化動(dòng)態(tài)緩慢得多(對(duì)于壓力P，變化以秒計(jì)；對(duì)于電流，變化以毫秒計(jì))。還必須考慮到，只有在電流被消耗時(shí)，才能出現(xiàn)燃料電池堆2的壓力P減小，并且電流值直接影響壓力減小速度。
[0042]為了操作混合系統(tǒng)1，本發(fā)明提出實(shí)現(xiàn)形成本發(fā)明主題的策略，以便在嘗試獲取最長(zhǎng)可能壽命的同時(shí)，以安全的方式操作混合系統(tǒng)。
[0043]為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，圖3所示的本發(fā)明的策略提出通過(guò)執(zhí)行一系列測(cè)試來(lái)滿足一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)。
[0044]第一標(biāo)準(zhǔn)指定電池電壓Ubat必須低于第一預(yù)定臨界值。該第一預(yù)定臨界值是根據(jù)電池6的類型選定的值。該值是一個(gè)臨界值，超過(guò)該臨界值，電池6便會(huì)面臨過(guò)載的風(fēng)險(xiǎn)。電池6過(guò)載會(huì)損壞電池，但更重要的是會(huì)導(dǎo)致爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。這種風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法設(shè)想，因?yàn)樗秒姵?的類型包含有毒或腐蝕性產(chǎn)物，更重要的是安裝在車輛上的電池6易于導(dǎo)致進(jìn)一步的損壞。這就說(shuō)明為什么該第一標(biāo)準(zhǔn)(安全性標(biāo)準(zhǔn))最重要，并且是必須首先滿足的標(biāo)準(zhǔn)。
[0045]第二標(biāo)準(zhǔn)指定燃料電池堆2優(yōu)先涵蓋負(fù)載所需的功率PTRAC。這表示電池必須盡可能少用，并且只能補(bǔ)償負(fù)載所需的功率PTRAC與電池提供給燃料電池堆2的最大功率之間的功率差。該標(biāo)準(zhǔn)允許賦予電池6以最佳大小，以便它僅提供最小的必要功率。這意味著電池6至少能夠提供燃料電池堆2所提供的最大功率與負(fù)載所需的最大功率之間的功率差。
[0046]第三標(biāo)準(zhǔn)指定調(diào)節(jié)燃料電池堆輸出電壓Ufc，以使其不超過(guò)第三預(yù)定臨界值。實(shí)際上，燃料電池堆2中每個(gè)電池的電壓一定不能超過(guò)特定值，否則電池會(huì)被損壞。電池?fù)p壞會(huì)導(dǎo)致燃料電池堆的壽命縮短和其性能劣化。該電壓Ufc可以是每個(gè)電池的電壓或燃料電池堆的總輸出電壓。
[0047]第四標(biāo)準(zhǔn)涉及使電池的電量水平SOC保持在理想的恒定水平上。
[0048]為了滿足這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)本發(fā)明的策略經(jīng)由調(diào)節(jié)電路提供五種測(cè)試以執(zhí)行這些測(cè)試來(lái)滿足已定義的標(biāo)準(zhǔn)。這五種測(cè)試包含先執(zhí)行并行測(cè)量，然后執(zhí)行連續(xù)比較。這表示，在給定時(shí)刻做出各種測(cè)試所需的所有測(cè)量。然后執(zhí)行這些測(cè)試。這些測(cè)試如此定義:如果滿足測(cè)試條件，則執(zhí)行操作以校正并重復(fù)該測(cè)試或整個(gè)過(guò)程，如果不滿足測(cè)試條件，則執(zhí)行下一測(cè)試。由于這些測(cè)試根據(jù)重要性執(zhí)行，因此可確保始終滿足最重要的標(biāo)準(zhǔn)。
[0049]第一測(cè)試包含測(cè)試電池電壓Ubat以查看該電池電壓是否超過(guò)第一預(yù)定臨界值Ubat_maXo該預(yù)定臨界值Ubat_max根據(jù)電池選擇。對(duì)于本實(shí)例,該限制設(shè)定為288V,因?yàn)樗玫碾姵鼐哂凶畲箅妷?50V，并且第一預(yù)定臨界值Ubatjnax被選擇為允許有回旋余地。如果超過(guò)第一預(yù)定臨界值，則意味著電池從負(fù)載接收太多電流。因此很明顯，由燃料電池堆提供的功率太大。如果電壓條件得到確認(rèn)，則調(diào)節(jié)電路隨后將信號(hào)發(fā)送到DC/DC轉(zhuǎn)換器4并且該轉(zhuǎn)換器減小燃料電池堆的輸出電流值Ifc。這種電流Ifc的減小導(dǎo)致燃料電池堆2的功率減小。接著，執(zhí)行新測(cè)量并重復(fù)第一測(cè)試。實(shí)際上，由于這是表示最重要標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，因此要驗(yàn)證的該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于使其它標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足是最重要的。如果該電壓條件未得到確認(rèn)，即，電池電壓未超過(guò)第一預(yù)定臨界值Ubat_max，則執(zhí)行第二測(cè)試。
[0050]第二測(cè)試包含檢查燃料電池堆的輸出電流Ifc是否降到第二預(yù)定臨界值1_depressure以下以便接著調(diào)節(jié)燃料電池堆的輸出電壓Ufc。實(shí)際上,在最大電壓P處,存在燃料電池堆的電流值Ifc,該值被稱為第二預(yù)定臨界值I_depressure,當(dāng)?shù)陀谠撆R界值時(shí)，燃料電池堆的輸出電壓Ufc變得高于閾值(此處為0.85V)，這樣會(huì)損壞燃料電池堆的電池并縮短它們的壽命。
[0051] 因此,在燃料電池堆2的輸出電流Ifc降到該第二預(yù)定臨界值I_depressure以下的情況下，燃料電池堆2的壓力P減小，從而減小燃料電池堆的輸出電壓Ufc。該測(cè)試還可通過(guò)將燃料電池堆的輸出電壓Ufc與第二預(yù)定臨界閾值的等效電壓相比較來(lái)執(zhí)行。該等效電壓是對(duì)于最大壓力Pmax和對(duì)于電流Ifc等于第二預(yù)定臨界閾值時(shí)的燃料電池堆2的電壓Ufc。如果第二測(cè)試為負(fù)，即，燃料電池堆2的輸出電流Ifc高于第二臨界閾值，則執(zhí)行第三測(cè)試。否則，重復(fù)前面的測(cè)試，直到滿足測(cè)試條件。第三測(cè)試包含檢查燃料電池堆的輸出電壓Ufc是否超過(guò)第三預(yù)定臨界值Ufc_max，然后將該電池電壓與第四預(yù)定臨界值相比較。實(shí)際上，如果燃料電池堆的輸出電壓Ufc超過(guò)第三預(yù)定臨界值Ufc_max，則存在兩種降低所述電壓的方式:或者必須減小燃料電池堆輸出電流Ifc，或者必須減小燃料電池堆2的壓力P。如果電池電壓Ubat低于第一預(yù)定臨界閾值，則電池電壓Ubat因此不超過(guò)第一測(cè)試的第一預(yù)定臨界值Ubat_max。燃料電池堆2的輸出電流Ifc因此不需要減小。然后應(yīng)該降低壓力P以減小燃料電池堆的輸出電壓Ufc。這樣接著在不減少電池6的電量的情況下，保護(hù)燃料電池堆2的電池不會(huì)發(fā)生過(guò)壓，因?yàn)槿剂想姵囟训妮敵鲭妷篒fc不變。
[0052]因此，該第三測(cè)試包含將燃料電池堆2的電池輸出電壓Ufc與第三預(yù)定臨界閾值相比較。如果燃料電池堆的電池輸出電壓高于第三預(yù)定臨界閾值，則壓力減小并且將電池電壓與第四臨界閾值相比較。如果電池電壓低于第四臨界閾值，則電流保持恒定，然后重復(fù)前面的測(cè)試。如果電池電壓高于第四臨界閾值，則不理會(huì)電流，然后重復(fù)前面的測(cè)試。
[0053]第四測(cè)試包含檢查電池電量狀態(tài)SOC并相應(yīng)地修改燃料電池堆的輸出電流Ifc的值。實(shí)際上，電池電量狀態(tài)SOC取決于電池輸出電流Ifc，這樣，如果電流Ifc增加，則電池電量狀態(tài)SOC便增加。電量狀態(tài)SOC不要太高非常重要，這樣電池便可使強(qiáng)電流返回。因此，電量狀態(tài)SOC與第四預(yù)定臨界值S0C_Cons比較，該臨界值表示所需的電量狀態(tài)S0C。如果電量狀態(tài)SOC不同于該第四預(yù)定臨界值S0C_conS，則調(diào)節(jié)電路判定電量狀態(tài)SOC低于還是高于所述第一預(yù)定臨界值S0C_conS。如果電量狀態(tài)SOC低于所述第四預(yù)定臨界值S0C_cons,則調(diào)節(jié)電路命令增加燃料電池堆的輸出電流。相反，如果電量狀態(tài)SOC高于所述第四預(yù)定臨界值S0C_conS，則調(diào)節(jié)電路命令減小燃料電池堆2的輸出電流Ifc。該測(cè)試的結(jié)果不重要，即，電量狀態(tài)是否等于所述第四預(yù)定臨界值S0C_conS不重要，這些測(cè)試將全部重復(fù)執(zhí)行。電量狀態(tài)SOC將被設(shè)置在0.6與0.8之間，即，電池6在60%與80%充電之間，并且電量狀態(tài)從不超過(guò)0.9，即90%。
[0054]在變形中，執(zhí)行第五測(cè)試。該第五測(cè)試包含監(jiān)測(cè)燃料電池堆的輸出電流，以便電流從不降到第二預(yù)定閾值IfcjIiin以下。實(shí)際上，根據(jù)壓力P和燃料電池堆電壓Ufc的電流特征顯示出:為了減小燃料電池堆2的輸出電壓UfC，必須在減小電流Ifc之前減小壓力P。壓力P在電流Ifc減小之前首先減小，這是因?yàn)樵诤愣ǖ碾娏鱅fc處，壓力P減小會(huì)減小燃料電池堆的輸出電壓Ufc，電流 Ifc減小導(dǎo)致燃料電池堆2的輸出電壓Ufc的值升高。最小電流Ifc是這樣的電流:在該電流處，壓力P處于最小值，獲取等于第三預(yù)定臨界值的燃料電池堆的輸出電壓Ufc。在該第二閾值IfcjIiin以下，電壓Ufc因此呈指數(shù)增加，從而導(dǎo)致?lián)p壞燃料電池堆的風(fēng)險(xiǎn)。
[0055]如果未觀察到該電流條件，即，燃料電池堆電流Ifc高于第二閾值Ifc_min,則這意味著滿足所有已定義的標(biāo)準(zhǔn)，并且系統(tǒng)以最佳的方式操作。因此，燃料電池堆2可以全速操作，并且為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，增加壓力直到獲取最大壓力。這意味著燃料電池堆2可潛在地達(dá)到最大功率。
[0056]接下來(lái)，過(guò)程重新開(kāi)始，即，執(zhí)行新測(cè)量并且再次執(zhí)行測(cè)試。
[0057]很明顯，在不偏離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施例做出對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的各種修改和/或改進(jìn)和/或組合。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，用于控制混合連續(xù)電流電源(I)的操作，所述電源包括燃料電池堆(2)、電池(6)以及包括輸入單元和輸出單元的DC/DC轉(zhuǎn)換器(4)，該轉(zhuǎn)換器(4)的輸入連接到燃料電池堆的輸出，并且輸出連接到與電池并聯(lián)的可變負(fù)載(8)，燃料電池堆由多個(gè)適合于從燃料和氧化氣體發(fā)電的電化學(xué)電池形成，所述方法的特征在于包括以下步驟: a)將燃料流和氧化氣體流提供給電化學(xué)電池中的每一個(gè)； b)定義代表功率需求的設(shè)定點(diǎn)； c)監(jiān)測(cè)燃料電池堆中的燃料壓力和氧化氣體壓力； d)監(jiān)測(cè)燃料電池堆的輸出電壓，燃料電池堆的輸出電流和電池電壓； e)經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器改變?nèi)剂想姵囟训妮敵鲭娏?Ifc)和燃料電池堆的壓力⑵，從而改變?nèi)剂想姵囟训妮敵龉β剩? f)通過(guò)應(yīng)用以下測(cè)試控制所述混合連續(xù)電流電源的操作: -1)測(cè)量電池電壓(Ubat)并將所述電壓與第一預(yù)定臨界值(Ubatjnax)相比較，如果電池電壓超過(guò)所述第一預(yù)定臨界值，則減小燃料電池堆的輸出電流(Ifc)并重新開(kāi)始步驟f)，否則移至第二測(cè)試； -2)測(cè)量燃料電池堆的輸出電流(Ifc)并將所述電流與第二預(yù)定臨界值(1_depressure)相比較,如果輸出電流降到所述第二預(yù)定臨界值(I_depressure)以下,貝丨J減小壓力(P)并重新開(kāi)始 步驟f)，否則移至第三測(cè)試； -3)測(cè)量燃料電池堆的輸出電壓(Ufc)并將所述電壓與第三預(yù)定臨界值(Ufc_max)相比較， -如果燃料電池堆的輸出電壓(Ufc)低于所述第三預(yù)定臨界值(Ufc_max)，則移至第四測(cè)試， -如果燃料電池堆的輸出電壓超過(guò)所述第三預(yù)定臨界值(Ufcjnax)，則減小壓力(P)，測(cè)量電池電壓(Ubat)并將所述電壓與第一預(yù)定臨界閾值(Ubat_top)相比較，如果電池值降到所述第一預(yù)定臨界閾值(Ubat_top)以下，則使燃料電池堆的輸出電流(Ifc)保持恒定并重新開(kāi)始所述步驟f)，否則移至第四測(cè)試；并且 -4)測(cè)量電池電量狀態(tài)(SOC)并將所述電量狀態(tài)與第四預(yù)定臨界值(S0C_conS)相比較，如果電池電量狀態(tài)不同于所述第四預(yù)定臨界值(S0C_conS)，則修改燃料電池堆的輸出電流(Ifc)并重新開(kāi)始所述步驟f)，否則移至第一測(cè)試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于步驟f)包括在第四測(cè)試成功的情況下執(zhí)行的第五測(cè)試，該第五測(cè)試包括測(cè)量燃料電池堆的輸出電流(Ifc)并將所述電流與第二預(yù)定臨界閾值(IfC_min)相比較，如果所述燃料電池堆的輸出電流低于所述第二預(yù)定臨界閾值(Ifc_min)，則將燃料電池堆的輸出電流(Ifc)增加到所述第二預(yù)定臨界閾值(Ifc_min)并重新開(kāi)始所述步驟f)，否則增加所述壓力(P)直到達(dá)到最大壓力值(Pmax)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制方法，其特征在于:在測(cè)試4)中，如果電池電量狀態(tài)(SOC)低于所述第四預(yù)定臨界值(S0C_COns)，則增加燃料電池堆的輸出電流(Ifc)并重新開(kāi)始步驟f)，否則減小燃料電池堆的輸出電流并重新開(kāi)始所述步驟f)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于最大壓力值(Pmax)為2.5bar。
5.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的控制方法，其特征在于混合連續(xù)電流電源進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)電路(10)，其用于恢復(fù)與混合系統(tǒng)的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)以及用于將控制信號(hào)發(fā)送到燃料電池堆 和DC/DC轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK104025372SQ201280053195
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月2日
【發(fā)明者】D·科森 申請(qǐng)人:巴萊諾斯清潔能源控股公司