[發明專利]用于車輛燃料電池動力系統的陰極分流控制和壓力控制

有效

• 申請號: 201310509712.1
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103779590A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: Y.張;J.馬斯羅
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;B60L11/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉楨;胡斌

1.一種車輛燃料電池系統，包括：

燃料電池堆，其限定在其中的至少一個陽極流動路徑和至少一個陰極流動路徑；

背壓閥，其流體連接到所述至少一個陰極流動路徑的出口；

旁路閥，其被構造成提供繞過所述至少一個陰極流動路徑的選擇性流體旁路；以及

控制器，其包括非易失性存儲器和至少一個處理器，使得存儲在所述存儲器中的指令由所述至少一個處理器執行以通過利用下列手段控制所述背壓閥和所述旁路閥的位置從而同時滿足背壓設定點和流量設定點：

基于前饋的控制策略，其用于通過調節所述背壓閥的位置來控制所述燃料電池堆中的氣體壓力，其中所述基于前饋的控制策略利用堆壓力設定點、堆壓力反饋值和對應于所述背壓閥的位置的前饋背壓閥值；

所述背壓閥的至少一個壓降模型和閥門位置模型來確定所述前饋背壓閥值；以及

所述堆壓力反饋值、所述旁路閥的至少一個壓降模型和所述旁路閥的閥門位置模型來調節所述旁路閥的位置。

2.根據權利要求1所述的系統，還包括壓縮機，所述壓縮機的出口流體連接到所述燃料電池堆的所述入口使得所述指令進一步引起對所述壓縮機的控制。

3.根據權利要求2所述的系統，其中所述壓縮機通過利用來自通過所述壓縮機的氣體流量的反饋而被控制以接近壓縮機流量設定點。

4.根據權利要求3所述的系統，其中所述壓縮機流量設定點與所述背壓閥的所述至少一個壓降模型一起使用以確定所述前饋背壓閥值。

5.根據權利要求4所述的系統，其中來自通過所述壓縮機的氣體流量的所述反饋與所述旁路閥的所述壓降模型一起使用以調節所述旁路閥的位置。

6.根據權利要求1所述的系統，其中所述基于前饋的控制策略還包括基于比例積分控制策略的反饋分量。

7.根據權利要求1所述的系統，其中所述背壓閥的所述至少一個壓降模型用來預測在所述背壓閥的所述入口和所述出口處的壓力。

8.根據權利要求1所述的系統，其中所述旁路閥的所述至少一個壓降模型用來預測在所述旁路閥的所述入口和所述出口處的壓力。

9.一種構造成同時滿足燃料電池系統中的陰極流動路徑的流量設定點和壓力設定點的控制器，所述陰極流動路徑包括陰極流動路徑背壓閥和陰極流動路徑旁路閥兩者，使得所述背壓閥被所述控制器命令以滿足所述壓力設定點，而所述旁路閥被命令以服從所述背壓閥，從而滿足所述流量設定點，所述控制器包括：

至少一個處理器；以及

非易失性存儲器，其與所述至少一個處理器配合以存儲指令，所述指令在由所述至少一個處理器執行時引起所述至少一個處理器進行下列步驟：

利用基于前饋的控制策略通過調節連接到所述燃料電池堆的出口的所述背壓閥的位置來控制所述燃料電池系統的燃料電池堆中的氣體壓力，其中所述基于前饋的控制策略利用堆壓力設定點、堆壓力反饋值和對應于所述背壓閥的所述位置的前饋背壓閥值；

利用所述背壓閥的至少一個壓降模型和閥門位置模型來確定所述前饋背壓閥值；并且

利用所述堆壓力反饋值、所述旁路閥的至少一個壓降模型和所述旁路閥的閥門位置模型來調節所述旁路閥的位置。

10.一種通過同時滿足車輛燃料電池系統的陰極流動路徑的流量設定點和壓力設定點而控制所述陰極流動路徑的方法，所述陰極流動路徑包括陰極流動路徑背壓閥和陰極流動路徑旁路閥兩者，使得所述背壓閥被命令以滿足所述壓力設定點，而所述旁路閥被命令以服從所述背壓閥，從而滿足所述流量設定點，所述方法包括：

由至少一個處理器利用基于前饋的控制策略通過調節連接到所述燃料電池堆的出口的所述背壓閥的位置來控制燃料電池堆中的氣體壓力，其中所述基于前饋的控制策略利用堆壓力設定點、堆壓力反饋值和對應于所述背壓閥的位置的前饋背壓閥值；

使用所述背壓閥的至少一個壓降模型和閥門位置模型來確定所述前饋背壓閥值；以及

生成旁路閥控制命令，所述旁路閥控制命令調節所述旁路閥的位置以控制在所述堆和所述旁路閥中的流動路徑之間的分流，其中所述旁路閥控制命令使用所述堆壓力反饋值、所述旁路閥的所述至少一個壓降模型和閥門位置模型而生成。