[發(fā)明專利]用于控制壓縮機再循環(huán)閥的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310509879.8
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103779592B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: Y.張;J.馬斯羅
• 申請（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01M8/04992
• 分類號: H01M8/04992;H01M8/04089;H01M8/0438;H01M8/04537;H01M8/04746
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 吳超;何逵游

技術(shù)領(lǐng)域

?本申請概括地涉及控制交通工具燃料電池系統(tǒng)中的壓縮機再循環(huán)閥，并且更具體地涉及系統(tǒng)和方法，器用于控制壓縮機再循環(huán)閥以幫助滿足燃料電池堆陰極流量設(shè)置點，尤其是在瞬態(tài)操作條件期間。

背景技術(shù)

汽車技術(shù)在尋找對使用汽油作為交通工具推進系統(tǒng)中的主要能量源的替代方式領(lǐng)域中正在快速擴張。近年來的一個所感興趣的領(lǐng)域已經(jīng)聚焦在利用氣體反應(yīng)劑作為燃料。氣體，例如氫氣，因其在自然中大量存在而提供了對汽油的有前景的替代方式。在一些交通工具的系統(tǒng)中，推進可由使用氫氣氣體作為燃料電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的一部分來實現(xiàn)，該化學(xué)反應(yīng)生成電能，該電能可被用于為電動馬達(dá)供能。所產(chǎn)生的電能此后可被用于通過馬達(dá)推進交通工具，單獨地或者與基于石油的燃燒發(fā)動機聯(lián)合地。這種燃料系統(tǒng)還通常產(chǎn)生比基于石油的系統(tǒng)更少的污染。

在典型的燃料電池中，氫氣或者另一反應(yīng)劑氣體被供應(yīng)到燃料電池的陽極，其中氫氣被分解成電子和帶正電的離子。電解質(zhì)層將陽極和陰極分開，這允許離子穿過到達(dá)陰極，同時阻止電子穿過到達(dá)陰極。相反，電子被引導(dǎo)繞過電解質(zhì)層通過負(fù)載并回到陰極，這允許電能被利用。在陰極，離子、電子和所供應(yīng)的氧氣或空氣通常被組合以產(chǎn)生水和熱。單獨的燃料電池可被串聯(lián)或并聯(lián)布置為燃料電池堆從而產(chǎn)生更高的電壓或電流產(chǎn)出。而且，通過組合多于一個的堆可實現(xiàn)更高的產(chǎn)出。

在利用燃料電池技術(shù)的交通工具中，這些反應(yīng)劑氣體可在加壓氣體系統(tǒng)內(nèi)被輸運和使用。例如，所存儲的氫氣可被提供到燃料電池陽極并被化學(xué)反應(yīng)以生成電流。類似地，空氣可由空氣進氣裝置接收并被提供到燃料電池的陰極。這種交通工具燃料電池系統(tǒng)要求使用壓縮機來執(zhí)行這種加壓功能，并且可額外地包括輔助裝備例如閥、控制器等來調(diào)節(jié)在壓縮機和燃料電池之間的反應(yīng)劑氣體流。

這種壓縮機的固有屬性（至少在它們與陰極側(cè)操作相關(guān)時）是陰極的壓力控制和流量控制是耦合在一起的。這種耦合往往使系統(tǒng)的操作不穩(wěn)定，尤其是在瞬態(tài)系統(tǒng)操作周期期間。這些擔(dān)心在瞬態(tài)操作條件期間尤其嚴(yán)重，在這種情況下流量設(shè)置點和壓力設(shè)置點可表現(xiàn)出接近瞬間的改變。甚至更突出地，確保正確的再循環(huán)流量的困難在向下瞬變操作期間尤其嚴(yán)峻，因為正被要求放慢的壓縮機的慣性效應(yīng)阻止壓縮機速度下降得和所需要的一樣快；這進而具有使再循環(huán)流量不匹配的趨勢。因為在燃料電池堆內(nèi)的水產(chǎn)生隨電流變化，所以向下瞬變事件（在這種情況下堆電流被突然減少）引起水產(chǎn)生的同時快速下降。如果堆陰極空氣流沒有與這種電流減少一起被減少，那么堆將快速地變干，導(dǎo)致對其造成損害。同樣地，這種不匹配也可能是由于沒有足夠的流量被傳遞到陰極。在這種情況下，再循環(huán)閥的存在可導(dǎo)致過多的再循環(huán)可能發(fā)生，這導(dǎo)致堆被淹。如此，僅具有再循環(huán)閥本身不會確保快速的、精確的控制以避免堆溢流變干和堆欠流被淹。

發(fā)明內(nèi)容

本文公開的發(fā)明致力于穩(wěn)定該系統(tǒng)以最小化上面提及的變干和被淹條件。在一個實施例中，公開了用于控制交通工具燃料電池系統(tǒng)的壓縮機再循環(huán)閥的方法，其中再循環(huán)閥流體地連接壓縮機的出口到壓縮機的進口。該方法包括接收作為輸入的被從壓縮機輸出供應(yīng)到燃料電池陰極的氣體流量的堆陰極流量設(shè)置點。該方法還包括使用來自壓縮機和堆陰極流量設(shè)置點的操作數(shù)據(jù)計算再循環(huán)閥流量設(shè)置點值（也稱為預(yù)測的或期望的值）。該方法還包括生成再循環(huán)閥控制命令，該命令使再循環(huán)閥改變位置。通過這種方法，壓縮機流量設(shè)置點可被用于通過例如在壓縮機流量設(shè)置點和堆陰極流量設(shè)置點之間取差來計算再循環(huán)閥流量設(shè)置點。這提供了預(yù)測再循環(huán)閥流量值。