[發明專利]用于估算燃料電池狀態的系統和方法

有效

• 申請號: 201410190280.7
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN104143647A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: M.辛哈;M.A.朗;D.C.迪菲奧爾;S.R.法爾塔
• 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: 董均華;譚祐祥

技術領域

本公開涉及用于估算燃料電池狀態的裝置、方法和系統。例如，在某些實施例中，本公開涉及估算燃料電池車輛中燃料電池組的艙內的氣體(例如氫)的濃度。

背景技術

燃料電池系統通常通過氫或富氫氣體的使用來運行，所述氫或富氫氣體經過流動路徑供應到燃料電池的陽極側的而氧被供應到燃料電池的陰極側。在某些這類稱為質子交換膜燃料電池的系統中，膜形式的電解質被夾在陽極與陰極之間以便產生通常稱為膜電極組件的分層結構。每個這種組件都可形成單個燃料電池，并且多個這些電池可以隨后組合來形成燃料電池組。

電池組電壓通常由于快速氫氧化反應動力和低氫質量傳遞而對氫濃度不靈敏。結果，除氫不足事件之外，電池組電壓通常對氫的濃度表現出不敏感。此外，AC阻抗響應也通常對氫濃度表現出幾乎不敏感或者完全不敏感。因此，已經認為，使用電池組電壓來推測燃料電池組的陽極艙中氫濃度是不可行的。

由于這種感知的不可行性，陽極艙內的氫濃度或者無法得到，或者使用氮傳感器間接確定氫濃度。然而，因為氮傳感器相對昂貴，所以可能期望省去對于這類傳感器的需求并通過其他方式來估算氮和/或氫濃度。本發明人因此已經確定的是，將期望提供用于估算燃料電池狀態(例如，估算燃料電池組的陽極艙中的氫濃度)的裝置、方法和系統，以便克服一個或多個這種限制和/或對現有技術的其他限制。

發明內容

本發明公開了用于估算燃料電池狀態的裝置、方法和系統。例如，某些實施例可被構造成估算燃料電池車輛中燃料電池組的艙內氣體(例如氫)的濃度。如下面論述的，某些實施例可以通過感測與所述燃料電池組相關聯的在排出事件期間的電壓變化來提供這種估算。

在用于估算燃料電池組的陽極艙的狀態的方法的某些實施方式中，所述方法可包括確定在與排出事件相關聯的電壓變化和所述陽極艙中氣體(例如氫氣)的濃度之間的至少近似的關聯性。這種關聯性可以通過例如在已知的氫濃度下發起一系列排出事件并記錄對于所述一系列中的排出事件中的每個事件的電壓變化來確定。確定在與排出事件相關聯的電壓變化和所述陽極艙中氣體的濃度之間的至少近似的關聯性的步驟可還包括繪出相對于已知氫濃度的電壓變化?？捎绊戇@種關系的各種其他參數(例如，溫度和功率/電流密度)也可被建立到這些模型中以便改進準確度/靈敏度。

確定在與排出事件相關聯的電壓變化和所述陽極艙中氣體的濃度之間的至少近似的關聯性的步驟可還包括對在所述繪出電壓變化之間的數據插值，以便允許與所述繪出電壓變化之間的電壓變化相關聯的陽極艙中的氫的估算濃度的計算。

在某些實施方式中，在與排出事件相關聯的電壓變化和所述陽極艙中氣體的濃度之間的關聯性被確定之后，排出事件可被發起。這種排出事件可包括例如打開排出閥。這種排出閥可被構造成從所述陽極艙輸送氣體到所述燃料電池組的陰極艙。

在某些實施方式中，與排出事件相關聯的電壓變化可被感測。在某些實施方式中，所述電壓變化可包括所述燃料電池組中多個電池的平均電池電壓。所述平均電池電壓可包括所述燃料電池組中所有電池的平均電壓。

所述關聯性可隨后被用于計算所述陽極艙中氣體的濃度的估算值。這種估算值可隨后被用于調節所述車輛和/或燃料電池系統的一個或多個功能。

在用于估算燃料電池車輛的燃料電池組的陽極艙的狀態的方法的另一個示例中，所述方法可包括確定在與特定功率狀態下的排出事件相關聯的電壓變化與所述陽極艙中氫的濃度之間的至少近似的關聯性。所述功率狀態可以例如通過電流傳感器來確定，所述電流傳感器與所述燃料電池系統耦接。

這種實施方式可包括發起排出事件以及感測與所述排出事件相關聯的功率狀態。同樣，所述功率狀態可以例如使用電流傳感器(例如，電流密度傳感器)來感測，或者以其他方式感測與所述燃料電池組相關聯的功率狀態。與所述排出事件相關聯的電壓變化可隨后被感測。這可以例如通過檢測在所述排出事件期間的電池組的電壓變化來實現。

所述關聯性可隨后被用于計算在所述感測的功率狀態下所述陽極艙中氫的濃度的估算值。車輛的一個或多個運行狀態可隨后響應于氫的估算濃度來調節。在某些實施方式中，調節車輛的一個或多個運行狀態的步驟可包括調節所述燃料電池組的氮累積模型。在某些實施方式中，改變所述燃料電池組的氮累積模型可包括將所述氮累積模型重置。