[發明專利]燃料電池堆端口的相對濕度估計器

有效

• 申請號: 201610853308.X
• 申請日: 2016-09-26
• 公開（公告）號: CN106992310B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 本杰明·佩恩斯
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: H01M8/04492
• 分類號: H01M8/04492;H01M8/04828
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王秀君;魯恭誠

公開了燃料電池堆端口的相對濕度估計器。提供一種用于燃料電池堆(FCS)的水管理方法。方法可包括：基于FCS中的反應物的消耗量和產物的生成量而通過控制器輸出FCS陽極端口的估計的相對濕度值，并基于所述值調整加濕控制策略。所述輸出可以是響應于從FCS的氫再循環系統(HRS)的模型預測的FCS陽極端口的相對濕度值出現在預定范圍內的。還提供一種包括HRS和控制器的燃料電池車輛。HRS可包括噴射器和具有陽極端口的燃料電池堆?？刂破骺杀慌渲脼椋杭せ頗RS模型以基于噴射器的二次噴嘴的估計的流量來計算陽極端口的相對濕度的實時估計值。

技術領域

本公開涉及用于車輛的燃料電池系統的氫流的濕度狀況，在該車輛的燃料電池系統中，噴射器使氫氣混合物再循環。

背景技術

諸如燃料電池車輛(fuel cell vehicle，FCV)或燃料電池電動車輛(fuel cellelectric vehicle，FCEV)的車輛可包括諸如燃料電池堆的能量存儲裝置，以對車輛部件提供動力。燃料電池堆可以與用于協助管理車輛性能和運轉的系統集成在一起。燃料電池堆可與氫再循環系統一起使用以協助管理燃料電池堆的水狀況。高分子電解質膜燃料電池是可以與燃料電池堆一起使用的燃料電池的示例。

發明內容

一種用于燃料電池堆(fuel cell stack,FCS)的水管理方法包括：基于FCS中的反應物的消耗量和產物的生成量而通過控制器輸出FCS陽極端口的估計的相對濕度值，并基于所述估計的相對濕度值調整加濕控制策略。所述輸出是響應于從FCS的氫再循環系統(hydrogen recirculation system,HRS)模型預測的FCS陽極端口的相對濕度值出現在預定的范圍內的。預測的相對濕度值可基于測量的HRS罐壓力、測量的FCS陽極端口壓力和從所述模型預測的FCS陽極端口壓力。所述方法還可包括：基于限定所述模型的線性化的動態方程預測HRS的噴射器的二次噴嘴的流量。所述預測可包括：將多項式混沌估計應用到所述加濕控制策略以補償不確定性。所述預測可包括：對所述加濕控制策略的輸出進行濾波以補償不確定性。所述方法可包括：基于HRS的噴射器的虛擬噴嘴的面積計算噴射器流量，所述噴射器的虛擬噴嘴的面積是從噴射器的幾何形狀、一次流的馬赫數、噴射器的兩個入口處的壓力值以及一次流體和二次流體的屬性得出的。所述方法還可包括：基于所述估計的相對濕度值辨識FCS的膜的狀態，并可輸出所述狀態。所述方法還可包括：通過HRS的時變模型辨識FCS中的反應物的消耗量和產物的生成量。所述方法還可包括：通過反饋控制器調節所述模型的受控的氫壓力信號，使得所述信號的值以一定值收斂，并且收斂到與實際的壓力測量值大致相等的值。

一種用于FCS的陽極端口的濕度估計方法包括：根據從基于多項式混沌的估計器接收的數據而通過控制器輸出用于HRS的噴射器的激活順序，以控制所述端口處冷卻劑的流量。所述輸出是響應于端口處出現預定的濕度狀況的。所述方法還可包括：基于HRS的模型的線性化的動態方程估計噴射器的二次噴嘴的流量。所述方法還可包括：基于噴射器的幾何形狀、一次流的馬赫數、噴射器的兩個入口處的壓力值以及一次流體和二次流體的屬性來計算噴射器流量。所述方法還可包括：基于預測的噴射器的流量估計HRS內的燃料的化學計量比。

一種燃料電池車輛包括HRS和控制器。HRS包括噴射器和具有陽極端口的FCS?？刂破鞅慌渲脼椋杭せ頗RS模型以基于噴射器的二次噴嘴的估計的流量來計算陽極端口的相對濕度的實時估計值。相對濕度估計可基于罐壓力、陽極入口壓力、FCS入口溫度和出口溫度以及FCS電流?？刂破骺杀贿M一步配置為：將濾波技術應用到加濕控制策略的輸出，以補償相對濕度計算的不確定性?？刂破骺杀贿M一步配置為：運行HRS使得基于陽極端口處的物質的化學計量比將預定量的氮和水從HRS中清除?？刂破骺杀贿M一步配置為：應用狀態和參數估計技術，以補償相對濕度估計的不確定性?？刂破骺杀贿M一步配置為：將所述模型的動態方程線性化，以預測噴射器的二次噴嘴的流量?？刂破鬟€可被進一步配置為：基于噴射器的幾何形狀、噴射器的一次流的馬赫數、噴射器的入口處的壓力值以及一次流體和二次流體的屬性來計算噴射器的流量。

附圖說明

圖1是示出燃料電池車輛的示例的示意圖。