[發明專利]操作裝置、燃料電池系統、機動車和用于操作燃料電池系統的方法

在審

• 申請號: 201980070872.6
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN112930612A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: M·D·科格勒;A·D·申克;S·波法爾
• 申請（專利權）人: AVL李斯特有限公司
• 主分類號: H01M8/04537
• 分類號: H01M8/04537;H01M8/04701;H01M8/04746;H01M8/04828;H01M8/04858
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華;何月華

本發明涉及一種用于操作燃料電池(2)的操作裝置(1)，其具有用于監測燃料電池(2)的電池電壓的電壓監測模塊(3)和用于控制燃料電池(2)工作的控制模塊(4)。操作裝置(1)具有用于存儲信號反應矩陣的存儲器模塊(5)和用于將燃料電池(2)的工作模式和所監測的電池電壓與信號反應矩陣相比較的比較模塊(6)，用以從信號反應矩陣中確定用于改善燃料電池(2)工作狀態的至少一個專門對策。控制模塊(4)具有反應機構，用于基于至少一個所確定的專門對策來達成對燃料電池(2)工作的控制干預。本發明還涉及一種用于提供電能的燃料電池系統(10)、一種機動車(11)以及一種用于操作本發明燃料電池系統(10)的方法。

技術領域

本發明涉及一種用于操作燃料電池的操作裝置，其具有用于監測燃料電池的電池電壓的電壓監測模塊和用于監控燃料電池工作的監控模塊。本發明還涉及一種具有本發明的操作裝置的用于提供電能的燃料電池系統、一種具有本發明的燃料電池系統的機動車以及一種用于操作本發明燃料電池系統的方法。

背景技術

燃料電池系統的許多不同實施方式在現有技術中是已知的。燃料電池系統通常具有用于測量燃料電池工作參數如電壓、電流、溫度、濕度或壓力的傳感器。如果工作參數超出預設工作參數范圍以致危及燃料電池運行可靠性，則大多必須關閉燃料電池或至少將其調低。

燃料電池的重要工作參數是燃料電池堆的單電池電壓的特性。為了在一段時間內都監測電池電壓，燃料電池系統通常具有監測模塊。如果電池電壓在燃料電池的工作模式中、即例如在啟動、連續運行或關停時偏離預設電壓范圍，例如低于或高于電壓極限值和/或就平均值而言表現得過高或過低，則存在對燃料電池不利的工作狀態，該工作狀態例如可能不利地影響到燃料電池的使用壽命、運行可靠性等。

JP 2017 152 134 A涉及一種具有由多個燃料電池構成的燃料電池堆的燃料電池系統、一種用于確定在燃料電池系統啟動時燃料電池堆中的殘余氫氣的殘留物測定裝置、一種用于確定單獨燃料電池的電壓的電池電壓監測(CVM)單元、一種用于燃料電池堆通斷電的主開關、一種用于確定電壓是否在指定極限值內的確定單元以及一種用于根據所確定的電壓來控制燃料電池堆的氫氣供應的主開關控制單元。因此，借助CVM單元以及在考慮燃料電池系統工作狀態的情況下根據燃料電池系統的電壓監測來確定燃料電池系統的工作點。

US 2018 026 286 A1公開了一種燃料電池系統，其具有燃料供應裝置、帶有空氣量測量裝置的空氣供應裝置、用于測量燃料電池電壓的電壓測量裝置和控制裝置。該控制裝置被設計用于在啟動燃料電池時在第一時間間隔期間控制燃料供應裝置向燃料電池供應。此外，該控制裝置設計用于在經過第一時間間隔之后控制空氣供應裝置在第二時間間隔內給燃料電池供以空氣。此外，該控制裝置被設計用于確定在第二時間間隔內所供應的空氣量并將其與空氣極限量進行比較，以及當達到或超出空氣極限量時用于將燃料電池輸出電壓與預設輸出電壓進行比較。最后，該控制裝置被設計成：當低于預設輸出電壓時，確定燃料電池異常。

EP 3 038 199 A1公開了一種燃料電池系統，其具有燃料電池、用于測量燃料電池溫度的溫度傳感器和用于促使燃料電池通過降低燃料電池溫度來增大燃料電池內部相對濕度的控制裝置。另外，燃料電池系統具有用于測量燃料電池阻抗的阻抗測量裝置，其中，該控制裝置被設計成：當測量阻抗達到或低于阻抗閾值時，根據測量阻抗進行水平衡的改變。

已知的燃料電池系統和用于操作燃料電池的方法的缺點在于，基本上僅進行燃料電池的“操作狀態”(SOO)的確定。在超過或低于工作參數極限值的情況下大多須關停燃料電池。這尤其不利地影響到燃料電池可靠性，因為其在燃料電池關停狀態下無法用于提供電能。

發明內容

因此，本發明的任務是至少部分考慮上述問題。本發明的任務尤其是提供一種用于操作燃料電池的操作裝置、一種燃料電池系統、一種機動車以及一種用于操作燃料電池系統的方法，其能夠以簡單手段且以廉價方式改善燃料電池操作并且可以至少部分防止燃料電池的強制關停。