[发明专利]使用空气流量反馈延迟管理燃料电池功率增加的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统的运行方法。尤其是，本发明涉及使用空气质量流量(mass flow)反馈延迟管理氢燃料电池系统中的功率增加的方法。

背景技术

在大多数燃料电池系统中，压缩机提供压缩空气到燃料电池组。拥有足够的用于燃料电池反应的空气是相当重要的，并且表征为“阴极化学计量”，其中在低电流密度时典型地需要较高的值(例如5)，在高电流密度时典型地需要较低的值(例如1.8)。在这样的系统中，具有感应离开压缩机并进入燃料电池组的空气质量流量的装置是重要的，例如空气质量流量传感器。

控制系统通常采用这个流量信息并连同背压阀位置一起改变压缩机的速度，以达到所需要的空气质量流量和进入燃料电池组中的空气压力。通常使用例如燃料电池组电流、燃料电池组中电池的数目和在这个电池组电流下所需要的阴极化学计量的已知的因素，计算所需要的空气质量流量和空气压力。

在这样的燃料电池系统中，控制系统通常允许空气质量流量传感器一检测到所需的空气质量流量，外部电路就立即将电流从染料电池系统提取出来。在空气质量流量传感器进行测量的位置和燃料电池反应区(reaction site)需要空气的位置之间的体积和间距，未得到考虑。因此，在所需空气质量流量实际上出现在反应区之前，电流就流出燃料电池组。在反应区的空气的短缺可能引起在反应区的阴极化学计量急剧下降，并导致对低阴极化学计量敏感的电池中的电压显著下降。降低的电池电压可能至少引起功率管理电路限制功率输出并可能反向(例如，负电压)，引起大的恶化。空气的短缺对电流提取瞬变过程(drawup-transients)是特别有害的。现有技术的系统不考虑在空气质量流量仪表进行测量的位置和空气-氢气实际上发生反应的位置之间的间距和体积。

需要开发一种管理燃料电池功率增加的方法，该方法考虑了空气质量流量传感器和反应区之间的体积和距离，从而确保在从燃料电池组提取电流之前所需的空气质量流量已经到达反应区。

发明内容

根据本发明，已经惊喜地发现一种管理燃料电池功率增加的方法，该方法考虑了空气质量流量传感器和反应区之间的体积和距离，从而确保在从燃料电池组提取电流之前所需的空气质量流量已经到达反应区。这个方法确保贯穿向上瞬变(up-transient)过程，在反应区总是满足阴极化学计量要求。由于确保了这些，通过防止每一个对阴极化学计量敏感的电池由于没有充足的空气而降低电压，使电池组的稳定性提高。第二，但同样重要，效果是防止阴极空气不足而导致加速电压降低。

在一个实施例中，使用空气流量反馈延迟管理燃料电池功率增加的方法包括：确定在压缩机和阴极出口之间燃料电池系统的气流影响特性；确定压缩机和阴极出口之间的空气质量流速；确定压缩机和阴极出口之间的燃料电池系统的气压；根据所述气流影响特性、所述空气质量流速和所述气压，计算空气流量反馈延迟；将外部电路从电池组提取电流延迟空气流量反馈延迟的量。

附图说明

根据以下结合附图的优选实施例的详细描述，对本领域技术人员而言上述特性以及本发明的其他优点将变得容易理解，其中：

附图1是根据本发明实施例的燃料电池系统的示意图；以及

附图2以时间为x轴，比较了在图1中示出的燃料电池系统的阴极侧的实际空气质量流量与基于外电路提取的电流的阴极侧所需的空气质量流量。

具体实施方式

以下是详细描述和附图描述，并且示出了发明的多种具体实施例。该描述和附图使本领域技术人员实施并使用本发明，并不希望以任何形式限制本发明的范围。对于所公开的方法，所提供的步骤实质上是示例性的，因此步骤的顺序不是必需的或关键的。

现在参照图1，示出了具有辅助部件的燃料电池系统的基本布局；实际有多种可能的变型。示出了集成在燃料电池系统中并由多个独立的相互串联和/或并联的燃料电池组成的燃料电池组10的示意生图示。燃料电池组10的所有独立的燃料电池的阳极侧以本领域公知的方式连接在一起，所得到的电池组的阳极侧用附图标记12指示。以相似的方式，采用本领域公知的方式将电池组的所有电池的阴极侧连接在一起，所得到的电池组的阳极侧用附图标记14指示。各种燃料电池系统的运行是本领域公知的；在共有专利No 6,849,352中可以发现一个实施例。因此，在描述中将仅说明与本发明相关的燃料电池系统的工作。