[发明专利]用于控制压缩机再循环阀的系统和方法

说明书

技术领域

 本申请概括地涉及控制交通工具燃料电池系统中的压缩机再循环阀，并且更具体地涉及系统和方法，器用于控制压缩机再循环阀以帮助满足燃料电池堆阴极流量设置点，尤其是在瞬态操作条件期间。

背景技术

汽车技术在寻找对使用汽油作为交通工具推进系统中的主要能量源的替代方式领域中正在快速扩张。近年来的一个所感兴趣的领域已经聚焦在利用气体反应剂作为燃料。气体，例如氢气，因其在自然中大量存在而提供了对汽油的有前景的替代方式。在一些交通工具的系统中，推进可由使用氢气气体作为燃料电池内的化学反应的一部分来实现，该化学反应生成电能，该电能可被用于为电动马达供能。所产生的电能此后可被用于通过马达推进交通工具，单独地或者与基于石油的燃烧发动机联合地。这种燃料系统还通常产生比基于石油的系统更少的污染。

在典型的燃料电池中，氢气或者另一反应剂气体被供应到燃料电池的阳极，其中氢气被分解成电子和带正电的离子。电解质层将阳极和阴极分开，这允许离子穿过到达阴极，同时阻止电子穿过到达阴极。相反，电子被引导绕过电解质层通过负载并回到阴极，这允许电能被利用。在阴极，离子、电子和所供应的氧气或空气通常被组合以产生水和热。单独的燃料电池可被串联或并联布置为燃料电池堆从而产生更高的电压或电流产出。而且，通过组合多于一个的堆可实现更高的产出。

在利用燃料电池技术的交通工具中，这些反应剂气体可在加压气体系统内被输运和使用。例如，所存储的氢气可被提供到燃料电池阳极并被化学反应以生成电流。类似地，空气可由空气进气装置接收并被提供到燃料电池的阴极。这种交通工具燃料电池系统要求使用压缩机来执行这种加压功能，并且可额外地包括辅助装备例如阀、控制器等来调节在压缩机和燃料电池之间的反应剂气体流。

这种压缩机的固有属性（至少在它们与阴极侧操作相关时）是阴极的压力控制和流量控制是耦合在一起的。这种耦合往往使系统的操作不稳定，尤其是在瞬态系统操作周期期间。这些担心在瞬态操作条件期间尤其严重，在这种情况下流量设置点和压力设置点可表现出接近瞬间的改变。甚至更突出地，确保正确的再循环流量的困难在向下瞬变操作期间尤其严峻，因为正被要求放慢的压缩机的惯性效应阻止压缩机速度下降得和所需要的一样快；这进而具有使再循环流量不匹配的趋势。因为在燃料电池堆内的水产生随电流变化，所以向下瞬变事件（在这种情况下堆电流被突然减少）引起水产生的同时快速下降。如果堆阴极空气流没有与这种电流减少一起被减少，那么堆将快速地变干，导致对其造成损害。同样地，这种不匹配也可能是由于没有足够的流量被传递到阴极。在这种情况下，再循环阀的存在可导致过多的再循环可能发生，这导致堆被淹。如此，仅具有再循环阀本身不会确保快速的、精确的控制以避免堆溢流变干和堆欠流被淹。

发明内容

本文公开的发明致力于稳定该系统以最小化上面提及的变干和被淹条件。在一个实施例中，公开了用于控制交通工具燃料电池系统的压缩机再循环阀的方法，其中再循环阀流体地连接压缩机的出口到压缩机的进口。该方法包括接收作为输入的被从压缩机输出供应到燃料电池阴极的气体流量的堆阴极流量设置点。该方法还包括使用来自压缩机和堆阴极流量设置点的操作数据计算再循环阀流量设置点值（也称为预测的或期望的值）。该方法还包括生成再循环阀控制命令，该命令使再循环阀改变位置。通过这种方法，压缩机流量设置点可被用于通过例如在压缩机流量设置点和堆阴极流量设置点之间取差来计算再循环阀流量设置点。这提供了预测再循环阀流量值。