[发明专利]通过偏移估计进行的燃料电池功率控制

说明书

技术领域

本发明整体上涉及一种用于管理燃料电池车辆中的功率流的系统和方法，其包括提供实际燃料电池组功率与燃料电池组功率限值之间的功率匹配，并且更具体而言，本发明涉及通过估计未知的偏移功率来管理从燃料电池组到受控电驱动系统（其在本文中有时被称为功率逆变器模块（TPIM））的功率流的系统和方法，所述偏移功率为任何其它负载例如附属负载、分布式效率损失和一些未管理的电负载（例如加热器、风扇等）的功率之和，并且该系统和方法采用单个控制器用于功率请求信号路径和功率限值信号路径两者。

背景技术

在技术领域中存在电动车，例如蓄电池电动车(BEV)、增程式电动车(EREV)和组合了蓄电池与主动力源（例如内燃机、燃料电池系统等）的混合动力电动车。大部分燃料电池车辆为混合动力车，其除了采用燃料电池组之外，还采用可再充电的补充高压电源，例如DC蓄电池或超级电容器。电源提供补充功率用于各种车辆辅助负载，例如用于系统起动和当燃料电池组不能提供期望功率时的高功率需求期间。更具体而言，燃料电池组通过DC电压总线向牵引马达和其它车辆系统提供功率用于车辆操作。在需要超过电池组能够提供的额外功率的时间期间，例如在急剧加速期间，蓄电池向电压总线提供补充功率。燃料电池组在燃料电池组能够满足系统功率需求时的时间，用来对蓄电池再充电。从牵引马达可获得的发电机功率能够提供再生制动，再生制动也可以用来通过DC总线对蓄电池再充电。

用于车辆的典型的燃料电池组可以具有两百个或更多的堆叠的燃料电池。燃料电池组接收阴极侧输入气体，包括氧气，通常为由压缩机强迫通过电池组的空气流。并非所有氧气都由电池组消耗，而是一些空气作为阴极排气输出，其可以包括水作为电池组副产物。燃料电池组还接收流入到电池组的阳极侧的阳极氢气输入气体。燃料电池组包括在电池组中定位在若干膜电极组件（MEA）之间的一系列双极板，其中双极板和MEA定位在两个端板之间。双极板包括阳极侧和阴极侧用于电池组中的相邻燃料电池。在双极板的阳极侧设置有阳极气体流动场，其允许阳极反应气体流到相应的MEA。在双极板的阴极侧设置有阴极气体流动场，其允许阴极反应气体流到相应的MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，并且另一端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由导电材料制成，例如不锈钢或导电性复合材料。端板将由燃料电池生成的功率导出电池组。双极板还包括供冷却流体流经的流动通道。

用来操作车辆的推进功率通常是非常动态的。当使用燃料电池组来供应车辆推进功率时，需要由电池组提供的功率遵从来自车辆驾驶员的通过车辆加速踏板提供的动态功率请求。向电池组以某个压力和流速提供氢燃料和空气（介质），使得当燃料电池系统接收功率请求信号时，系统控制向电池组供应介质的各种设备和部件，监测电池组操作条件，并且提供识别由电池组提供的功率的功率信号。但是，对于燃料电池系统的动态响应存在限制，因为系统不能遵从相对快速的功率请求瞬态。在用于车辆马达驱动模式的这样的瞬态功率请求的情况下，将由燃料电池组提供可用功率，并且将需要由车辆负载消耗的功率遵从电池组功率的减小的瞬间动态。系统中的物理功率流由系统负载通常由车辆推进马达致动，而不是由燃料电池系统致动。但是，功率的设定点由负载（正常模式）或由燃料电池系统（限制模式）来驱动。

为了防止由于电压过载而损坏燃料电池组，由车辆负载消耗的功率必须不超过由燃料电池组控制所提供的功率上限。而且，在相当长的一段时间，由电池组消耗的功率不应低于功率上限，因为电池组负载不足会导致长期的电池组劣化。特别地，如果系统设备提供比实际功率需求所需更多的空气和氢气，则会导致电池组的不当操作条件，这会由于电池组变干而导致长期劣化。