[发明专利]使用推断的质量空气流量的燃料电池系统控制

说明书

技术领域

各种实施例涉及一种用于控制燃料电池系统中的气流的系统和方法。

背景技术

已知将多个燃料电池单元结合在一起以形成燃料电池堆。这样的堆通常响应于将氢和氧电化学转变成水而提供电流。在这样的过程中产生的电流用于驱动车辆或其他这样的设备中的各种装置。供给通常将氢提供给燃料电池堆。燃料电池堆也接收氧供给，氧供给可以是以气流的形式。在燃料电池操作期间可以控制包括质量流量(flow rate)和压力的氢和氧的供给。

发明内容

根据实施例，提供一种设置有燃料电池堆和给燃料电池堆提供气流的压缩机的燃料电池系统。第一压力传感器用于在系统中的第一位置测量气流的第一气压。第二压力传感器用于在系统中的第二位置测量气流的第二气压。控制器被配置为：(i)利用压缩机的转速和压缩机上的压力比来推断气流的质量空气流量，压力比由第一气压和第二气压来确定，(ii)利用通过压缩机的质量空气流量来控制燃料电池堆的操作。

根据实施例，提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：燃料电池堆；压缩机，将气流提供给燃料电池堆；第一压力传感器，用于在系统中的第一位置测量气流的第一气压；第二压力传感器，用于在系统中的第二位置测量气流的第二气压；控制器，被配置为：(i)利用压缩机的转速和压缩机上的压力比来推断气流的质量空气流量，压力比由第一气压和第二气压来确定，(ii)利用通过压缩机的质量空气流量来控制燃料电池堆的操作。

根据实施例，所述燃料电池系统还包括位于压缩机和燃料电池堆之间并在其上提供压降的空气增湿系统；其中，由第一气压和第二气压以及由空气增湿系统上的压降确定压力比。

根据实施例，空气增湿系统上的压降是通过空气增湿系统的空气流量的函数。

根据实施例，所述燃料电池系统还包括空气入口系统，空气入口系统将环境空气提供给压缩机并在空气入口系统上提供关联的压降；其中，由第一气压和第二气压以及由空气入口系统上的压降确定压力比。

根据实施例，压缩机是电动增压器。

根据另一实施例，提供一种燃料电池系统，燃料电池系统设置有用于产生电力的燃料电池堆、将气流提供给燃料电池堆的压缩机和控制器。控制器被配置为：响应于使用压缩机的转速和压缩机上的压力比按照查找表确定通过压缩机的质量空气流量，基于质量空气流量来操作燃料电池系统。

根据实施例，控制器还被配置为从第一压力传感器接收指示进入阴极的入口压力的第一信号；其中，控制器还被配置为从第二压力传感器接收指示环境压力的第二信号；其中，第一信号和第二信号用于确定压力比。

根据实施例，控制器还被配置为接收指示位于阴极的下游的阀的阀位的信号，其中，控制器还被配置为使用压缩机的转速、压缩机上的压力比和阀的阀位按照查找表确定通过压缩机的质量空气流量。

根据另一实施例，提供了一种用于控制燃料电池系统的方法。所述方法包括：分别在控制器中接收指示压缩机的上游和下游的气压的第一信号和第二信号；在控制器中接收指示压缩机的转速的第三信号；基于使用第一信号、第二信号和第三信号确定的推断的质量空气流量，以期望的质量空气流量操作燃料电池系统。

根据实施例，所述方法还包括在控制器中接收指示控制燃料电池堆的下游的空气流量的阀的阀位的第四信号；其中，基于使用第一信号、第二信号、第三信号和第四信号确定的推断的质量空气流量，以期望的质量空气流量操作燃料电池系统。

根据实施例，第一信号指示空气压缩机的上游的环境压力，第二信号指示堆入口处的入口压力。

根据实施例，所述方法还包括基于使用第一信号、第二信号和第三信号以及压缩机与堆入口之间的系统气压降确定的推断的质量空气流量，以期望的质量空气流量操作燃料电池系统，其中，系统气压降是空气流量的函数。