[发明专利]使用升压变换器的恢复模式的堆电压控制方法和系统

说明书

一种燃料电池恢复系统，其包括具有在燃料电池堆终端之间的燃料电池堆电压的燃料电池堆，燃料电池堆电压在正常燃料电池操作期间处于第一电压下。该系统还包括在第一DC操作电压下操作的高电压电气系统，该第一DC操作电压通常高于燃料电池堆的第一电压。与燃料电池堆和高电压电气系统电气连接的升压变换器在正常控制模式下操作以便在正常燃料电池操作期间通过对平均堆输出电流(升压输入电流)的调节和控制将电功率从燃料电池堆传递至高电压电气系统。升压变换器还可以在电压控制模式下操作以便将燃料电池堆电压降低至低于第一电压的第二电压。FCS控制器控制升压变换器的操作。

技术领域

在至少一个方面中，本发明涉及待用在电压恢复模式中的燃料电池堆的电压控制。

背景技术

燃料电池堆在许多应用中都用作电功率源。尤其，提出了将燃料电池堆用在汽车中以取代内燃机。在典型应用中，将燃料电池堆设置为多个单燃料电池的阵列以便提供高电功率电平。由于使用了燃料电池堆，所以观察到堆输出电压的不良下降。已经发现，可以通过在潮湿条件下在低电压下(即，处于或者低于30V)操作燃料电池堆来撤销该电压降。

已经设想出用于在低电压条件下操作燃料电池堆的几种策略。在一种现有技术方法中，低电压是通过如下方式来实现的：使燃料电池阴极在低化学计量下运行，其中，准确地控制阴极阀位置以防止电压暴跌。另一种现有技术方法使用电压抑制算法来降低电压并且使用电压限制算法来防止电压暴跌。然而，已经证明，这两种策略都无法实现每个电池的低于300mV的绝妙电池电压恢复目标，这是由于硬件限制、电池与电池间的差异、CAN信号传输延迟等。

因此，存在对燃料电池恢复系统的需要，该燃料电池恢复系统可以使燃料电池堆维持在对于执行有效电压恢复有用的电压下。

发明内容

本发明通过在至少一个实施例中提供一种燃料电池恢复系统来解决现有技术的一个或多个问题，该燃料电池恢复系统可以使燃料电池堆过渡至低电压以便可以实施堆电压恢复操作。该燃料电池恢复系统包括具有在燃料电池堆终端之间的燃料电池堆电压的燃料电池堆，燃料电池堆电压在正常燃料电池操作期间处于第一电压下。该系统还包括在第一DC操作电压下操作的高电压电气系统，该第一DC操作电压高于燃料电池堆的第一电压。与燃料电池堆和高电压电气系统电气连接的升压变换器在正常控制模式下操作以便在正常燃料电池操作期间通过对平均堆输出电流(升压输入电流)的调节和控制将电功率从燃料电池堆传递至高电压电气系统。升压变换器还可以在电压控制模式下操作以便将燃料电池堆电压降低至低于第一电压的第二电压。燃料电池系统(FCS)控制器可操作用于向升压变换器发送控制信号以便选择正常操作模式和电压控制模式。典型地，在电压控制模式(也称为堆电压恢复操作模式)期间，升压变换器的微处理器发生变化以控制工作周期以便调节堆输出电压(升压输入电压)。

在另一实施例中，提供了一种燃料电池恢复系统。该燃料电池恢复系统包括具有在燃料检查堆终端之间的燃料电池堆电压的燃料电池堆，燃料电池堆电压在正常燃料电池操作期间处于第一电压下。该系统还包括在第一DC操作电压下操作的高电压电气系统，该第一DC操作电压高于燃料电池堆的第一电压。与燃料电池堆和高电压电气系统电气连接的升压变换器在正常控制模式下操作以便在正常燃料电池操作期间将电功率从燃料电池堆传递至高电压电气系统。升压变换器还可以在电压控制模式下操作以便将燃料电池堆电压降低至低于第一电压的第二电压。在电压恢复模式下的操作期间，升压变换器通过反复地强制执行会聚至第二电压的电压上限设定点来使燃料电池堆电压过渡至第二电压。FCS控制器可操作用于向升压变换器发送控制信号以便选择电压控制模式。FCS控制器确定并且设定提供至升压变换器的电压上限设定点，其中，如果电压上限设定点不能由升压变换器来实现，则将该电压上限设定点设定为可由升压变换器实现的且在其能力内的值。如前所述，在电压控制模式(也称为堆电压恢复操作模式)期间，微处理器发生变化以控制工作周期以便调节堆输出电压(升压输入电压)。

附图说明

图1是用于在燃料电池堆中实施电压恢复的系统的示意图；