[发明专利]氢供应系统低压状态估算器

说明书

用于气体流的控制系统的方法、系统和设备，该控制系统控制通过交通工具的燃料电池组的气体流。该控制系统包括两个或更多个部件，所述部件包括燃料电池和一个或多个执行器。该控制系统包括连接至所述两个或更多个部件的电子控制单元。该控制系统构造成确定初始值和先前时间步长值。控制系统构造成基于初始值和先前时间步长值来确定或估算所述两个或更多个部件中的每个部件中的气体流的总压力。该控制系统构造成基于所述两个或更多个部件中的每个部件中的气体流的总压力来控制所述一个或多个执行器。

技术领域

本公开涉及用于供应和/或控制流入交通工具的燃料电池组中的气体流的系统和方法。

背景技术

诸如电动交通工具(EV)之类的交通工具具有燃料电池和在特定运行参数(例如，温度、气体或液体流速或流阻和/或压力)内运行的其他部件。当在操作参数内运行时，交通工具以峰值效率运行，并且交通工具的部件在硬件限制内运行，以便在产生电能时不会损坏部件和/或不会无效地运行。

传统上，在交通工具的燃料电池系统内，燃料电池系统具有传统控制器，该传统控制器在诸如燃料电池系统的燃料电池组的出口之类的待控制部件附近的单个点处估算气体或水蒸气的量、速率或比率或者其他参数(例如，压力)。燃料电池系统基于待控制部件附近的单个点处的估算值来控制该单个点处的气体或水蒸气的量、速率或比率或者其他参数。这些单一计算是特定于部件和参数，没有考虑燃料电池系统内其他部件的状态。这可能导致估算值具有很大的可变性和/或不准确性。例如，燃料电池系统可以估算在燃料电池的出口处的气体量，并且基于所估算的气体量来控制燃料电池。但是，这没有考虑渗透到与燃料电池互连的其他部件中的气体，因此，该估算仅提供特定于部件的粗略估算。此外，由于估算特定于部件，因此如果没有另外的硬件传感器，则燃料电池系统将无法确定其他部件内的水或其他气体的量。

因此，需要一种系统、设备和/或方法来确定或预测在与燃料电池互连的各个部件处的各种参数，例如液态水、水蒸气、氢气和/或非氢气体。

发明内容

概括来说，本说明书中描述的主题的一个方面体现在控制系统中。该控制系统控制通过交通工具的燃料电池组的气体流。控制系统包括两个或更多个部件，所述部件包括燃料电池和一个或多个执行器。控制系统包括连接到两个或更多个部件的电子控制单元。控制系统构造成确定初始值和先前时间步长值。控制系统构造成基于初始值和先前时间步长值来确定或估算在所述两个或更多个部件中的每个部件中的气体流的总压力。控制系统构造成基于所述两个或更多个部件中的每个部件中的气体流的总压力来控制所述一个或多个执行器。

这些和其他实施例可以可选地包括以下特征中的一个或多个。该气体可以是氢气、水和非氢气体的组合物，并且初始值和先前时间步长值是流速、压力、浓度、温度和液态水量。控制系统可以包括喷射器、氢泵或放气阀。喷射器可以控制喷射到燃料电池中的氢气的量或速率。氢泵可以控制再循环到燃料电池中的氢气的量或速率。放气阀可以控制从交通工具排出的非氢气体的量或速率。

电子控制单元可以构造成基于所述两个或更多个部件中的每个部件中的气体流的总压力来确定或估算所述两个或更多个部件中的每个部件中的气体流中的每种成分的局部压力。电子控制单元可以构造成确定氢气量与所消耗的氢气量的比率，并且可以基于该比率来调节氢泵的速度。电子控制单元可以基于氢泵的速度来调节放气阀的位置以释放水或非氢气体中的至少一种。电子控制单元可以构造成调节喷射器、氢泵或放气阀中的至少一个，以保持氢气(H₂)摩尔与燃料电池组处所消耗的氢气摩尔的比率为约(1+α):1，其中在恒定压力下，0α1.5。电子控制单元可以调节喷射器的位置，以允许进入燃料电池中的氢气量大于或等于由燃料电池所消耗的氢气量，以基于燃料电池出口处的恒定压力和比率生成电能。

电子控制单元可以构造成确定所述两个或更多个部件的水平衡。电子控制单元可以构造成基于所述水平衡来控制所述一个或多个执行器。