[发明专利]使用湿度测量或控制燃料电池堆过量氢气流量的系统和方法

说明书

使用湿度测量或控制燃料电池堆过量氢气流量的系统和方法。本公开总体上涉及用于基于湿度测量来管理和/或控制包括燃料电池或燃料电池堆的系统中的过量氢气流量的系统和方法。

相关申请的交叉引用

该非临时申请根据35 U.S.C.§119(e)和任何其他适用法律或法规要求对2021年9月10日提交的序列号为63/242,939的美国临时专利申请的权益和优先权，该美国临时专利申请的全部公开内容特此通过引用明确并入本文。

技术领域

本公开涉及用于基于湿度测量来测量、管理和/或控制包括燃料电池或燃料电池堆的系统中过量氢气流量的系统和方法。

背景技术

交通工具和/或动力系统使用燃料电池、燃料电池堆和/或燃料电池系统来满足其电力需求。基于燃料电池、燃料电池堆或系统的操作条件，对于燃料电池系统的最小过量燃料目标可以被指定为燃料电池或燃料电池堆所需的过量燃料目标的最小水平。燃料电池或燃料电池堆可以具有高于最小过量燃料目标的过量燃料水平，但是实现该更高水平可以导致燃料电池或燃料电池堆上的高寄生负载。例如，高于最小过量燃料目标的过量燃料水平可以通过在阳极维持高燃料流率来实现，这可以导致燃料电池、堆或系统中的压力损失。

如果未实现过量燃料的最小水平，则燃料电池或燃料电池堆的性能或效率可能降低。附加地，燃料电池膜电极组装件（MEA）的可逆和/或不可逆老化速率可能增加，从而导致效率的永久降低或较短的燃料电池寿命。这可能需要以附加的成本提前更换燃料电池或燃料电池堆。

目前，不存在使得燃料管理系统能够直接测量包括燃料电池或燃料电池堆的系统中的过量燃料水平的方法或系统。本公开涉及使用传感器技术来测量燃料电池或燃料电池堆中的水含量以及使用该测量来确定包括燃料电池或燃料电池堆的系统中的过量燃料系数的系统和方法。

发明内容

包括本公开的实施例，以满足这些和其他需求。

在本文所述的本公开的一个方面，燃料电池堆系统包括第一流动流、第二流动流和控制器。第一流动流和第二流动流混合形成第三流动流，并且第三流动流流过燃料电池堆系统的燃料电池堆中的阳极入口歧管。第二流动流是再循环流动流。控制器基于第一流动流、第二流动流和第三流动流中的水含量将燃料电池堆系统的过量燃料系数与燃料电池堆系统的目标过量燃料系数进行比较。

在一些实施例中，燃料电池堆系统可以进一步包括鼓风机、喷射器或旁通阀。在一些实施例中，控制器可以确定何时操作鼓风机，或者可以基于过量燃料系数确定鼓风机速度。在一些实施例中，控制器可以基于过量燃料系数确定旁通阀的操作。在一些实施例中，燃料电池堆系统可以包括至少第一喷射器和第二喷射器，并且控制器可以取决于过量燃料系数来确定是操作第一喷射器、第二喷射器还是第一喷射器和第二喷射器二者。

在一些实施例中，燃料电池堆系统可以包括至少一个物理或虚拟传感器。在一些实施例中，物理或虚拟传感器可以在阳极入口歧管处具有湿度传感器。湿度传感器可以确定阳极入口歧管处的湿度测量。

在一些实施例中，控制器可以基于阳极入口歧管处的有效干燥度确定高湿度阈值和低湿度阈值，所述有效干燥度取决于包括温度、压力或电流密度的操作条件，或基于可以引起燃料电池堆内的缺料或溢流的条件。控制器可以基于高湿度阈值和低湿度阈值来确定目标可用参数。目标可用参数可以包括在给定压力条件下的目标露点，或燃料电池堆系统的目标夹带系数。

在一些实施例中，控制器可以将湿度测量转换为测量的可用参数。测量的可用参数可以包括在给定压力条件下测量的露点，或测量的燃料电池堆系统的夹带系数。控制器可以将测量的可用参数与目标可用参数进行比较。在一些实施例中，控制器可以基于目标可用参数和测量的可用参数之间的比较来确定燃料电池堆系统中的鼓风机的操作或速度、旁通阀的操作或者一个或多个喷射器的操作。