專利名稱：用于調(diào)節(jié)燃料電池組功率的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)燃料電池組功率的裝置和方法。
一種用于調(diào)節(jié)燃料電池組功率的系統(tǒng)是公知的，其中最后一個(gè)燃料電池的電池電壓視需要進(jìn)行匹配。這種系統(tǒng)的缺陷在于，沒(méi)有考慮多數(shù)電池的電池電壓。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)輸入系統(tǒng)內(nèi)的空氣量來(lái)控制燃料電池的功率也是公知的。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，不是調(diào)節(jié)反應(yīng)物、例如氧氣，而是調(diào)節(jié)空氣，而空氣中可能包含不同濃度的氧氣。因此可能會(huì)發(fā)生如下情形，即，盡管對(duì)輸入空氣進(jìn)行節(jié)流，所發(fā)出的燃料電池功率卻無(wú)變化。這是因?yàn)榭諝庵械难鯕夥謮毫凸?jié)流點(diǎn)處的氧氣分壓力碰巧同時(shí)升高之故。
因此本發(fā)明的目的在于，提供一種用于調(diào)節(jié)燃料電池組發(fā)出功率的裝置和方法，其中要利用反應(yīng)物的濃度。
本發(fā)明的對(duì)象是一種用于調(diào)節(jié)燃料電池組功率的裝置，該裝置包括一個(gè)用于測(cè)量燃料電池組的過(guò)程氣體(Prozessgas)管道中的反應(yīng)氣體分壓力的探測(cè)器，以及一個(gè)與該探測(cè)器相連的電子控制單元，其中，該控制單元將給定功率與燃料電池組實(shí)際發(fā)出的功率以及在過(guò)程氣體中存在的反應(yīng)氣體分壓力進(jìn)行比較，然后相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸入的過(guò)程氣體量。
此外，本發(fā)明的對(duì)象還涉及一種用于調(diào)節(jié)燃料電池組功率的方法，在這種方法中，將燃料電池組的過(guò)程氣體管道中的反應(yīng)氣體分壓力作為調(diào)節(jié)要輸入的過(guò)程氣體質(zhì)量流量的基準(zhǔn)參數(shù)。
在本發(fā)明具有優(yōu)點(diǎn)的一改進(jìn)設(shè)計(jì)中，探測(cè)器在陰極排氣里面測(cè)量氧氣分壓力并將這個(gè)值繼續(xù)傳送給電子控制單元。
在本發(fā)明具有優(yōu)點(diǎn)的另一改進(jìn)設(shè)計(jì)中，還為電子控制單元提供其它數(shù)據(jù)，例如設(shè)備的環(huán)境壓力和外部溫度，通過(guò)這些數(shù)據(jù)準(zhǔn)確測(cè)量要輸入的空氣質(zhì)量流量。
在這里，加濕并被壓縮的氣液混合物被稱為過(guò)程氣體，氣液混合物被導(dǎo)入燃料電池組用于產(chǎn)生反應(yīng)。作為過(guò)程氣體的一個(gè)示例是加濕的空氣，當(dāng)然也可以是純氧氣或純氫氣，同樣也可以是水/甲醇混合物。優(yōu)選使用空氣作為陰極端的過(guò)程氣體，其質(zhì)量流量通過(guò)電子控制單元受到調(diào)節(jié)。
被稱為反應(yīng)氣體的氣體在燃料電池中進(jìn)行有效反應(yīng)。在此，視PEM燃料電池的類型，優(yōu)選選擇純氧氣、純氫氣或純甲醇作為反應(yīng)氣體。反應(yīng)氣體不包含惰性氣體和/或水蒸氣成分。所以探測(cè)器也只測(cè)量燃料電池的過(guò)程氣體(氣-液混合物)中的氣體分壓力。
下面借助附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明，附圖中

圖1是按照本發(fā)明用于調(diào)節(jié)燃料電池組功率的裝置的一實(shí)施例的線路簡(jiǎn)圖。
在圖中可看到一輛電氣機(jī)車的一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元。燃料電池組1與一根過(guò)程氣體輸入管道2、例如氧化劑輸入管道(Oxidanszufuehrleitung)相連，空氣質(zhì)量流在該管道中流動(dòng)。在過(guò)程氣體導(dǎo)入燃料電池組1之前，過(guò)程氣體輸入管道2通過(guò)一個(gè)壓縮機(jī)3。在壓縮機(jī)3與燃料電池組1之間的過(guò)程氣體輸入管道2上的位置11處，測(cè)量所輸送的過(guò)程氣體的質(zhì)量流量瞬時(shí)值，通過(guò)一個(gè)控制電路8可對(duì)過(guò)程氣體的質(zhì)量流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。燃料電池組1右邊是排氣管道4。
在排氣管道4上緊隨燃料電池組1之后的位置5處，通過(guò)一個(gè)探測(cè)器6測(cè)量氧氣分壓力(PO2)。該探測(cè)器6通過(guò)管道7與控制電路8(圖中用虛線表示)相連。在控制電路8里匯集了下列信息-司機(jī)意愿10，-由外界溫度和環(huán)境壓力測(cè)值9組成的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以方便地從壓縮機(jī)3之前的空氣輸入管道2中測(cè)出，-在過(guò)程氣體輸入管道2的位置11處測(cè)得的所輸送的空氣質(zhì)量流量瞬時(shí)值12，以及-在位置5處通過(guò)探測(cè)器6測(cè)得的陰極排氣中的氧氣分壓力13。
控制單元14根據(jù)這些信息計(jì)算修正值x，該修正值表明，是否應(yīng)該增加或節(jié)流空氣輸入。然后通過(guò)壓縮機(jī)3相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸入燃料電池組1中的空氣質(zhì)量流量，所述壓縮機(jī)的馬達(dá)通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器15與控制單元14相連。
由此首次實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)便且直接地通過(guò)測(cè)量排氣中的氧氣分壓力來(lái)有效地控制例如以空氣作為過(guò)程氣體的燃料電池組功率。
本發(fā)明優(yōu)選用于移動(dòng)應(yīng)用的PEM燃料電池，尤其是機(jī)車上的燃料電池中，當(dāng)然也可以考慮用于PEM燃料電池的固定應(yīng)用場(chǎng)合中。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)燃料電池組功率的裝置，該裝置包括一個(gè)探測(cè)器和一個(gè)與該探測(cè)器相連的電子控制單元，該探測(cè)器用于測(cè)量燃料電池組的過(guò)程氣體管道中的反應(yīng)氣體分壓力，其中，該控制單元將給定功率與燃料電池組實(shí)際發(fā)出的功率以及在過(guò)程氣體中存在的反應(yīng)氣體分壓力進(jìn)行比較，然后相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸入的過(guò)程氣體量。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述探測(cè)器裝在陰極排氣管道里面并用于測(cè)量氧氣分壓力。
3.一種用于調(diào)節(jié)燃料電池組功率的方法，其中，將燃料電池組的過(guò)程氣體管道中的反應(yīng)氣體分壓力作為調(diào)節(jié)有待輸入的過(guò)程氣體質(zhì)量流量的基準(zhǔn)參數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，測(cè)量陰極排氣中的氧氣分壓力并通過(guò)一個(gè)控制單元相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸入空氣的質(zhì)量流量。
5.應(yīng)用如權(quán)利要求1或2所述的裝置和/或如如權(quán)利要求3或4所述的方法，來(lái)調(diào)節(jié)一輛電氣機(jī)車的一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)燃料電池組功率的裝置和方法,其中,測(cè)量燃料電池組的過(guò)程氣體中、例如排氣中的氧氣分壓力并相應(yīng)地調(diào)節(jié)要輸入的空氣質(zhì)量流量。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1339180SQ00803207
公開(kāi)日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2000年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月28日
發(fā)明者迪特爾·布魯克納 申請(qǐng)人:西門子公司