專利名稱：無(wú)相對(duì)濕度感測(cè)設(shè)備反饋的堆陰極入口相對(duì)濕度控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于控制堆陰極入口相對(duì)濕度的系統(tǒng)和方法，并且更具體而言涉及當(dāng)相對(duì)濕度感測(cè)設(shè)備未正常運(yùn)行時(shí)控制堆陰極入口相對(duì)濕度以防止燃料電池堆的不正常濕度的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
氫是非常有吸引力的燃料，因?yàn)槠涫乔鍧嵉牟⑶夷軌蛴糜谠谌剂想姵刂杏行У禺a(chǎn)生電。氫燃料電池是電化學(xué)設(shè)備，包括陽(yáng)極和陰極以及在陽(yáng)極和陰極之間的電解質(zhì)。陽(yáng)極接收氫氣，并且陰極接收氧氣或者空氣。氫氣在陽(yáng)極催化劑處離解以產(chǎn)生自由質(zhì)子和電子。 質(zhì)子經(jīng)過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極。質(zhì)子在陰極催化劑處與氧氣和電子反應(yīng)以產(chǎn)生水。來(lái)自陽(yáng)極的電子不能經(jīng)過(guò)電解質(zhì)，并且因此在被發(fā)送到陰極之前被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)負(fù)載以做功。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEFMC)是用于車輛的普遍燃料電池。PEMFC通常包括固態(tài)聚合物電解質(zhì)質(zhì)子傳導(dǎo)膜，例如全氟磺酸膜。陽(yáng)極和陰極通常包括精細(xì)分割的催化劑微粒， 通常為鉬(Pt)，支承在碳微粒上并與離子聚合物混合。催化劑混合物沉積在膜的相對(duì)兩側(cè)上。陽(yáng)極催化劑混合物、陰極催化劑混合物和膜的組合限定膜電極組件(MEA)。每個(gè)MEA通常夾在兩片多孔材料、氣體擴(kuò)散層(GDL)之間，氣體擴(kuò)散層保護(hù)膜的的機(jī)械完整性并有助于均勻的反應(yīng)物和濕度分布。將陽(yáng)極和陰極流隔開(kāi)的MEA部分被稱為有效區(qū)域，并且只有在該區(qū)域中水蒸氣可以在陽(yáng)極和陰極之間自由交換。MEA制造相對(duì)昂貴，并且需要特定條件進(jìn)行有效操作。數(shù)個(gè)燃料電池通常結(jié)合在燃料電池堆中，以產(chǎn)生所需功率。例如，典型的用于車輛的燃料電池堆可以具有兩百或更多堆疊的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入氣體，典型地為由壓縮機(jī)強(qiáng)制通過(guò)燃料電池堆的空氣流。并非所有氧氣都被燃料電池堆所消耗，部分空氣被輸出作為陰極排氣，其可以包括作為堆副產(chǎn)物的水。燃料電池堆還接收陽(yáng)極氫輸入氣體，其流入燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)。燃料電池堆包括位于堆中數(shù)個(gè)MEA之間的一系列雙極板(分隔器)，其中雙極板和 MEA位于兩個(gè)端部板之間。雙極板包括用于堆中相鄰燃料電池的陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)流分配器 (流場(chǎng))。陽(yáng)極氣體流通道設(shè)置在雙極板的陽(yáng)極側(cè)上，其允許陽(yáng)極反應(yīng)氣體流動(dòng)到相應(yīng)MEA。 陰極氣體流通道設(shè)置在雙極板的陰極側(cè)上，其允許陰極反應(yīng)氣體流動(dòng)到相應(yīng)MEA。一個(gè)端部板包括陽(yáng)極氣體流通道，而另一個(gè)端部板包括陰極氣體流通道。雙極板和端部板由導(dǎo)電材料制成，例如不銹鋼或?qū)щ姀?fù)合物。端部板將燃料電池產(chǎn)生的電傳導(dǎo)出燃料電池堆。雙極板還包括冷卻流體流動(dòng)通過(guò)的流動(dòng)通道。燃料電池膜已知具有水吸收，其對(duì)于提供質(zhì)子傳導(dǎo)性而言是必須的。但是，如果條件變得更潮或更濕，則燃料電池膜的水吸收特性使得膜的體積增大，并且如果條件變得更干，則使得體積變小。燃料電池膜的體積變化可能引起膜自身或者相鄰燃料電池部件上的機(jī)械應(yīng)力。此外，太濕的膜可能在低溫環(huán)境下引起問(wèn)題，其中燃料電池堆中的水的凍結(jié)可能產(chǎn)生阻塞流動(dòng)通道并影響系統(tǒng)再啟動(dòng)的冰。太干的膜可能在下一次系統(tǒng)再啟動(dòng)時(shí)具有太低的導(dǎo)電性，這影響再啟動(dòng)性能并且可能減小燃料電池堆耐久性。在現(xiàn)有技術(shù)中已知使用水蒸氣傳送(WVT)單元以捕獲燃料電池堆的陰極排氣中的部分水，并且使用該水來(lái)加濕陰極輸入氣流。在現(xiàn)有技術(shù)中還已知使用相對(duì)濕度(RH)傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)陰極輸入氣流的濕度。但是，相對(duì)濕度傳感器可能不可靠并且可能失效。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中需要提供一種方法，在相對(duì)濕度傳感器未正常運(yùn)行(這由不正確相對(duì)濕度傳感器讀數(shù)證明)時(shí)維持燃料電池膜濕度的適當(dāng)水平，以通過(guò)減小發(fā)生液體水的機(jī)會(huì)來(lái)改進(jìn)堆性能，延長(zhǎng)堆膜的壽命并且增加堆耐久性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開(kāi)了一種用于控制燃料電池系統(tǒng)中燃料電池堆的陰極側(cè)的相對(duì)濕度的方法。燃料電池系統(tǒng)包括在陰極入口管線上的相對(duì)濕度傳感器，用于提供指示陰極入口空氣的相對(duì)濕度的相對(duì)濕度信號(hào)。如果相對(duì)濕度傳感器提供正確相對(duì)濕度信號(hào)， 則相對(duì)濕度信號(hào)被計(jì)算為陰極入口空氣的相對(duì)濕度平均值。當(dāng)相對(duì)濕度傳感器未提供正確相對(duì)濕度信號(hào)時(shí)，所計(jì)算的相對(duì)濕度平均值被用于控制陰極入口空氣相對(duì)濕度。如果在啟動(dòng)期間相對(duì)濕度傳感器未提供正確信號(hào)，則堆功率被暫時(shí)設(shè)置在已知陰極入口空氣相對(duì)濕度的優(yōu)化水平。本發(fā)明涉及下述技術(shù)方案。1. 一種用于控制燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池堆的相對(duì)濕度的方法，所述方法包括
在陰極入口管線上設(shè)置相對(duì)濕度傳感器，所述相對(duì)濕度傳感器測(cè)量陰極入口空氣的相對(duì)濕度；
在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)確定相對(duì)濕度傳感器是否提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)； 在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式期間確定相對(duì)濕度傳感器是否提供正確的相對(duì)濕度信
號(hào)；
如果在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式期間相對(duì)濕度傳感器提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)，計(jì)算在預(yù)定時(shí)間段上的相對(duì)濕度信號(hào)的平均值，該預(yù)定時(shí)間段由相對(duì)濕度傳感器的感測(cè)信號(hào)特性確定；
如果在運(yùn)行模式期間相對(duì)濕度傳感器變得不正確，使用所計(jì)算的相對(duì)濕度信號(hào)的平均值，以使得燃料電池堆能夠利用閉環(huán)陰極入口相對(duì)濕度控制來(lái)操作；
如果在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)相對(duì)濕度信號(hào)不正確，則在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆達(dá)預(yù)定時(shí)段，其中優(yōu)化堆功率水平提供最高堆相對(duì)濕度而不會(huì)在堆內(nèi)產(chǎn)生液體水；和
在所述預(yù)定時(shí)段屆滿后使用最高堆相對(duì)濕度以閉環(huán)陰極入口相對(duì)濕度控制來(lái)操作燃料電池堆。2.根據(jù)方案1所述的方法，其中在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆包括將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較。3.根據(jù)方案2所述的方法，其中將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較包括如果優(yōu)化堆功率水平高于所述功率請(qǐng)求，則對(duì)系統(tǒng)電池充電。4.根據(jù)方案3所述的方法，其中將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較包括如果優(yōu)化堆功率水平高于所述功率請(qǐng)求并且所述蓄電池處于最大荷電狀態(tài)，則在系統(tǒng)部件中耗散功率。5.根據(jù)方案1所述的方法，其中如果所述相對(duì)濕度傳感器未提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)，則采取補(bǔ)救措施。6.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述預(yù)定時(shí)段由堆特性確定。7. 一種用于控制燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池堆的相對(duì)濕度的方法，所述方法包括
在陰極入口管線上設(shè)置相對(duì)濕度傳感器以測(cè)量陰極入口空氣的相對(duì)濕度； 在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式期間確定相對(duì)濕度傳感器是否提供正確的相對(duì)濕度信
號(hào)；
如果在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式期間相對(duì)濕度傳感器提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)，對(duì)每個(gè)相繼的預(yù)定時(shí)間段計(jì)算相對(duì)濕度信號(hào)的平均值；和
如果在運(yùn)行模式期間相對(duì)濕度信號(hào)變得不正確，使用所計(jì)算的相對(duì)濕度信號(hào)的平均值，以防止燃料電池堆被不正確地加濕。8.根據(jù)方案7所述的方法，其中用于計(jì)算相對(duì)濕度平均值的該時(shí)間段由相對(duì)濕度傳感器的感測(cè)信號(hào)特性確定。9.根據(jù)方案7所述的方法，還包括如果在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)相對(duì)濕度信號(hào)不正確，則在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆達(dá)預(yù)定時(shí)段，以提供陰極入口空氣的預(yù)定相對(duì)濕度。10.根據(jù)方案9所述的方法，其中在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆包括將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較。11.根據(jù)方案10所述的方法，其中將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較包括如果優(yōu)化堆功率水平高于所述功率請(qǐng)求，則對(duì)系統(tǒng)電池充電。12.根據(jù)方案11所述的方法，其中將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較包括如果優(yōu)化堆功率水平高于所述功率請(qǐng)求并且所述蓄電池處于最大荷電狀態(tài)，則在系統(tǒng)部件中耗散功率。13.根據(jù)方案9所述的方法，其中在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆的所述預(yù)定時(shí)段由堆設(shè)計(jì)確定。14. 一種用于控制燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池堆的相對(duì)濕度的方法，所述方法包括
在陰極入口管線上設(shè)置相對(duì)濕度傳感器，所述相對(duì)濕度傳感器測(cè)量陰極入口空氣的相對(duì)濕度；
在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)確定相對(duì)濕度傳感器是否提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)；和如果在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)相對(duì)濕度信號(hào)不正確，則在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆達(dá)預(yù)定時(shí)段，其中優(yōu)化堆功率水平提供已知的陰極入口相對(duì)濕度。15.根據(jù)方案14所述的方法，還包括在預(yù)定時(shí)段屆滿后使用已知的陰極入口相對(duì)濕度以閉環(huán)陰極入口相對(duì)濕度控制來(lái)操作燃料電池堆。16.根據(jù)方案14所述的方法，其中在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆包括將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較，并且將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較包括如果優(yōu)化堆功率水平高于所述功率請(qǐng)求，則對(duì)系統(tǒng)電池充電。17.根據(jù)方案16所述的方法，其中將優(yōu)化堆功率水平與所述功率請(qǐng)求相比較包括如果優(yōu)化堆功率水平高于所述功率請(qǐng)求并且所述蓄電池處于最大荷電狀態(tài)，則在系統(tǒng)部件中耗散功率。18.根據(jù)方案14所述的方法，其中所述預(yù)定時(shí)段由堆特性確定。19.根據(jù)方案14所述的方法，其中如果在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)和燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式期間相對(duì)濕度傳感器提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)，對(duì)每個(gè)相繼的預(yù)定時(shí)間段計(jì)算相對(duì)濕度信號(hào)的平均值；和
20.根據(jù)方案19所述的方法，其中如果相對(duì)濕度信號(hào)變得不正確，使用所計(jì)算的相對(duì)濕度信號(hào)的平均值，以防止燃料電池堆被不正確地加濕。本發(fā)明的其他特征結(jié)合附圖從如下說(shuō)明和所附權(quán)利要求變得明顯。


圖1是燃料電池系統(tǒng)的示意性框圖；和
圖2A和圖2B是流程圖，圖示了用于在相對(duì)濕度傳感器故障期間提供燃料電池相對(duì)濕度控制的方法。
具體實(shí)施例方式涉及當(dāng)相對(duì)濕度傳感器未正常運(yùn)行時(shí)用于控制燃料電池或一組燃料電池的陰極入口相對(duì)濕度的系統(tǒng)和方法的本發(fā)明實(shí)施例下述討論，本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且絕不意在限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。圖1是燃料電池系統(tǒng)10的示意性框圖，燃料電池系統(tǒng)10包括燃料電池堆12。燃料電池堆12在陽(yáng)極輸入管線16上從氫氣源14接收氫氣，并且在管線18上提供陽(yáng)極輸出。 泄放閥沈設(shè)置在陽(yáng)極排氣管線18中，以允許陽(yáng)極周期性地或持續(xù)地從堆12泄放陽(yáng)極廢物流，典型地為氮?dú)?。壓縮機(jī)20在陰極入口管線22上通過(guò)水蒸氣傳送(WVT)單元M提供空氣流給燃料電池堆12的陰極側(cè)，水蒸氣傳送(WVT)單元M加濕陰極入口空氣。陰極入口管線22中的相對(duì)濕度(RH)傳感器36測(cè)量進(jìn)入堆12的陰極入口空氣的相對(duì)濕度。陰極排氣在陰極排氣管線觀上從堆12輸出。排氣管線觀引導(dǎo)陰極排氣到WVT單元M以提供濕氣來(lái)加濕陰極入口空氣。旁通管線30設(shè)置在WVT單元M周圍以允許陰極排氣繞過(guò)WVT單元24。旁通閥32設(shè)置在旁通管線30中并且被控制以選擇性地重定向陰極排氣通過(guò)或繞過(guò) WVT單元M以通過(guò)所需的濕氣量給陰極入口空氣。蓄電池(未示出)供應(yīng)功率給燃料電池系統(tǒng)10的各個(gè)部件，例如壓縮機(jī)20。系統(tǒng) 10還包括從相對(duì)濕度傳感器36接收相對(duì)濕度測(cè)量信號(hào)并控制壓縮機(jī)20速度、從氫氣源14 的氫氣噴射和旁通閥32與泄放閥沈的位置的控制器34。在已知系統(tǒng)中，當(dāng)相對(duì)濕度傳感器36未正確運(yùn)行，即當(dāng)相對(duì)濕度傳感器測(cè)量值不正確時(shí)，控制器34失去其反饋，并且從反饋控制切換到開(kāi)環(huán)控制。開(kāi)環(huán)控制器(即無(wú)反饋控制器)僅使用當(dāng)前狀態(tài)并且不使用反饋來(lái)確定是否其輸入已經(jīng)實(shí)現(xiàn)期望目標(biāo)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)。開(kāi)環(huán)控制可能導(dǎo)致不正確的燃料電池堆12濕度，因此，下述算法已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明被開(kāi)發(fā)出來(lái)，以在相對(duì)濕度傳感器36未正確運(yùn)行時(shí)提供對(duì)開(kāi)環(huán)控制的替代方案。圖2是控制到燃料電池堆12的陰極入口空氣的相對(duì)濕度(RH)的算法的非限制性實(shí)施例的流程圖40。燃料電池系統(tǒng)10在方框46處開(kāi)始，并且算法在方框50處提供系統(tǒng)暖機(jī)和其他啟動(dòng)程序。在暖機(jī)和其他啟動(dòng)程序完成后，燃料電池系統(tǒng)10在方框52處進(jìn)入正常操作模式或運(yùn)行模式。在燃料電池系統(tǒng)10進(jìn)入運(yùn)行模式后，或者在啟動(dòng)程序期間，算法在判斷菱形框M處確定相對(duì)濕度傳感器36是否提供正確相對(duì)濕度值。任何適當(dāng)?shù)乃惴梢允褂脕?lái)確定傳感器36的讀數(shù)是否正確，例如確定傳感器讀數(shù)是否是可能值的算法。如果在判斷菱形框M處相對(duì)濕度傳感器36感測(cè)到正確相對(duì)濕度值，在方框56處通過(guò)控制器34利用來(lái)自相對(duì)濕度傳感器36的反饋以提供閉環(huán)控制，旁通閥32被使用來(lái)控制陰極入口相對(duì)濕度。當(dāng)相對(duì)濕度傳感器讀數(shù)是正確的時(shí)，控制器34在方框58處計(jì)算并記錄在可標(biāo)定時(shí)間段上傳感器測(cè)量值的陰極入口相對(duì)濕度平均值或者濾波平均值，該可標(biāo)定時(shí)間段由相對(duì)濕度傳感器36的感測(cè)信號(hào)特性所確定。換言之，該算法計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)濕度測(cè)量值的平均值。先前時(shí)間段的相對(duì)濕度平均值或?yàn)V波平均值由控制器34 在方框58處記錄并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，例如非易失性存儲(chǔ)器。該算法在判斷菱形框60處再次確定相對(duì)濕度傳感器36是否在感測(cè)正確的相對(duì)濕度值。如果在判斷菱形框60處相對(duì)濕度傳感器36繼續(xù)感測(cè)到正確的相對(duì)濕度值，則算法返回到方框56以繼續(xù)根據(jù)來(lái)自相對(duì)濕度傳感器36的反饋控制陰極入口相對(duì)濕度，并且控制器34在方框58處繼續(xù)為每個(gè)時(shí)間段計(jì)算并存儲(chǔ)相對(duì)濕度平均值或?yàn)V波平均值。如果在判斷菱形框60處相對(duì)濕度傳感器36未感測(cè)到正確的相對(duì)濕度值，在方框62處從存儲(chǔ)器取回由控制器34在方框58處存儲(chǔ)的預(yù)定時(shí)間段的相對(duì)濕度傳感器36的相對(duì)濕度平均值或?yàn)V波平均值。在方框64處取回的相對(duì)濕度值由相對(duì)濕度估計(jì)模型使用，以向控制器34提供陰極入口相對(duì)濕度的估計(jì)反饋。只要在判斷菱形框60處相對(duì)濕度傳感器36未讀取到正確的相對(duì)濕度值，算法就繼續(xù)在方框62處從存儲(chǔ)器取回相對(duì)濕度值，并繼續(xù)在方框64處使用該值估計(jì)陰極入口相對(duì)濕度。如果相對(duì)濕度傳感器36在判斷菱形框60處恢復(fù)讀取正確的相對(duì)濕度值，則算法返回方框56并且根據(jù)來(lái)自相對(duì)濕度傳感器36的反饋控制陰極入口相對(duì)濕度，如上所述。如果在系統(tǒng)啟動(dòng)程序期間相對(duì)濕度傳感器36在判斷菱形框M處未感測(cè)到正確的相對(duì)濕度值，則歷史記錄的陰極入口相對(duì)濕度數(shù)據(jù)并不存在并且不可由相對(duì)濕度估計(jì)模型使用。因此，控制器34要求燃料電池堆12使用開(kāi)環(huán)陰極入口相對(duì)濕度控制操作在預(yù)定的優(yōu)化功率水平。該優(yōu)化功率水平是堆12具有最高相對(duì)濕度而不會(huì)在燃料電池堆12內(nèi)產(chǎn)生液體水的水平。優(yōu)化功率水平由堆設(shè)計(jì)確定，并且能夠通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)離線獲得。除了設(shè)定堆輸出功率為優(yōu)化水平外，系統(tǒng)控制算法可以起動(dòng)補(bǔ)救動(dòng)作以使得傳感器36正確操作。一旦在方框68處用于堆12的優(yōu)化功率水平被確定并設(shè)定，控制器34在方框78處調(diào)節(jié)旁通閥32的位置以將陰極入口相對(duì)濕度設(shè)定為與優(yōu)化功率水平相對(duì)應(yīng)的期望水平。 接下來(lái)，該算法在判斷菱形框80處確定預(yù)定時(shí)間段是否屆滿。該時(shí)間段基于堆特性，例如堆12中的燃料電池?cái)?shù)量，并且該時(shí)間段被用于確定堆在優(yōu)化功率水平下可以正常操作的時(shí)間量，該時(shí)間量通常是有限的小時(shí)間量。如果在判斷菱形框80處該時(shí)間段尚未屆滿，則算法在判斷菱形框70處確定來(lái)自堆12的功率需求(例如來(lái)自車輛操作的功率需求)是否大于由燃料電池堆12在優(yōu)化功率水平下產(chǎn)生的功率。如果在判斷菱形框70來(lái)自堆12的功率需求不大于由燃料電池堆12在優(yōu)化功率水平下產(chǎn)生的功率，這意味著堆12在產(chǎn)生比滿足負(fù)載要求所需功率更多的功率，則該算法在判斷菱形框72處確定蓄電池的荷電狀態(tài)(SOC) 是否小于預(yù)定充電閾值。如果在判斷菱形框72處蓄電池SOC小于預(yù)定充電閾值，這意味著蓄電池能夠接受電荷，則蓄電池在方框74處使用由操作在優(yōu)化功率水平下的堆12產(chǎn)生的額外功率充電，其中堆產(chǎn)生的功率和負(fù)載消耗的功率之間的差可能需要較小。如果蓄電池 SOC等于或高于預(yù)定充電閾值，則在方框76處堆12產(chǎn)生的額外功率被耗散到系統(tǒng)10或系統(tǒng)10所放置車輛的部件。例如，算法產(chǎn)生的額外功率可以用于起動(dòng)車輛或者可以由其他功率消耗部件使用，這取決于車輛的功率管理結(jié)構(gòu)。一旦選擇使用過(guò)量功率，算法就返回判斷菱形框80以確定該時(shí)間段是否屆滿。如果在方框70處來(lái)自堆12的功率需求大于由堆12在優(yōu)化功率水平下產(chǎn)生的功率，蓄電池可以被用于提供所請(qǐng)求的高于在優(yōu)化功率水平下操作的燃料電池堆12產(chǎn)生功率量的額外功率。然后算法返回到判斷菱形框80以確定該時(shí)間段是否屆滿。一旦在判斷菱形框80處該時(shí)間段已經(jīng)屆滿，則算法進(jìn)行到方框56，以使用用于優(yōu)化功率水平的相對(duì)濕度值(其在方框58處存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中)來(lái)提供閉環(huán)相對(duì)濕度控制。此外，算法允許堆功率被設(shè)定為功率需求。如果傳感器36在判斷菱形框60處仍然讀取不正確的信號(hào)，則模型在方框64處使用用于優(yōu)化功率水平的存儲(chǔ)相對(duì)濕度值。上述討論僅僅公開(kāi)并描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將從這些討論并從附圖和權(quán)利要求容易認(rèn)識(shí)到，在不背離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下能夠在其中進(jìn)行各種變化、修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于控制燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池堆的相對(duì)濕度的方法，所述方法包括 在陰極入口管線上設(shè)置相對(duì)濕度傳感器，所述相對(duì)濕度傳感器測(cè)量陰極入口空氣的相對(duì)濕度；在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)確定相對(duì)濕度傳感器是否提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)； 在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式期間確定相對(duì)濕度傳感器是否提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)；如果在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式期間相對(duì)濕度傳感器提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)，計(jì)算在預(yù)定時(shí)間段上的相對(duì)濕度信號(hào)的平均值，該預(yù)定時(shí)間段由相對(duì)濕度傳感器的感測(cè)信號(hào)特性確定；如果在運(yùn)行模式期間相對(duì)濕度傳感器變得不正確，使用所計(jì)算的相對(duì)濕度信號(hào)的平均值，以使得燃料電池堆能夠利用閉環(huán)陰極入口相對(duì)濕度控制來(lái)操作；如果在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)相對(duì)濕度信號(hào)不正確，則在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆達(dá)預(yù)定時(shí)段，其中優(yōu)化堆功率水平提供最高堆相對(duì)濕度而不會(huì)在堆內(nèi)產(chǎn)生液體水；和在所述預(yù)定時(shí)段屆滿后使用最高堆相對(duì)濕度以閉環(huán)陰極入口相對(duì)濕度控制來(lái)操作燃料電池堆。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆包括將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較包括如果優(yōu)化堆功率水平高于所述功率請(qǐng)求，則對(duì)系統(tǒng)電池充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將優(yōu)化堆功率水平與來(lái)自燃料電池堆的功率請(qǐng)求相比較包括如果優(yōu)化堆功率水平高于所述功率請(qǐng)求并且所述蓄電池處于最大荷電狀態(tài)，則在系統(tǒng)部件中耗散功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中如果所述相對(duì)濕度傳感器未提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)，則采取補(bǔ)救措施。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定時(shí)段由堆特性確定。
7.一種用于控制燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池堆的相對(duì)濕度的方法，所述方法包括 在陰極入口管線上設(shè)置相對(duì)濕度傳感器以測(cè)量陰極入口空氣的相對(duì)濕度；在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式期間確定相對(duì)濕度傳感器是否提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)；如果在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式期間相對(duì)濕度傳感器提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)，對(duì)每個(gè)相繼的預(yù)定時(shí)間段計(jì)算相對(duì)濕度信號(hào)的平均值；和如果在運(yùn)行模式期間相對(duì)濕度信號(hào)變得不正確，使用所計(jì)算的相對(duì)濕度信號(hào)的平均值，以防止燃料電池堆被不正確地加濕。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中用于計(jì)算相對(duì)濕度平均值的該時(shí)間段由相對(duì)濕度傳感器的感測(cè)信號(hào)特性確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括如果在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)相對(duì)濕度信號(hào)不正確，則在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆達(dá)預(yù)定時(shí)段，以提供陰極入口空氣的預(yù)定相對(duì)濕度。
10.一種用于控制燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池堆的相對(duì)濕度的方法，所述方法包括在陰極入口管線上設(shè)置相對(duì)濕度傳感器，所述相對(duì)濕度傳感器測(cè)量陰極入口空氣的相對(duì)濕度；在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)確定相對(duì)濕度傳感器是否提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)；和如果在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)相對(duì)濕度信號(hào)不正確，則在預(yù)定優(yōu)化堆功率水平下操作燃料電池堆達(dá)預(yù)定時(shí)段，其中優(yōu)化堆功率水平提供已知的陰極入口相對(duì)濕度。
全文摘要
一種用于控制燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池堆的相對(duì)濕度的方法，所述方法包括在陰極入口管線上設(shè)置相對(duì)濕度傳感器，以提供指示陰極入口空氣的相對(duì)濕度的相對(duì)濕度信號(hào)。如果相對(duì)濕度傳感器提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)，相對(duì)濕度信號(hào)被計(jì)算為陰極入口空氣的相對(duì)濕度平均值。當(dāng)相對(duì)濕度傳感器未提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)時(shí)，使用所計(jì)算的相對(duì)濕度平均值，以控制陰極入口空氣。如果在系統(tǒng)啟動(dòng)期間相對(duì)濕度傳感器未提供正確的相對(duì)濕度信號(hào)，則堆功率被暫時(shí)設(shè)定在用于已知陰極入口空氣相對(duì)濕度的預(yù)定優(yōu)化堆功率水平。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102299358SQ201110176379
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者陳 D., C. 柯克林 M., W. 羅根 V. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司