專利名稱：控制燃料電池系統(tǒng)中陽極側(cè)再循環(huán)泵的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本發(fā)明大體上涉及控制燃料電池系統(tǒng)的陽極再循環(huán)回路中再循
環(huán)泵的速度的方法，更具體而言，涉及控制燃料電池系統(tǒng)的陽極再循環(huán)回
的方法，其中，該方法包括使用基于系統(tǒng)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型
背景技術(shù)：
0002由于氫清潔無污染并可被用來在燃料電池中高效地生產(chǎn)電能，它 已成為非常有吸引力的燃料。氫燃料電池是一種電化學(xué)裝置，包括陽極和 陰極，兩極之間設(shè)有電解質(zhì)。陽極接收氫氣，陰極接收氧或者空氣。氬氣 在陽極分離產(chǎn)生自由的質(zhì)子和電子。質(zhì)子穿過電解質(zhì)到達陰極。質(zhì)子在陰 極與氧和電子反應(yīng)生成水。陽極的電子不能穿過電解質(zhì)，因此它們在被送 到陰極之前被導(dǎo)經(jīng)負栽以進行工作。
0003質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是很流行的車用燃料電池。PEMFC 通常包括固體聚合物電解質(zhì)質(zhì)子傳導(dǎo)膜，例如全氟化磺酸膜。陽極和陰極 通常包括磨碎的催化劑顆粒，通常為鉑(Pt)，其被支持在碳顆粒上并與 離聚物混合。催化劑混合物放置在膜的相對側(cè)。陽極催化劑混合物、陰極 催化劑混合物和膜的組合限定了膜電極組件(MEA) 。 MEA制造起來相對昂 貴并且高效工作的話需要一定的條件。
0004通常將若干燃料電池組合起來構(gòu)成燃料電池堆以便生成所期望 的能量。例如，典型的車用燃料電池堆可具有200個或更多的堆疊在一起 的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入反應(yīng)氣體，該氣體通常為由壓縮機 驅(qū)使而穿過電池堆的空氣流。并非所有的氧都被電池堆消耗掉， 一些空氣 被作為陰極廢氣輸出，該廢氣可包括作為電池堆副產(chǎn)品的水。燃料電池堆 還接收陽極氫反應(yīng)氣體，其流入電池堆的陽極側(cè)。電池堆也包括有冷卻流 體流經(jīng)的流動通道。
0005燃料電池堆包括一系列設(shè)置在電池堆的若干MEA之間的流場板或 雙極板。對于電池堆中相鄰的燃料電池，雙極板包括陽極側(cè)和陰極側(cè)。陽 極反應(yīng)氣體流動通道設(shè)置在雙極板的陽極側(cè)上，其允許陽極氣體流到ME A的陽極側(cè)。陰極反應(yīng)氣體流動通道設(shè)置在雙極板的陰極側(cè)上，其允許陰極
氣體流到MEA的陰極側(cè)。雙極板也包括有冷卻流體流經(jīng)的流動通道。0006所期望的是，在燃料電池堆中，氫在陽極流動通道中的分布基本 上恒定以便燃料電池堆正常工作。因此，本領(lǐng)域中公知的做法是，為使電 池堆具備一定的輸出負載而輸入多于所需量的氫到燃料電池堆中以使陽 極氣體分布恰當(dāng)。然而，由于這種要求，陽極廢氣中氫的含量也非常高， 若這種氫被排出則會導(dǎo)致低的系統(tǒng)效率。此外，足量的氫排放到環(huán)境中， 會由于氫的爆炸特性而導(dǎo)致一些問題。因此，本領(lǐng)域中公知的做法是，使 陽極廢氣再循環(huán)回到陽極輸入以便重新利用排出的氫。0007MEA是通透的，因此允許電池堆的陰極側(cè)的空氣里的氮滲透通過 MEA并聚集在電池堆的陽極側(cè)，這在業(yè)界被稱作氮跨界(nitrogen cross-over)。燃料電池堆的陽極側(cè)的氮會稀釋氫，使得如果氮的濃度增 加到超出一定百分比，例如50%，燃料電池堆則會變得效率更低、不穩(wěn)定 或可能出現(xiàn)故障。本領(lǐng)域中公知的做法是，在燃料電池堆的陽極氣體輸出 處設(shè)置放泄閥以便從電池堆的陽極側(cè)去除氮。放出的氫可被送到任何合適 的位置，例如送到轉(zhuǎn)換器中或環(huán)境中。
0008為了使燃料電池堆在優(yōu)化條件下工作以及最大限度地提高系統(tǒng) 的性能，陽極再循環(huán)氣體中的氫需要達到足夠的量和一定的再循環(huán)速率。 然而，目前還沒有適合燃料電池系統(tǒng)的用于潮濕環(huán)境中的氫濃度傳感器或 者流速傳感器。因此，不可能對工作參數(shù)再循環(huán)流量和陽極氫濃度進行直 接控制。

發(fā)明內(nèi)容
0009根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了一種系統(tǒng)和方法，其基于預(yù)先確定的 添加到再循環(huán)后的陽極氣體中新鮮氫的比值來控制燃料電池系統(tǒng)中陽極 再循環(huán)回路中再循環(huán)泵的速度。該方法包括測量經(jīng)過再循環(huán)泵后的壓力降 和測量流經(jīng)再循環(huán)回路的再循環(huán)后的氣體的溫度。該方法還包括計算經(jīng)過 燃料電池堆的陽極側(cè)的再循環(huán)后氣體的體積流量，該體積流量是所計算出 的經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降、再循環(huán)后的氣體中氫的百分比、所測 得的溫度和所測得的壓力的函數(shù)。該方法利用所測得的壓力、經(jīng)過再循環(huán) 回路中水分離器后的壓力降、以及經(jīng)過再循環(huán)回路中管道系統(tǒng)后的壓力降 來計算經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降。從經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)的再循環(huán)
7后氣體的體積流量、所測得的壓力降和泵的速度來計算再循環(huán)后氣體的密 度。該方法從再循環(huán)后氣體的密度、所測得的溫度和所測得的壓力來計算 再循環(huán)氣體中氫的百分比。通過循環(huán)計算再循環(huán)后氣體中氫的百分比，可 提供經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)的體積流量和密度、再循環(huán)回路中再循環(huán)速率的 精確值。
0010從下面的描述和所附權(quán)利要求中，并結(jié)合附圖，本發(fā)明的其它特
征將變得顯而易見。


0011圖l是根據(jù)本發(fā)明的實施例的燃料電池系統(tǒng)中陽極再循環(huán)回路的 示意圖，該回路使用一種控制技術(shù)來控制再循環(huán)泵的速度和放泄閥；
0012圖2為關(guān)系圖，其中橫軸代表體積變化，豎軸代表經(jīng)過陽極入口 和出口后的壓力變化，示出了基于陽極再循環(huán)氣體中氮的增加而發(fā)生的壓 力變4匕和體積變^f匕；
0013圖3為關(guān)系圖，其中橫軸表示質(zhì)量變化，豎軸表示經(jīng)過再循環(huán)泵 后的壓力變化，示出了氣體密度隨著再循環(huán)氣體中氮的量的變化而變化；0014圖4為關(guān)系圖，其中橫軸表示流量系數(shù)，豎軸表示壓力系數(shù)，示 出了氫再循環(huán)氣體的工作區(qū)域；
0015圖5為關(guān)系圖，其中橫軸表示體積變化，豎軸表示經(jīng)過再循環(huán)泵 后的壓力變化；以及
0016圖6為關(guān)系圖，其中橫軸表示體積變化，豎軸表示壓力變化。
具體實施例方式
0017本發(fā)明涉及用于確定燃料電池系統(tǒng)中陽極再循環(huán)泵的速度的方 法，對本發(fā)明的實施例的論述實質(zhì)上僅僅是示例性的，絕不是用來限制本 發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用或^^用。
0018圖1是包括燃料電池堆12的燃料電池系統(tǒng)10的示意圖。來自氫源 14的氫氣被提供給混合節(jié)點16，隨后在管線18上被送到燃料電池堆12的陽 極側(cè)。陽極廢氣在管線20上從燃料電池堆12輸出并被送至放泄閥26。再循 環(huán)泵30將陽極廢氣經(jīng)閥26泵送到混合節(jié)點16以便與來自源14的新鮮氫混 合，從而構(gòu)成陽極再循環(huán)回路。需要控制再循環(huán)回路中的壓力，使其大約 等于電池堆12的陰極側(cè)的壓力。來自源14的新鮮氬和再循環(huán)后的陽極廢氣在混合節(jié)點16處的恰當(dāng)混合設(shè)定了電池堆12的陽極側(cè)的壓力。0019如上所述，來自燃料電池堆12的陰極側(cè)的跨界氮稀釋了陽極側(cè)的氬，這影響了電池堆的性能。因此，需要周期性地釋放陽極廢氣以減少再循環(huán)的氮的量。在釋放氮期間，控制閥26以將陽極廢氣從再循環(huán)回路切換到廢氣管線28上。使陽極氣體的再循環(huán)速率適應(yīng)燃料電池的負載和氫添加氣體的流量，這對于支持水管理和減少燃料電池系統(tǒng)上的寄生負載是有益處的。
0020為了監(jiān)測陽極氣體再循環(huán)，在系統(tǒng)10中設(shè)置了各種傳感器。具體來說，壓力傳感器36在管線20上測量陽極再循環(huán)回路中的壓力，壓力傳感器40測量經(jīng)過再循環(huán)泵30后的壓力。另外，溫度傳感器38在管線18上測量再循環(huán)回路中再循環(huán)氣體的溫度。再者，聚水器32從陽極廢氣中去除副產(chǎn)品水。再循環(huán)回到輸入管線18的陽極廢氣中存在的水蒸汽有助于所必需的電池堆膜的增濕?？刂破?4基于下文的論述來控制來自源14的新鮮氫的量、泵30的速度以及放泄閥26的狀態(tài)?？刂破?4也接收來自壓力傳感器36和40、以及溫度傳感器38的測量信號。
0021基于以上論述，所希望的是，控制器34能夠知道何時向廢氣管線28提供陽極廢氣釋放，并且能夠在不使用氫濃度傳感器和再循環(huán)流量傳感器的情況下確定泵30的速度以提供再循環(huán)后的氫和新鮮氫的恰當(dāng)混合以滿足電池堆負栽等。根據(jù)本發(fā)明，開發(fā)了一種數(shù)學(xué)模型，用于確定再循環(huán)回路中氫的濃度和再循環(huán)泵30的恰當(dāng)速度。如果再循環(huán)回路中氫的濃度降至低于預(yù)定值，例如70%，那么控制器34將使放泄閥26打開一段預(yù)定的時間以減少氮的量。在一個實施例中，所期望的再循環(huán)速率是基于某些系統(tǒng)參數(shù)的。因此，如果再循環(huán)速率顯示再循環(huán)回路中有太多再循環(huán)后的陽極氣體，那么控制器34將降低泵30的速度。同樣，如果控制器34確信再循環(huán)后的陽極氣體含有太多新鮮氫，那么它將提高泵30的速度。被引入再循環(huán)回路中的新鮮氬的量取決于電池堆的負栽。
0022圖2所示的圖中，橫軸代表氫再循環(huán)氣體的體積流量變化，豎軸代表經(jīng)過電池堆12的入口和出口后的陽概氣體的壓力變化。圖2顯示，對于再循環(huán)回路中的相同體積流量的陽極再循環(huán)氣體，經(jīng)過電池堆12的入口和出口后的壓力隨著陽極再循環(huán)氣體中的氮的增加而沿著線50上行，這是由于再循環(huán)氣體粘度的提高所造成的。下面的方程(1) - (10)示出了經(jīng)過電池堆12的入口和出口后的壓力變化傘和經(jīng)過電池堆12的體積流量的變化 以及再循環(huán)氣體中氫的濃度之間的關(guān)系
a 。
Z P —2
/V = ^ — 二.w
《2
其中，
A = p
(1)
(2)
以及，
從這個:
(3)
其中，
以及，
—1
(4)
(5)
(6)
在方程(i) - (6) A為常量幾^r參數(shù)，；i^管子粗糙度引起的壓力
降損失系數(shù)，A為泵30的水力直徑，/ 為氣體密度，伊為流量系數(shù)，；為平
均氣體速度，T為運動粘度，/為管子長度，及e為雷諾數(shù)，爿為管子的面積，
i/為管子的周長，j^為分子氣體分數(shù)分量(molecular gas fractioncomponent) ， A:為基于電池堆設(shè)計的預(yù)定常量，;為再循環(huán)氣體的動態(tài)粘度。如本領(lǐng)域中所公知的，動態(tài)粘度^/是再循環(huán)氣體的氣體分數(shù)j;,和溫度r的函數(shù)。
0023為了基于該模型確定再循環(huán)泵30的速度，需對再循環(huán)泵30進行繪標(biāo)(be mapped)。圖3所示的圖中，橫軸表示再循環(huán)氣體的質(zhì)量流量的變化，豎軸表示經(jīng)過泵30后的壓力降，此值由壓力傳感器40測得。隨著泵30的速度"或再循環(huán)氣體的密度p的增加，由于氮的含量沿著線52變化，經(jīng)過再循環(huán)泵30的再循環(huán)氣體的質(zhì)量流量和經(jīng)過泵30后的壓力降之間的關(guān)系在此圖中示出。
0024基于經(jīng)過泵30后的壓力降和經(jīng)過泵30的再循環(huán)氣體的質(zhì)量流量之間的關(guān)系，可如下定義壓力系數(shù)w
其中，
『
2T
2Ap
(7)<formula>formula see original document page 11</formula>以及，
<formula>formula see original document page 11</formula>其中，F(xiàn)為比等熵熵增(specific isentropic entropy rise)，即氣體被壓縮時泵30對氣體做的功，A為比焓，Q為氣體在泵出口處的速度，o為氣體在泵入口處的速度，w為泵30的速度，M為泵30中葉輪的旋轉(zhuǎn)速度，Z)為泵30中葉輪的直徑，/7為經(jīng)過泵30后的壓力降，以及/ 為再循環(huán)氣體的密度。再循環(huán)氣體的密度p是再循環(huán)氣體中氫的濃度和壓力p的函數(shù)。
0025對于小的壓力比，比焓/i可被簡化為
<formula>formula see original document page 11</formula>
0026此外，基于經(jīng)過泵30后的壓力降和經(jīng)過泵30的再循環(huán)氣體的質(zhì)量
流量之間的關(guān)系，可如下定義流量系數(shù)cp。密度一下給定
<formula>formula see original document page 11</formula>特定氣體(specific gas )的分子量M『如下給定
<formula>formula see original document page 11</formula>
其給出體積流量K如下:<formula>formula see original document page 11</formula>
其中R為氣體常數(shù)。從這個<formula>formula see original document page 11</formula>其中，丘給出了特定氣體的實際分數(shù)。這給出了<formula>formula see original document page 11</formula>
0027圖4所示的圖中，橫軸表示流量系數(shù)p，豎軸表示壓力系數(shù)y，該圖示出了這兩系數(shù)之間的標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明，圖線56上的點54表示再循環(huán)泵30的工作區(qū)域以提供繪標(biāo)(mapping)。
0028在再循環(huán)回路中，管道系統(tǒng)中的再循環(huán)氣體流通常為層流，并可被分配恒定的壓力降c,道^，這取決于系統(tǒng)的測試測量值。經(jīng)過再循環(huán)泵30后的壓力降4^由傳感器40測量。在一個非限制性實施例中，水分離器32是一種旋風(fēng)型水分離器，其采用離心旋轉(zhuǎn)原理來去除水，并具有湍流。經(jīng)過分離器32后的壓力降4v岸器可由拋物線關(guān)系來確定。從這些值中，從入口管線18到出口管線20經(jīng)過電池堆12的陽極側(cè)后的壓力降傘賄可如下確定
^P銜拔<7 _ c夢道-統(tǒng)^ 〈J Pjt _ (17)0029基于再循環(huán)氣體中氮含量的增加，從圖2給出了經(jīng)過電池堆12的陽極側(cè)后的壓力降和流經(jīng)電池堆12的陽極氣體體積流量之間的關(guān)系的電池堆特性。圖5為再循環(huán)氣體中氮含量不斷增加情形下的關(guān)系圖，橫軸表示流經(jīng)再循環(huán)泵30的體積流量，豎軸表示經(jīng)過再循環(huán)泵30后的壓力降。組合圖2和圖5，給出示于圖6的關(guān)系圖。在線60上提供了所測量的壓力降，并定義了工作點62。
0030基于上述模型，再循環(huán)氣體中氫部分的百分比j^是流經(jīng)再循環(huán)泵30的再循環(huán)氣體的密度/7,溫度傳感器38所測得的溫度r、以及壓力傳感器36所測得的壓力p的函數(shù)。為了基于上述模型確定再循環(huán)氣體中氫部分的百分比，w，向該算法中放入任意的氫百分比值，例如70%。利用這個百分比，計算出流經(jīng)電池堆12的陽極側(cè)的再循環(huán)氣體的體積流量F,體積流量K是經(jīng)過陽極入口和出口后的壓力降、再循環(huán)氣體中氫部分的百分比j^、溫度傳感器38所測得的溫度r、以及壓力傳感器36所測得的壓力/7的函數(shù)。
0031利用流經(jīng)電池堆12的體積流量F來確定經(jīng)過水分離器32后的壓力降4^、"?；诜匠?17)，利用經(jīng)過水分離器32后的壓力降4pw器、經(jīng)過管道系統(tǒng)后的壓力降0遽^、和所測得的經(jīng)過再循環(huán)泵30后的壓力降4^來確定經(jīng)過陽極入口和出口后的壓力降傘賄。然后，利用經(jīng)過陽極入口和出口后的壓力降來根據(jù)方程(4)確定電池堆體積流量F。之后，再結(jié)合壓力傳感器40所測得的壓力降和泵30的速度w,利用電池堆體積流量r來確定流經(jīng)再循環(huán)泵30的再循環(huán)氣體的密度/ 。接著，如上所述，利用密度/ 來確定再循環(huán)氣體中氫部分的百分比j^2?？衫秒姵囟洋w積流量K來定義再循環(huán)速率，其中用添加到節(jié)點16處的新鮮氫的體積流量除體積流量F。
0032由于該算法經(jīng)此閉環(huán)循環(huán)若干次，最終該算法將精確地計算出再循環(huán)氣體中氫部分的百分比jw和流經(jīng)電池堆12的再循環(huán)氣體的體積流量F。隨后，系統(tǒng)10將基于預(yù)定參數(shù)和泵30的速度w,利用再循環(huán)氣體中氫部分的百分比j;w來確定何時需要打開放泄閥26以便去除氮，這樣就實現(xiàn)了所期望的新鮮氫與再循環(huán)氣體的混合。
0033以上論述描述了 一些用來計算系統(tǒng)各種參數(shù)的具體公式和方程。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，還有其它計算所述各種參數(shù)的方法，包括使用查詢表。
0034前文的論述僅僅公開和描述了本發(fā)明的示例性實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將從此論述和附圖以及權(quán)利要求中認識到，可對本發(fā)明做出修改和變形，而不偏離如權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種方法，其基于預(yù)先確定的添加到再循環(huán)后的氫中的新鮮氫的比值來確定燃料電池堆的陽極再循環(huán)回路中再循環(huán)泵的速度，所述方法包括測量經(jīng)過再循環(huán)泵后的壓力降；測量流經(jīng)再循環(huán)回路的陽極再循環(huán)氣體的溫度；向再循環(huán)回路中添加新鮮氫；計算經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降；計算經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)的再循環(huán)氣體的體積流量，該體積流量是所計算出的經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降、再循環(huán)氣體中氫的百分比、所測得的溫度和所測得的壓力的函數(shù)；以及利用所計算出的體積流量和被添加到再循環(huán)回路中的新鮮氫的量來確定泵的速度以實現(xiàn)預(yù)定比值。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中，計算經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降 包括利用所測得的壓力。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中，計算經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降 包括確定和利用經(jīng)過再循環(huán)回路中水分離器后的壓力降，所述水分離 器去除再循環(huán)氣體中的水。
4. 權(quán)利要求3的方法，其中，計算經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降 包括確定和利用經(jīng)過再循環(huán)回路中管道系統(tǒng)后的壓力降。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中，計算經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降 包括利用方程其中，4p賄是經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降，Q道"是經(jīng)過再循環(huán)回 路中管道系統(tǒng)后的壓力降，4^是所測得的經(jīng)過泵后的壓力降，傘為、 處覆是經(jīng)過水分離器后的壓力降。
6. 權(quán)利要求1的方法，還包括利用所計算出的體積流量、所測得的壓力降和泵的速度來計算流經(jīng)再循環(huán)回路的再循環(huán)氣體的密度.
7. 權(quán)利要求6的方法，其中，再循環(huán)氣體的密度根據(jù)以下方程計算r f 尺7其中，w為泵的速度，/ 為密度，/;為所測得的壓力，7為所測得的溫度，##為氣體的分子量。
8. 權(quán)利要求6的方法，還包括計算再循環(huán)氣體中氫的百分比，該百 分比為流經(jīng)再循環(huán)回路的再循環(huán)氣體的密度、所測得的溫度和所測得的 壓力的函數(shù)。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中，在若干次循環(huán)計算再循環(huán)氣體中氫的 百分比、計算電池堆的陽極側(cè)的再循環(huán)氣體的體積流量、以及計算再循 環(huán)氣體的密度之后，提供經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)的再循環(huán)氣體的體積流量 和再循環(huán)氣體中氫的百分比的精確值。
10. —種燃料電池系統(tǒng)，包括 燃料電池堆；再循環(huán)回路，用于將電池堆的廢氣再循環(huán)到陽極入口； 新鮮氫的供給源；混合節(jié)點，用于將新鮮氫和再循環(huán)后的氣體混合； 再循環(huán)泵，用于將再循環(huán)氣體泵送通過再循環(huán)回路； 溫度傳感器，用于測量再循環(huán)回路中再循環(huán)氣體的溫度； 壓力傳感器，用于測量經(jīng)過再循環(huán)泵后的壓力降；以及 控制器，用于控制泵的速度以便控制添加到再循環(huán)后的氫中新鮮氫 的比值，所述控制器計算經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降；計算經(jīng)過 電池堆的陽極側(cè)的再循環(huán)后氣體的體積流量，該體積流量是所計算出的 經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降、再循環(huán)氣體中氫的百分比、所測得的 溫度和所測得的壓力的函數(shù)；并且利用所計算出的體積流量來確定泵的 速度以實現(xiàn)預(yù)先確定的添加到再循環(huán)后的氫中的新鮮氫的比值。
11. 權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，控制器利用所測得的壓力計算經(jīng)過 電池堆的陽極側(cè)后的壓力降。
12. 權(quán)利要求11的系統(tǒng)，還包括水分離器，用于去除再循環(huán)后氣體 中的水，所述控制器通過確定和利用經(jīng)過水分離器后的壓力降來計算經(jīng) 過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降。
13. 權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中，控制器通過確定和利用經(jīng)過再循環(huán) 回路中管道系統(tǒng)后的壓力降來計算經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降。
14. 權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，控制器通過利用以下方程來計算經(jīng) 過電池堆的陽極側(cè)后的壓力降傘銜淡=^ 一 c,敘一 "一傘分離^其中，4p賄是經(jīng)過電池堆的陽極倒后的壓力降，c^^是經(jīng)過再循環(huán)回路中管道系統(tǒng)后的壓力降，4^r是所測得的經(jīng)過泵后的壓力降，傘"-是經(jīng)過水分離器后的壓力降，
15, 權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，控制器利用所計算出的體積流量、所測得的壓力降和杲的速度來計算流經(jīng)再循環(huán)杲的再循環(huán)氣體的密 度.
16. 權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，控制器根據(jù)以下方程計算再循環(huán)氣體的密度 。德'一"其中，w為泵的速度，p為密度，p為所測得的壓力，r為所測得的 溫度，irr為氣體的分子量.
17. 權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，控制器計算再循環(huán)氣體中氫的百分 比，該百分比為流經(jīng)再循環(huán)泵的再循環(huán)氣體的密度、所測得的溫度和 所測得的壓力的函數(shù).
18. 權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，控制器在若干次循環(huán)計算再循環(huán)氣體中氫的百分比、計算電池堆的陽極倒的再循環(huán)氣體的體積流量、以 及計算再循環(huán)氣體的密度之后，計算出經(jīng)過電池堆的陽極側(cè)的再循環(huán) 氣體的體積流量和再循環(huán)氣體中氫的百分比的精確值.
19. 一種燃料電池系統(tǒng)，包括 燃料電池堆；再循環(huán)回路，用于將電池堆的廢氣再循環(huán)到陽極入口； 新鮮氨的供給源；混合節(jié)點，用于將新鮮氫和再循環(huán)后的氣體混合； 再循環(huán)泵，用于將再循環(huán)氣體泵送通過再循環(huán)回路； 溫度傳感器，用于測量再循環(huán)回路中再循環(huán)氣體的溫度； 壓力傳感器，用于測量經(jīng)過再循環(huán)泵后的壓力降；以及 控制器，用于控制泵的速度以便控制添加到再循環(huán)后的氬中新鮮氬 的比值，所述控制器基于所測得的溫度、所測得的壓力、再循環(huán)后的 氣體中氫的濃度、經(jīng)過電池堆的再循環(huán)后氣體的體積流量、經(jīng)過電池 堆的陽極入口和出口后的壓力降、以及再循環(huán)后的氣體的密度，利用一種模型來確定泵的速度.
20. 權(quán)利要求19的系統(tǒng)，還包括水分離器，用于去除再循環(huán)后氣體中的水，所述控制器利用經(jīng)過水分離器后的壓力降、經(jīng)過再循環(huán)回路 中管道系統(tǒng)后的壓力降、以及所測得的壓力來計算經(jīng)過電池堆的陽極 側(cè)后的壓力降。
全文摘要
控制燃料電池系統(tǒng)中陽極側(cè)再循環(huán)泵的系統(tǒng)和方法?；陬A(yù)先確定的添加到再循環(huán)后的陽極氣體中新鮮氫的比值來控制燃料電池系統(tǒng)中陽極再循環(huán)回路中再循環(huán)泵的速度。該系統(tǒng)利用一種模型來確定經(jīng)過燃料電池堆的再循環(huán)后氣體的體積流量，從而基于所測得的再循環(huán)后氣體的溫度、所測得的經(jīng)過再循環(huán)泵后的壓力降、經(jīng)過電池堆的陽極入口和出口后的壓力降、再循環(huán)后氣體中氫的百分比、以及再循環(huán)后氣體的密度來確定再循環(huán)速率。
文檔編號H01M8/24GK101599547SQ20091014051
公開日2009年12月9日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者B·巴亞塞, V·福曼斯基 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司