專利名稱：一種燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)及估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及燃料電池的輸出狀態(tài)估計(jì)技術(shù)。
背景技術(shù)：
燃料電池在實(shí)際使用過程中，其輸出能力通常受到多方面因素影響，現(xiàn)有技術(shù)中， 缺乏輸出狀態(tài)合理有效的估計(jì)方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種燃料電池堆輸出狀態(tài)的估計(jì)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種燃料電池輸出狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)，包括燃料電池堆、燃料電 池堆負(fù)載、燃料電池堆管理單元和燃料電池堆輸出控制單元，燃料電池堆通過線路向負(fù)載 供電，燃料電池堆輸出控制單元通過控制線控制燃料電池堆的輸出，燃料電池堆管理單元 包括燃料電池堆單電池電壓檢測(cè)單元、燃料電池堆輸出電流檢測(cè)單元、燃料電池堆輸出電 壓檢測(cè)單元和燃料電池堆通訊單元，燃料電池堆管理單元通過燃料電池堆單電池電壓檢測(cè) 單元、燃料電池堆輸出電流檢測(cè)單元和燃料電池堆輸出電壓檢測(cè)單元獲取數(shù)據(jù)，并通過燃 料電池通訊單元與燃料電池堆輸出控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其特征在于所述燃料電池堆管 理單元還包括燃料電池堆參數(shù)記錄單元和燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)單元，所述燃料電池堆 參數(shù)記錄單元存儲(chǔ)燃料電池堆出廠極化曲線和燃料電池堆運(yùn)行數(shù)據(jù)，所述燃料電池堆輸出 狀態(tài)估計(jì)單元接受燃料電池堆單電池電壓檢測(cè)單元、燃料電池堆輸出電流檢測(cè)單元和燃料 電池堆輸出電壓檢測(cè)單元傳輸來的信號(hào)，燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)單元與燃料電池堆參數(shù) 記錄單元和燃料電池堆通訊單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，依據(jù)據(jù)估計(jì)方法作出估計(jì)。
本發(fā)明所述一種燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)的估計(jì)方法，其特征在于所述估計(jì) 方法包括以下步驟
a、測(cè)試并記錄燃料電池堆出廠的極化曲線及燃料電池堆出廠時(shí)的最大輸出功率 Pmax，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在燃料電池堆管理單元的燃料電池堆參數(shù)記錄單元；
b、標(biāo)定燃料電池堆在實(shí)際使用工況下的電壓平均衰減速率Vt，并存儲(chǔ)在燃料電池 堆管理單元的燃料電池堆參數(shù)記錄單元；
C、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并在燃料電池堆管理單元的燃料電池堆參數(shù)記錄單元存儲(chǔ)燃料電池 堆的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間Ttotal，
d、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)燃料電池堆的輸出電流I、總電壓V和每節(jié)燃料電池的電壓；
e、燃料電池堆估計(jì)單元根據(jù)預(yù)置估計(jì)方法和燃料電池堆單電池電壓檢測(cè)單元、燃 料電池堆輸出電流檢測(cè)單元、燃料電池堆輸出電壓檢測(cè)單元和燃料電池堆參數(shù)記錄單元傳 輸來的數(shù)據(jù)，估計(jì)燃料電池堆輸出狀態(tài)；
f、燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)方法為根據(jù)燃料電池堆參數(shù)記錄單元存儲(chǔ)的燃料 電池堆出廠的極化曲線和燃料電池堆輸出電流檢測(cè)單元傳輸來的當(dāng)前燃料電池堆輸出電流I，計(jì)算出當(dāng)前燃料電池堆按出廠的極化曲線應(yīng)有的輸出電壓值V0，然后測(cè)算當(dāng)前燃料 電池輸出電流I下，燃料電池理論最大輸出功率Prnaxl，即Pmaxl = (VO-VtXTtotal) X I， 再根據(jù)燃料電池輸出電流檢測(cè)單元和燃料電池輸出電壓檢測(cè)單元傳輸來的當(dāng)前燃料電池 輸出電流I和燃料電池輸出電壓V計(jì)算燃料電池當(dāng)前輸出功率P，即P = VX I，最后依據(jù) 燃料電池理論最大輸出功率Pmaxl和燃料電池當(dāng)前輸出功率P，估計(jì)當(dāng)前燃料電池的輸出 狀態(tài)S，即實(shí)際輸出占理想輸出的百分比S，即S = P/Pmaxl X 100 ；根據(jù)燃料電池堆出廠時(shí) 最大功率下的輸出電流Imax計(jì)算當(dāng)前燃料電池堆理論最大輸出功率Pmax2，即Pmax2 = (Vmax-VtXTtotal) X Imax，則近似估計(jì)當(dāng)前燃料電池堆的最大輸出能力Pmax3，即Pmax3 =Pmax2XS。
本發(fā)明的有益效果是可以實(shí)時(shí)近似估計(jì)燃料電池堆的運(yùn)行狀態(tài)，可以作為燃料電 池堆輸出狀態(tài)估計(jì)和系統(tǒng)控制的依據(jù)。


本發(fā)明共有附圖二幅，其中
圖1是本發(fā)明燃料電池堆輸出狀態(tài)的估計(jì)系統(tǒng)的原理框圖，
圖2是燃料電池堆出廠的極化曲線的示意圖。
附圖中，100、燃料電池堆，200、燃料電池堆電流傳感器，300、燃料電池堆負(fù)載繼電 器，400、燃料電池堆負(fù)載，500、燃料電池堆管理單元，501、燃料電池堆單電池電壓檢測(cè)單 元，502、燃料電池堆輸出電流檢測(cè)單元，503、燃料電池堆輸出電壓檢測(cè)單元，504、燃料電池 堆參數(shù)記錄單元，505、燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)單元，506、燃料電池堆通訊單元，600、燃料 電池堆輸出控制單元。
具體實(shí)施方式
以40kw燃料電池堆的狀態(tài)估計(jì)為例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
燃料電池堆輸出狀態(tài)的估計(jì)系統(tǒng)包括燃料電池堆100、燃料電池堆負(fù)載400、燃料 電池堆管理單元500和燃料電池堆輸出控制單元600，燃料電池堆100通過線路向燃料電池 堆負(fù)載400供電，燃料電池堆輸出控制單元600通過控制線控制燃料電池堆100的輸出，燃 料電池堆管理單元500包括燃料電池堆單電池電壓檢測(cè)單元501、燃料電池堆輸出電流檢 測(cè)單元502、燃料電池堆輸出電壓檢測(cè)單元503和燃料電池堆通訊單元506，燃料電池堆管 理單元500從燃料電池堆100獲取管理單元需要的數(shù)據(jù)，并通過燃料電池堆通訊單元506 與燃料電池堆輸出控制單元600進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，燃料電池堆管理單元500還包括燃料電池 堆參數(shù)記錄單元504和燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)單元505，燃料電池堆參數(shù)記錄單元504存 儲(chǔ)燃料電池堆出廠極化曲線和燃料電池堆運(yùn)行數(shù)據(jù)，燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)單元505接 收燃料電池單電池電壓檢測(cè)單元501、燃料電池堆輸出電流檢測(cè)單元502和燃料電池輸出 電壓檢測(cè)單元503傳輸來的信號(hào)，燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)單元505與燃料電池堆參數(shù)記 錄單元504和燃料電池堆通訊單元506進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，依據(jù)據(jù)估計(jì)方法作出估計(jì)。
具體估計(jì)如下
a、測(cè)試并記錄燃料電池堆100出廠的極化曲線及燃料電池堆100出廠時(shí)的最大輸 出功率Pmax，極化曲線如圖2所示，最大輸出功率Pmax為40kw，根據(jù)極化曲線測(cè)算的理想
權(quán)利要求
1.一種燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)，包括燃料電池堆(100)、燃料電池負(fù)載000)、 燃料電池堆管理單元(500)和燃料電池堆輸出控制單元(600)，燃料電池堆(100)通過線 路向負(fù)載(400)供電，燃料電池堆輸出控制單元(600)通過控制線控制燃料電池堆(100) 的輸出，燃料電池堆管理單元(500)包括燃料電池堆單電池電壓檢測(cè)單元(501)、燃料電池 堆輸出電流檢測(cè)單元(502)、燃料電池堆輸出電壓檢測(cè)單元(50 和燃料電池堆通訊單元 (506)，燃料電池堆管理單元(500)通過燃料電池堆單電池電壓檢測(cè)單元(501)、燃料電池 堆輸出電流檢測(cè)單元(50 和燃料電池堆輸出電壓檢測(cè)單元(50 獲取數(shù)據(jù)，通過燃料電 池堆通訊單元(506)與燃料電池堆輸出控制單元(600)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其特征在于所述燃 料電池堆管理單元(500)還包括燃料電池堆參數(shù)記錄單元(504)和燃料電池堆輸出狀態(tài)估 計(jì)單元(505)，所述燃料電池堆參數(shù)記錄單元(504)存儲(chǔ)燃料電池堆出廠極化曲線和燃料 電池堆運(yùn)行數(shù)據(jù)，所述燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)單元(50 接受燃料電池堆單電池電壓檢 測(cè)單元(501)、燃料電池堆輸出電流檢測(cè)單元(50 和燃料電池堆輸出電壓檢測(cè)單元(503) 傳輸來的信號(hào)，燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)單元(50 與燃料電池堆參數(shù)記錄單元(504)和 燃料電池堆通訊單元(506)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，依據(jù)據(jù)估計(jì)方法作出估計(jì)。
2.權(quán)利要求1所述一種燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)的估計(jì)方法，其特征在于所述估 計(jì)方法包括以下步驟a、測(cè)試并記錄燃料電池堆出廠的極化曲線及燃料電池堆出廠時(shí)的最大輸出功率Pmax， 將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在燃料電池堆管理單元(500)的燃料電池堆參數(shù)記錄單元(504)；b、標(biāo)定燃料電池堆在實(shí)際使用工況下的電壓平均衰減速率Vt，存儲(chǔ)在燃料電池堆管理 單元(500)的燃料電池堆參數(shù)記錄單元(504)；c、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并在燃料電池堆管理單元(500)的燃料電池堆參數(shù)記錄單元(504)存儲(chǔ)燃 料電池堆的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間Ttotal ；d、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)燃料電池堆的輸出電流I、總電壓V和每節(jié)燃料電池的電壓；e、燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)單元(50 根據(jù)預(yù)置估計(jì)方法和燃料電池堆單電池電 壓檢測(cè)單元(501)、燃料電池堆輸出電流檢測(cè)單元(502)、燃料電池堆輸出電壓檢測(cè)單元 (503)和燃料電池堆參數(shù)記錄單元(504)傳輸來的數(shù)據(jù)，估計(jì)燃料電池堆的輸出狀態(tài)；f、燃料電池堆輸出狀態(tài)估計(jì)方法為根據(jù)燃料電池堆參數(shù)記錄單元(504)存儲(chǔ)的 燃料電池堆出廠的極化曲線和燃料電池堆輸出電流檢測(cè)單元(50 傳輸來的當(dāng)前燃料 電池堆輸出電流I，計(jì)算出當(dāng)前燃料電池堆按出廠的極化曲線應(yīng)有的輸出電壓值V0， 然后測(cè)算當(dāng)前燃料電池輸出電流I下，燃料電池理論最大輸出功率Pmaxl，即Pmaxl = (VO-VtXTtotal) XI，再根據(jù)燃料電池輸出電流檢測(cè)單元(50 和燃料電池輸出電壓檢 測(cè)單元(503)傳輸來的當(dāng)前燃料電池輸出電流I和燃料電池輸出電壓V計(jì)算燃料電池當(dāng) 前輸出功率P，即P = VX I，最后依據(jù)燃料電池理論最大輸出功率Pmaxl和燃料電池當(dāng)前 輸出功率P，判斷當(dāng)前燃料電池的輸出狀態(tài)S，即實(shí)際輸出占理論輸出的百分比，即S = P/ Pmaxl X 100，根據(jù)燃料電池堆出廠時(shí)最大功率下的輸出電流Imax計(jì)算當(dāng)前燃料電池堆理 論最大輸出功率Pmax2，即Pmax2 = (Vmax-VtXTtotal) X Imax,則近似估計(jì)當(dāng)前燃料電池 堆的最大輸出能力Pmax3，即Pmax3 = Pmax2XS。
全文摘要
一種燃料電池堆的輸出狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)及估計(jì)方法，包括燃料電池堆、燃料電池負(fù)載、燃料電池管理單元和燃料電池輸出控制單元，燃料電池管理單元還包括燃料電池堆參數(shù)記錄單元和燃料電池堆狀態(tài)估計(jì)單元，燃料電池輸出狀態(tài)估計(jì)單元依據(jù)燃料電池理論最大輸出功率Pmax1和燃料電池當(dāng)前輸出功率P，估計(jì)當(dāng)前燃料電池的輸出狀態(tài)S(實(shí)際輸出占理想輸出的百分比S，即S＝P/Pmax1×100)和最大輸出能力Pmax3。本發(fā)明的有益效果是可以實(shí)時(shí)近似估計(jì)燃料電池堆的運(yùn)行狀態(tài)和當(dāng)前的最大輸出能力，可以作為燃料電池輸出狀態(tài)估計(jì)和系統(tǒng)控制的依據(jù)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102035000SQ201010563639
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者侯中軍, 呂顏輝, 戚朋, 李加良, 王克勇 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司