專利名稱：燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的動態(tài)電壓抑制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種為燃料電池堆中的燃料電池確定最大電池電壓的系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及一種為燃料電池堆中的燃料電池確定最大電池電壓的系統(tǒng)和方法，其包括確定燃料電池催化劑的氧化狀態(tài)，使得在燃料電池系統(tǒng)工作期間能夠調(diào)節(jié)最大堆電壓設(shè)定點(diǎn)(set-point)，從而使鉬催化劑表面積損失最小化。
背景技術(shù)：
氫是一種非常有吸引力的燃料，因?yàn)樗乔鍧嵉牟⑶夷軌蛴糜谠谌剂想姵刂懈咝У禺a(chǎn)生電能。氫燃料電池是電化學(xué)設(shè)備，其包括陽極和陰極以及位于其間的電解質(zhì)。陽極接收氫氣，陰極接收氧氣或空氣。氫氣在陽極催化劑處被離解而產(chǎn)生自由質(zhì)子和電子。質(zhì)子通過電解質(zhì)到達(dá)陰極。質(zhì)子與氧和電子在陰極催化劑處起反應(yīng)生成水。來自陽極的電子不能夠穿過電解質(zhì)，因而在被送到陰極之前直接通過負(fù)載以做功。質(zhì)子交換膜型燃料電池(PEMFC)是一種用于車輛的常見燃料電池。PEMFC通常包括固體聚合物電解質(zhì)質(zhì)子導(dǎo)電膜，例如全氟磺酸膜。陽極和陰極典型地，但不總是，包括細(xì)分的催化劑顆粒，通常是高活性催化劑，例如鉬(Pt)，其典型地被碳顆粒承載并且與離聚物混合。催化混合物被沉積于膜的相對面上。陽極催化混合物、陰極催化混合物與膜的組合限定出膜電極組件(MEA)。膜電極組件制造費(fèi)用相對昂貴，并且需要一定的條件來有效工作。典型地，若干燃料電池被組合在燃料電池堆中以產(chǎn)生所要求的功率。例如，用于車輛的典型燃料電池堆可以具有200個或更多個堆疊的燃料電池。燃料電池堆接收陰極反應(yīng)物輸入氣體，典型地為利用壓縮機(jī)推動通過堆的空氣流。并非全部氧被堆消耗掉，并且一些空氣作為陰極排氣被輸出，其可包括作為堆副產(chǎn)品的水。燃料電池堆還接收流入堆陽極側(cè)的陽極氫反應(yīng)物輸入氣體。燃料電池堆典型地包括一系列雙極板，其置于堆內(nèi)的若干MEA之間，其中雙極板和MEA被放置于兩個端板之間。雙極板包括用于堆內(nèi)相鄰燃料電池的陽極側(cè)和陰極側(cè)。陽極氣體流動區(qū)域被設(shè)置在雙極板的陽極側(cè)，其允許陽極反應(yīng)物氣體流向相應(yīng)的MEA。陰極氣體流動區(qū)域被設(shè)置在雙極板的陰極側(cè)，其允許陰極反應(yīng)物氣體流向相應(yīng)的MEA。一個端板包括陽極氣流通道，另一個端板包括陰極氣流通道。雙極板和端板由導(dǎo)電材料制成，例如不銹鋼或?qū)щ姀?fù)合材料。端板將由燃料電池生成的電傳導(dǎo)出堆。雙極板也包括冷卻流體流經(jīng)其中的流動通道。眾所周知，典型的燃料電池堆在堆的壽命周期內(nèi)將有電壓損耗或退化。可以確信， 燃料電池堆退化尤其是堆內(nèi)的燃料電池電壓循環(huán)的結(jié)果。當(dāng)鉬催化劑顆粒用于增強(qiáng)低電位狀態(tài)與高電位狀態(tài)之間的電化學(xué)反應(yīng)過渡時發(fā)生電壓循環(huán)，其促進(jìn)顆粒分解。顆粒分解導(dǎo)致活性表面積的損失和性能退化。許多因素影響與電壓循環(huán)有關(guān)的鉬顆粒表面積內(nèi)的相對損失，包括峰值堆電壓， 溫度，堆濕度，電壓循環(huán)動力學(xué)，等等。較低的堆電壓設(shè)定點(diǎn)提供更大的保護(hù)以防止退化， 但是更高的堆電壓設(shè)定點(diǎn)提供提高的系統(tǒng)效率。因此，對各種燃料電池系統(tǒng)的控制經(jīng)常要求堆至少在最小功率水平下工作，使得在至少一種情況下，電池電壓防止上升過高，因?yàn)轭l繁的電壓循環(huán)到高電壓會導(dǎo)致陰極和陽極電解質(zhì)的活性鉬表面積的減小，如上述討論的一樣。典型地，在已知的燃料電池系統(tǒng)內(nèi)，使用固定的電壓限制來設(shè)定堆最小功率水平，以防止不期望的電壓循環(huán)。例如，典型的電壓抑制策略可使用固定的電壓設(shè)定點(diǎn)，例如850-900mV，并且防止堆電壓上升超過上述值。如果燃料電池功率控制器不要求功率， 或者要求最小的功率，需要維持電池電壓水平處于或低于固定電壓設(shè)定點(diǎn)的由堆產(chǎn)生的功率被提供給某些源，在其中使用或耗散功率。例如，過量功率可被用來為燃料電池系統(tǒng)車輛內(nèi)的高壓電池充電。受讓給本申請的受讓人并通過引用并入本文的公布于2006年7月 6 日的名禾爾為《Reduction of Voltage Loss Caused by Voltage Cycling by Use of A Rechargeable Electric Storage Device》的美國專利申請公開 No. US2006/014770 Al，公開了一種為車輛電池充電的燃料電池系統(tǒng)，從而將電池電壓維持在預(yù)定的固定電壓設(shè)定點(diǎn)以下。如果電壓設(shè)定點(diǎn)相對較高，那么系統(tǒng)可以經(jīng)常為電池充電，這可能導(dǎo)致電池電量經(jīng)常處于其的最大狀態(tài)。如果電池處于它的最大電量并且不可能接收更多的充電功率，那么控制器可導(dǎo)致過量的功率被耗散到其他部件中，例如電阻，以熱量的形式來維持電池電壓在最大電壓設(shè)定點(diǎn)之下，這將導(dǎo)致浪費(fèi)氫燃料從而影響系統(tǒng)效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了考慮了燃料電池中催化劑的氧化，在燃料電池堆中為燃料電池確定最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的系統(tǒng)和方法。該方法包括確定平均電池電壓，堆電流密度⑴和燃料電池內(nèi)的膜的內(nèi)部電阻(R)來計(jì)算頂校正的平均電池電壓。然后，使用例如經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停擁斝Ｕ钠骄姵仉妷罕挥脕泶_定催化顆粒的氧化狀態(tài)。然后，顆粒的氧化狀態(tài)被用于計(jì)算燃料電池的最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)，該設(shè)定點(diǎn)被用于設(shè)定燃料電池堆所要求的最小功率。通過下面的描述和所附的權(quán)利要求，結(jié)合附圖，本發(fā)明的附加特征將變得明顯。本發(fā)明還提供如下技術(shù)方案1. 一種在燃料電池堆中為燃料電池確定平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的方法，所述方法包括確定所述平均電池電壓處于或是接近第一平均電池電壓水平；允許所述燃料電池的平均電池電壓從所述第一平均電池電壓水平快速升至第二平均電池電壓水平；確定所述燃料電池內(nèi)的催化劑的氧化狀態(tài)；和基于所述催化劑的氧化狀態(tài)促使所述平均電池電壓從所述第二電壓水平緩慢升至第三平均電池電壓水平。2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中允許所述燃料電池的平均電池電壓快速升至第二平均電池電壓水平包括響應(yīng)于所述燃料電池堆上的低功率要求，允許所述燃料電池的平均電池電壓快速上升。3.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中確定所述燃料電池內(nèi)的催化劑的氧化狀態(tài)包括基于所述平均電池電壓、堆電流密度(I)和電池膜電阻(R)來確定頂校正的電壓，和使用所述頂校正的平均電池電壓來確定所述催化劑的氧化狀態(tài)。4.根據(jù)技術(shù)方案3所述的方法，其中確定所述催化劑的氧化狀態(tài)包括使用堆溫度和膜濕度結(jié)合所述頂校正的電壓來確定所述催化劑的氧化狀態(tài)。5.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中確定所述催化劑的氧化狀態(tài)包括使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述催化劑是鉬。7.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述第二平均電池電壓水平大約是850mV，所述第三平均電池電壓水平大約是900mV。8. 一種在燃料電池堆中為燃料電池確定最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的方法，所述方法包括使用所述平均電池電壓、堆電流密度⑴和膜電阻(R)確定頂校正的平均電池電壓；基于所述頂校正的電壓確定所述燃料電池內(nèi)的催化劑的氧化狀態(tài)；和基于所述催化劑的氧化狀態(tài)來確定最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)。9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中確定所述最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)包括設(shè)定電壓設(shè)定點(diǎn)為第一平均電池電壓水平，之后促使所述平均電池電壓緩慢斜坡升至第二平均電池電壓水平。10.根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其中所述第二平均電池電壓水平大約是850mV， 所述第三平均電池電壓水平大約是900mV。11.根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中確定所述催化劑的氧化狀態(tài)包括使用堆溫度和膜濕度結(jié)合所述頂校正的電壓來確定所述催化劑的氧化狀態(tài)。12.根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中確定所述催化劑的氧化狀態(tài)包括使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?3.根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中所述催化劑是鉬。14. 一種在燃料電池堆中為燃料電池確定最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于使用所述平均電池電壓、堆電流密度⑴和膜電阻(R)來確定頂校正的平均電池電壓的裝置；用于所述基于頂校正的電壓來確定所述燃料電池內(nèi)的催化劑的氧化狀態(tài)的裝置；和用于基于所述催化劑的氧化狀態(tài)來確定所述最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的裝置。15.根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中用于確定所述最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的裝置設(shè)定電壓設(shè)定點(diǎn)為第一平均電池電壓水平，和之后促使所述平均電池電壓緩慢斜坡升至第二平均電池電壓水平。16.根據(jù)技術(shù)方案15所述的系統(tǒng)，其中所述第二平均電池電壓水平大約是850mV， 所述第三平均電池電壓水平大約是900mV。17.根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中用于確定所述催化劑的氧化狀態(tài)的裝置使用堆溫度和膜濕度結(jié)合所述頂校正的電壓來確定所述催化劑的氧化狀態(tài)。18.根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中用于確定所述催化劑的氧化狀態(tài)的裝置使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?9.根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中所述催化劑是鉬。


圖1是燃料電池系統(tǒng)的簡化方框圖；圖2是水平軸表示時間、左垂直軸表示平均電池電壓和右垂直軸表示由燃料電池功率系統(tǒng)提供的最小功率要求的曲線圖；和圖3是考慮了燃料電池堆工作期間的電池催化劑氧化狀態(tài)，用于確定和使用燃料電池堆的最小要求功率值的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例的下面討論涉及在燃料電池堆中為燃料電池確定最大電池電壓設(shè)定點(diǎn)的系統(tǒng)和方法，其包括確定燃料電池催化劑的氧化狀態(tài)以最小化鉬催化劑表面積損失，這本質(zhì)上僅為示例性的，并且絕不旨在對本發(fā)明或者其應(yīng)用或者使用進(jìn)行限制。例如， 本發(fā)明的系統(tǒng)和方法具有在燃料電池車輛上的燃料電池堆中估計(jì)燃料電池的電壓設(shè)定點(diǎn)的特定應(yīng)用，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到的，用于估計(jì)峰值堆電壓的系統(tǒng)和方法將具有為其他燃料電池堆和其它設(shè)備提供應(yīng)用。電壓循環(huán)導(dǎo)致的燃料電池內(nèi)的鉬顆粒的氧化在電池電解質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生鈍化層，鈍化層將阻止顆粒進(jìn)入溶液和被吸收到膜中。換句話說，燃料電池內(nèi)的鉬顆粒的氧化降低了催化劑表面積減小的可能性，這將減小電池退化。盡管此處的討論涉及的催化劑是鉬，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解到，其他金屬也能夠作為催化劑使用，并且催化劑可以是各種濃度、顆粒尺寸、載體材料等。相信發(fā)生在MEA內(nèi)的兩個競爭反應(yīng)導(dǎo)致的燃料電池堆MEA內(nèi)的鉬催化劑發(fā)生損失，其通過以下方程式(1)和方程式( 定義。Pt+H20 — PtOH+H++e-(1)Pt —Pt2++2e_(2)相信方程式O)的反應(yīng)對催化劑造成破壞，但是相信方程式(1)的反應(yīng)保護(hù)催化齊U。在高燃料電池電壓電位發(fā)生的兩個反應(yīng)，例如電壓大于0. 7V時并且特別地電池電壓大于0.9V時。方程式(1)的反應(yīng)在較低的電位開始，并且進(jìn)行得要比方程式O)的反應(yīng)緩慢許多，方程式⑵的反應(yīng)在高電壓電位時進(jìn)行得非常快，例如，當(dāng)電位大于0.85時。本發(fā)明提出了一種工藝，該工藝減少了或阻止了方程式O)的反應(yīng)，但同時利于方程式(1)的反應(yīng)。一種算法被提出，這種算法使用模型來監(jiān)控PtOH的水平從而控制電池電壓電位，并且通過將電位和/或電位變化率封頂(capping)保持電位為低(小于0. 85V),直到PtOH水平足夠高使得阻止方程式O)的反應(yīng)。一旦PtOH的水平為高，能夠允許電池電壓升高而不會大面積地?fù)p壞催化劑?；陔姵仉妷簹v史、鉬顆粒氧化水平與氧化速率和電池電壓的估計(jì)，該算法確定在燃料電池系統(tǒng)工作過程期間在各種時間的最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)。更具體地，基于該點(diǎn)當(dāng)時的鉬顆粒氧化水平，電池的電壓設(shè)定點(diǎn)可以被促使從某些較低的電壓值以某些預(yù)定的速率斜坡升高(ramp up)到相對較高的電壓值。因此，當(dāng)堆上的功率要求降低并且電池電壓升高時，被用于為電池充電或被耗散到其他設(shè)備的堆功率量會隨著鉬顆粒被允許氧化， 電池電壓增長至某些最大電壓水平設(shè)定點(diǎn)而減小。下面將要詳細(xì)討論，本發(fā)明包括一種方法，該方法在燃料電池系統(tǒng)工作期間可周期性地估計(jì)燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的燃料電池堆的峰值堆電壓(peak stack voltage)，其包括確定鉬氧化狀態(tài)。該評估的峰值堆電壓允許堆電壓設(shè)定點(diǎn)選擇性地被設(shè)為足夠低以防止鉬催化劑表面積損失，并可以為足夠高從而提供堆運(yùn)行效率。通常而言，給定某個點(diǎn)實(shí)時的某些堆條件，算法估計(jì)出目標(biāo)最大平均電池電壓(MAV)，并使用該MAV和現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)的寄生現(xiàn)象(parasitics)，該算法估計(jì)出最小凈功率(minimum net power)，該最小凈功率是燃料電池系統(tǒng)預(yù)期燃料電池功率系統(tǒng)所要求的。并非在所有條件下降低MAV，本發(fā)明提出在高預(yù)期的損壞率的條件下使用較低的初始MAV，然后升高M(jìn)AV到穩(wěn)定狀態(tài)最大值。圖1是燃料電池系統(tǒng)10的簡化方框圖，其包括燃料電池堆12，其中堆12包括一系列燃料電池30。壓縮機(jī)14沿陰極輸入線16提供氣流到燃料電池堆12的陰極側(cè)，并從堆12 中沿陰極排氣線18輸出陰極排氣。燃料電池堆12的陽極側(cè)沿陽極輸入線22從氫氣源20 接收氫氣，并從堆12中沿陽極排氣線M排出陽極排氣。組件32(例如高電壓電池)被提供作為由堆12產(chǎn)生的功率的負(fù)載，來維持電池電壓位于或低于預(yù)期的最大設(shè)定點(diǎn)，如這里所討論的。監(jiān)控設(shè)備26監(jiān)控燃料電池堆12內(nèi)的電池30的電壓，控制器觀控制系統(tǒng)10工作，包括計(jì)算平均電池電壓和生成電池30的最大電壓設(shè)定點(diǎn)，這些將在下面詳細(xì)討論。燃料電池系統(tǒng)10意圖代表任何適用于此處所討論的工藝的燃料電池系統(tǒng)，包括陽極再循環(huán)系統(tǒng)，陽極流切換系統(tǒng)，等等。圖2是一個曲線圖，水平軸代表時間，左垂直軸代表平均電池電壓，右垂直軸代表提供到燃料電池功率系統(tǒng)的最小功率。曲線40示出了一段時間上的平均電池電壓，曲線42 示出了將提供到燃料電池功率系統(tǒng)(其將提供平均電池電壓)的最小功率。由曲線段44 所表征的平均電池電壓是低平均電池電壓，系統(tǒng)10關(guān)閉、系統(tǒng)10位于高功率狀態(tài)或者系統(tǒng) 10工作在陰極化學(xué)計(jì)量方法1時會導(dǎo)致出現(xiàn)低平均電池電壓。在點(diǎn)46處，當(dāng)堆12所要求的功率變低和平均電池電壓增加時，算法允許平均電池電壓沿曲線段48快速上升至降低的平均電池電壓點(diǎn)50，例如850mV，其低于電壓閾值，在該電壓閾值處由于電壓循環(huán)會導(dǎo)致出現(xiàn)鉬顆粒的明顯分解。因而，有限的電池退化出現(xiàn)，不過有限的鉬顆粒氧化會開始出現(xiàn)。 換句話說，位于點(diǎn)50的電壓被選擇為剛好低于發(fā)生催化劑分解的電壓，但其中該電壓足夠高使得堆12不產(chǎn)生被低效使用的大功率。通常，在電壓點(diǎn)50處催化劑的氧化過程開始發(fā)生，并且隨著電池電壓的增長，催化劑的氧化區(qū)域?qū)阅承┧俾试鲩L，這取決于系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，包括特定的催化劑，其中增長率可能是線性的，也可能不是。之后，從點(diǎn)50開始，算法促使平均電池電壓沿曲線段52緩慢升至位于點(diǎn)M的最大目標(biāo)平均電池電壓。點(diǎn)M處的目標(biāo)電池電壓是穩(wěn)定狀態(tài)最大平均電池電壓，該最大平均電池電壓在低系統(tǒng)功率要求中是被期望的。點(diǎn)M處的電壓可以被選擇為預(yù)期的相對的高電壓，例如，900mV，此處由于電壓循環(huán)而將發(fā)生催化劑退化，但堆12將不會生成以其他方式低效使用的大功率，如上所述。在電池電壓到達(dá)點(diǎn)M處的臨界退化電壓之前，沿著斜坡緩慢上升到預(yù)期的目標(biāo)電壓給了鉬顆粒氧化時間。在電壓沿著段52緩慢斜坡上升期間，可能要比平均電池電壓被允許立即到達(dá)穩(wěn)態(tài)電壓需要耗散更多的堆功率，但是由于氧化鉬顆粒的退化減少。在點(diǎn)56處，當(dāng)要求功率上升瞬變時，平均電池電壓沿曲線段58下降。曲線 42示出了在高平均電池電壓期間堆12所要求的最小功率。在大部分正常系統(tǒng)工作期間，燃料電池堆12并非處于持續(xù)不變的低電壓。如果堆 12已經(jīng)處于較高的電壓，能夠使用較小侵害性(aggressive)的初始MAV。達(dá)到上述目的最簡單的方法就是將MAV設(shè)置為陰極鉬氧化物(PtOH)覆蓋區(qū)域的函數(shù)。通過知曉鉬氧化狀態(tài)，系統(tǒng)10的電壓控制能夠選擇性地確定最大平均電池電壓值能夠設(shè)定的各種電壓值，和可選擇性地確定對于該氧化水平而言，升到所預(yù)期的穩(wěn)態(tài)電池電壓的斜坡上升速率。作為平均電池電壓函數(shù)的經(jīng)驗(yàn)動態(tài)PtOH模型，能夠根據(jù)該目的進(jìn)行開發(fā)，這將被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。該P(yáng)tOH模型的初始輸入可以是IR(電流-電阻)校正的平均電池電壓，其等于堆電流乘以電池電阻，加上平均電池電壓，此處堆電阻可以被測量或被估計(jì)。陰極相對濕度和堆溫度也能夠與校正的電壓一起作為輸入來使用，以生成更精確的鉬氧化狀態(tài)。對鉬氧化物覆蓋區(qū)域的估計(jì)可以是基于經(jīng)驗(yàn)的，也可以在形式上更多地是基于原理的。圖3是一個用于確定和使用燃料電池堆12的所要求的最小功率值的流程圖60，其考慮了燃料電池30內(nèi)的催化劑的氧化狀態(tài)，如上所述。在框62處，該算法任何合適的技術(shù) (其中許多技術(shù)為本領(lǐng)技術(shù)人員所理解)，通過各種測量和/或估計(jì)過程來確定和/或獲取平均電池電壓、堆電流密度和電池30的膜的內(nèi)部電阻。在框64處，該算法使用這些值來計(jì)算堆12內(nèi)的燃料電池30的頂校正的平均電池電壓，如上所述。之后，在框66處，該算法使用頂校正的平均電池電壓來確定鉬或其他催化劑的氧化狀態(tài)。如果要求，其他參數(shù)(例如堆溫度、膜濕度等等)也可以被用來確定鉬的氧化狀態(tài)。之后，在框68處，該算法使用鉬的氧化狀態(tài)來確定堆12內(nèi)的燃料電池30的最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)。該電壓設(shè)定值可以是允許鉬顆粒進(jìn)一步發(fā)生氧化的任何電壓，此處，電壓設(shè)定點(diǎn)能夠如上所述的沿坡度上升， 這依賴催化劑的氧化狀態(tài)。之后，在框70處，該電壓設(shè)定點(diǎn)被用于確定燃料電池堆12所要求的最小功率，使得從堆12提取的功率促使燃料電池30在該電壓設(shè)定點(diǎn)工作。之后，由堆 12生成的功率，超過車輛正常工作所要求的部分，在框72處將被用于為電池充電或者耗散到系統(tǒng)10的一些部件中，這取決于功率值和其他因素。前述的討論僅僅公開和描述了本發(fā)明的示例性的實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會容易地認(rèn)識到通過這樣的討論和所附的附圖以及權(quán)利要求，在不偏離下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可對本發(fā)明作出各種改變、改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種在燃料電池堆中為燃料電池確定平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的方法，所述方法包括確定所述平均電池電壓處于或是接近第一平均電池電壓水平；允許所述燃料電池的平均電池電壓從所述第一平均電池電壓水平快速升至第二平均電池電壓水平；確定所述燃料電池內(nèi)的催化劑的氧化狀態(tài)；和基于所述催化劑的氧化狀態(tài)促使所述平均電池電壓從所述第二電壓水平緩慢升至第三平均電池電壓水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中允許所述燃料電池的平均電池電壓快速升至第二平均電池電壓水平包括響應(yīng)于所述燃料電池堆上的低功率要求，允許所述燃料電池的平均電池電壓快速上升。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述燃料電池內(nèi)的催化劑的氧化狀態(tài)包括基于所述平均電池電壓、堆電流密度⑴和電池膜電阻(R)來確定頂校正的電壓，和使用所述頂校正的平均電池電壓來確定所述催化劑的氧化狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中確定所述催化劑的氧化狀態(tài)包括使用堆溫度和膜濕度結(jié)合所述頂校正的電壓來確定所述催化劑的氧化狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述催化劑的氧化狀態(tài)包括使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述催化劑是鉬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二平均電池電壓水平大約是850mV，所述第三平均電池電壓水平大約是900mV。
8.一種在燃料電池堆中為燃料電池確定最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的方法，所述方法包括使用所述平均電池電壓、堆電流密度⑴和膜電阻(R)確定頂校正的平均電池電壓；基于所述頂校正的電壓確定所述燃料電池內(nèi)的催化劑的氧化狀態(tài)；和基于所述催化劑的氧化狀態(tài)來確定最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中確定所述最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)包括設(shè)定電壓設(shè)定點(diǎn)為第一平均電池電壓水平，之后促使所述平均電池電壓緩慢斜坡升至第二平均電池電壓水平。
10.一種在燃料電池堆中為燃料電池確定最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于使用所述平均電池電壓、堆電流密度(I)和膜電阻(R)來確定頂校正的平均電池電壓的裝置；用于所述基于頂校正的電壓來確定所述燃料電池內(nèi)的催化劑的氧化狀態(tài)的裝置；和用于基于所述催化劑的氧化狀態(tài)來確定所述最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的動態(tài)電壓抑制。具體地，在燃料電池堆內(nèi)為燃料電池確定一最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法考慮了燃料電池內(nèi)的催化劑的氧化過程。該方法包括確定平均電池電壓、堆電流密度(I)和燃料電池內(nèi)的膜的內(nèi)部電阻(R)，來計(jì)算IR校正的平均電池電壓。之后，該IR校正的平均電池電壓基于，例如，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停挥脕泶_定催化劑顆粒的氧化狀態(tài)。之后，顆粒的氧化狀態(tài)被用作計(jì)算燃料電池的最大平均電池電壓設(shè)定點(diǎn)，該設(shè)定點(diǎn)用于設(shè)定燃料電池堆所要求的最小功率值。
文檔編號H01M8/04GK102437354SQ201110398890
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者B·A·利蒂爾, J·P·薩爾瓦多, T·A·格雷什勒 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司