专利名称：用以提高燃料电池系统寿命的备用模式的自适应限制的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及用于在燃料电池堆老化时降低燃料电池堆的备用模式事件的频率的系统和方法，且更特定地涉及通过如下方式来用于在燃料电池堆老化时降低燃料电池堆的备用模式事件的频率的系统和方法，即通过确定不可逆的堆电压损失且从中评估电压降级率是否过高，其中在堆的额定使用寿命结束前期望电压衰减到预先确定的极限以下。
背景技术：
氢因为其清洁性且可用于有效地在燃料电池内产生电力而是非常有吸引力的燃料。氢燃料电池是包括其间带有电解质的阳极和阴极的电化学装置。阳极接收氢气且阴极接收氧气或空气。氢气在阳极内分离以产生自由的质子和电子。质子通过电解质到达阴极。质子在阴极内与氧以及电子反应以产生水。来自阳极的电子不能通过电解质，且因此在电子被送到阴极之前被弓I导通过负载以做功。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是用于车辆的通用的燃料电池。PEMFC —般地包括固体聚合物电极质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极和阴极典型地包括支承在碳微粒上且与离聚物混合的磨碎的催化微粒，通常为钼(Pt)。催化混合物沉积在膜的相对两侧上。阳极催化混合物、阴极催化混合物和膜的组合形成了膜电极组件(MEA)。MEA的制造相对昂贵且其有效运行要求一定的条件。数个燃料电池典型地组合在一个燃料电池堆中以生成希望的电力。例如，用于车辆的典型的燃料电池堆可具有两百个或更多的堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入反应气体，典型地为通过压缩机被促使通过堆的空气流。并非所有的氧都被堆消耗，且空气的一些作为可包括作为堆副产物的水的阴极排气输出。燃料电池堆也接收流到堆的阳极侧内的阳极氢反应气体。堆也包括流动通道，冷却流体通过所述流动通道流动。燃料电池堆包括一系列定位在堆内的数个MEA之间的双极板，其中双极板和MEA定位在两个端板之间。双极板包括用于堆内的相邻的燃料电池的阳极侧和阴极侧。阳极气体流动通道提供在双极板的阳极侧上而允许阳极反应气体流动到各自MEA。阴极气体流动通道提供在双极板的阴极侧上而允许阴极反应气体流动到各自MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，且另一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由导电材料制成，例如由不锈钢或导电复合物制成。端板将由燃料电池生成的电导出到堆外。双极板也包括流动通道，冷却流体流过所述流动通道。当燃料电池系统处于停用模式，例如当燃料电池车辆在停止信号灯处停止时，其中燃料电池堆不生成动力以运行系统装置，阴极空气和氢气一般地仍被提供到燃料电池堆，且堆生成输出动力。在燃料电池堆处于停用模式时将氢气提供到燃料电池堆一般是浪费的，因为在此条件下运行堆不产生非常多的有用功。因此，在此停用条件期间一般地希望降低堆输出功率和电流消耗以改进系统燃料效率。对于这些和其他的燃料电池系统运行条件，可能希望将系统置于备用模式，其中系统消耗非常低的功率或不消耗功率，所使用的燃料的量最小且系统可快速地从备用模式恢复以增加系统效率且降低系统的降级。2010年3月12日提交的授予本申请的受让人的且在此通过引用合并的名为“Standby Mode for Optimization of Efficiency inDurability of a Fuel Cell Vehicle Application” 的美国专利申请序列号 12/723，261披露了用于将车辆上的燃料电池系统置于备用模式以保存燃料的此类型的一个已知方法。在燃料电池系统的运行中存在多种导致堆性能的永久损失的机制，例如催化剂活性的损失，催化剂载体腐蚀和在电池膜中形成小孔。然而，存在其他可导致基本上可逆的堆电压损失的机制，例如电池膜变干、催化剂氧化物形成和在堆的阳极侧和阴极侧上污染物的堆积。在现有技术中已知去除氧化物形成和污染物的堆积，以及使电池膜补水，以恢复燃料电池堆内的电池电压损失。2009年10月16日提交的授予本申请的受让人的且在此通过引用合并的名为 “Automated Procedure For Executing In-Situ Fuel Cell StackReconditioning”的美国专利申请序列号12/580，912披露了用于修复燃料电池堆以恢复可逆的电压损失的一个这样的过程。燃料电池内的膜需要具有充分的水含量使得穿过膜的离子阻力足够低以有效地传导质子。膜的润湿可来自堆的水副产物或外部的润湿。通过堆的流动通道的反应剂的流动具有对于电池膜的干燥效应，在反应剂流动的入口处最明显。然而，在流动通道内的水滴的累积可能防止反应剂流过，且可能导致电池因为低的反应气体流动而失效，因此影响堆的稳定性。水在反应气体流动通道内以及在气体扩散层(GDL)内的累积特别地在低的堆输出负载是麻烦的。燃料电池堆的湿运行，即以高的润湿量的运行，对于系统性能和污染物移除是希望的。然而，存在多种原因以更低的润湿来运行燃料电池堆。例如，湿运行可能由于水的累积导致燃料电池的稳定性问题，且也可能导致引起碳腐蚀的阳极缺气(anodestarvation)。另外，湿运行可能在结冰的条件下因为液态水在燃料电池堆内的不同位置处冻结而是成问题的。为在预计的堆使用寿命结束(EOL)或使用寿命终结(EOS)下满足车辆加速和爬坡能力要求，堆电压必须维持在预先确定的极限以上。永久的堆电压损失主要涉及阴极电极性能的失去，这又取决于电压循环特征。如果堆电压向O伏特下降而燃料电池系统进入备用模式时，在燃料电池系统离开备用模式之后的随后的堆电压升高由于催化剂活性的损失而导致一些不可逆的电压降级。由于其操作行为，车辆驾驶员的小的子组可能导致加速的燃料电池堆降级率，从而导致在车辆的目标寿命结束时的不可接受的性能。相比之下，已显示大多数燃料电池车辆操作者的驾驶特征使得其车辆循环通过备用模式的次数足够低而使得由于如上所述的电压循环导致的燃料电池降级不足以导致在堆的目标使用寿命结束前的不可接受的性能损失。驾驶恶劣的驾驶员如果在车辆怠速时不被允许进入备用模式则可能经历更差的燃料经济性。对于车辆寿命和峰值系统效率的优化-包括实现备用模式-对于当前的燃料电池系统是不可能的。
发明内容
根据本发明的教示，披露了在燃料电池堆老化且经历较低性能时，如果需要，用于降低堆备用模式事件的频率的系统和方法。方法在预先确定的时间间隔处确定燃料电池堆的不可逆的电压损失且基于不可逆的电压损失确定堆电压降级变量。方法也确定堆电压降级变量是否指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压要求，且如果堆电压降级变量指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压要求则计算燃料电池堆的最大允许的电压降级率。方法计算了可被允许以防止堆超过最大允许的降级率的每单位时间的备用模式事件的最大数量，且基于计算的备用模式事件的最大数量控制备用模式事件的数量。本发明提供以下技术方案:
1.一种用于控制燃料电池系统内的燃料电池堆的备用模式事件数量的方法，其中备用模式事件将燃料电池堆置于低电力状态，所述方法包括:
在预先确定的时间间隔处确定燃料电池堆的不可逆的电压损失；
基于不可逆的电压损失确定当前的堆电压降级变量；
确定当前的堆电压降级变量是否指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求；
如果堆电压降级变量指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压要求则计算将满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求的燃料电池堆的最大允许的电压降级率；
计算每单位时间的最大备用模式事件数量，其可被允许以防止堆超过最大允许的电压降级率；和
基于计算的每单位时间的最大备用模式事件数量控制备用模式事件数量。2.根据方案I所述的方法，其中确定不可逆堆电压损失包括估计限定了堆电流和堆电压之间的关系的堆极化曲线。3.根据方案2所述的方法，其中估计堆极化曲线包括估计在最大堆电流密度下的堆极化曲线。4.根据方案I所述的方法，其中确定不可逆堆电压损失包括仅在堆电压恢复过程被执行而补偿了可逆堆电压损失之后预先确定的时间段内确定不可逆的堆电压损失。5.根据方案I所述的方法，其中确定不可逆堆电压损失包括仅在已发生预先确定的堆运行小时的最小数量之后确定不可逆堆电压损失。6.根据方案I所述的方法，其中计算最大备用模式事件数量包括将最大备用模式事件数量计算为全循环备用模式事件数量除以堆运行时间的小时。7.根据方案I所述的方法，其中控制备用模式事件数量包括将最大备用模式事件数量与当前的备用模式事件数量进行比较。8.根据方案7所述的方法，其中控制备用模式事件数量包括将备用模式事件的当前数量除以最大备用模式事件数量以获得极限值的分数，将极限值的分数转化为备用模式事件之间的最小运行时间，将备用模式事件之间的最小运行时间和基于最大允许的备用模式事件的因数相乘。9.根据方案I所述的方法，其中控制备用模式事件数量包括防止备用模式事件的发生。10.一种用于控制燃料电池系统内的燃料电池堆的备用模式事件数量的方法，其中备用模式事件将燃料电池堆置于低电力状态，所述方法包括: 在预先确定的时间间隔处确定燃料电池堆的不可逆的电压损失，包括估计限定了堆电流和堆电压之间的关系的堆极化曲线，其中估计堆极化曲线包括在最大堆电流密度下估计堆极化曲线，且其中确定不可逆堆电压损失包括仅在补偿了可逆堆电压损失的堆电压恢复过程被执行之后预先确定的时间段内确定不可逆堆电压损失；
基于不可逆的电压损失确定当前的堆电压降级变量；
确定当前的堆电压降级变量是否指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求；
如果堆电压降级变量指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压要求则计算将满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求的燃料电池堆的最大允许的电压降级率；
计算每单位时间的最大备用模式事件数量，其可被允许以防止堆超过最大允许的电压降级率；和
基于计算的每单位时间的最大备用模式事件数量来控制备用模式事件数量，包括将最大备用模式事件数量与当前的备用模式事件数量进行比较。11.根据方案10所述的方法，其中确定不可逆的堆电压损失包括仅在已发生预先确定的堆运行小时的最小数量之后确定不可逆堆电压损失。12.根据方案10所述的方法，其中计算最大备用模式事件数量包括将备用模式事件的最大数量计算为全循环备用模式事件数量除以堆运行时间的小时。13.根据方案10所述的方法，其中控制备用模式事件数量包括将备用模式事件的当前数量除以最大备用模式事件数量以获得极限值的分数，将极限值的分数转化为备用模式事件之间的最小运行时间，将备用模式事件之间的最小运行时间和基于最大允许的备用模式事件的因数相乘。14.一种用于控制燃料电池系统内的燃料电池堆的备用模式事件数量的控制系统，其中备用模式事件将燃料电池堆置于低电力状态，所述控制系统包括:
用于在预先确定的时间间隔处确定燃料电池堆的不可逆的电压损失的装置；
用于基于不可逆的电压损失确定当前的堆电压降级变量的装置；
用于确定当前的堆电压降级变量是否指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求的装置；
用于如果堆电压降级变量指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压要求则计算将满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求的燃料电池堆的最大允许的电压降级率的装置；
用于计算可被允许以防止堆超过最大允许的电压降级率的每单位时间的最大备用模式事件数量的装置；和
用于基于计算的每单位时间的最大备用模式事件数量控制备用模式事件数量的装置。15.根据方案14所述的控制系统，其中用于确定不可逆的堆电压损失的装置估计限定了堆电流和堆电压之间的关系的堆极化曲线。16.根据方案15所述的控制系统，其中用于确定不可逆的堆电压损失的装置在最大堆电流密度下估计堆极化曲线。17.根据方案14所述的控制系统，其中用于确定不可逆的堆电压损失的装置仅在补偿了可逆堆电压损失的堆电压恢复过程被执行之后预先确定的时间段内确定不可逆堆电压损失。18.根据方案14所述的控制系统，其中用于计算最大备用模式事件数量的装置将备用模式事件的最大数量计算为全循环备用模式事件数量除以堆运行时间的小时。19.根据方案14所述的控制系统，其中用于控制备用模式事件数量的装置将最大备用模式数量与当前备用模式事件数量进行比较。20.根据方案19所述的控制系统，其中控制备用模式事件数量将当前的备用模式事件数量除以最大备用模式事件数量以获得极限值的分数，将极限值的分数转化为备用模式事件之间的最小运行时间，将备用模式事件之间的最小运行时间和基于最大允许的备用模式事件的因数相乘。本发明的另外的特征将从如下描述和附带的权利要求中结合附图变得显见。
图1是燃料电池系统的简单的示意性方框 图2是控制系统的方框 图3是以小时为横轴且以平均电池电压为纵轴的曲线图，所述曲线图示出了在高的堆电流强度下在燃料电池堆的寿命范围内的平均电池电压；和图4是用于限制燃料电池堆备用模式事件的系统的方框图。
具体实施例方式针对基于估计的不可逆堆电压降级而降低燃料电池堆备用的频率的燃料电池系统的本发明的实施例的如下论述在本质上仅是示例性的，且决不意图于限制本发明或其应用或使用。例如，本发明具有用于车辆上的燃料电池系统的特定应用。然而，如本领域技术人员将认识到的，本发明的系统和方法可具有其他应用。图1是包括燃料电池堆12的燃料电池系统10的示意性方框图。压缩机14例如通过润湿阴极输入空气的水蒸汽传输(WVT)单元18在阴极输入管线16上将空气流提供到燃料电池堆12的阴极侧。阴极排气在阴极排气管线20上从堆12输出，所述阴极排气管线20将阴极排气引导到WVT单元18，以提供湿气使阴极输入空气湿润。旁通管线22围绕WVT单元18设置以将阴极排气的一些或全部绕过WVT单元18引导。在替代实施例中，旁通管线22可以是入口旁通管线。旁通阀24设置在旁通管线22内且被控制以选择地将阴极排气再引导通过或绕过WVT单元18，以将希望量的湿气提供到阴极输入空气。在替代实施例中，可不要求旁通管线22。燃料电池堆12从氢源26接收氢，所述氢源26使用注射器30通过阳极输入管线28将氢气注入到燃料电池堆12的阳极侧。阳极排气从燃料电池堆12在再循环管线32上输出，所述再循环管线32通过将阳极排气提供到可作为注射器/喷射器工作的注射器30而将阳极排气再循环回到阳极输入，对于本领域技术人员而言是熟知的。注射器/喷射器的一个合适的例子在授予本申请的受让人的且在此通过引用合并的名为“Combination ofInjector-Ejector for Fuel Cell Systems”的美国专利 N0.7，320，840 中被描述。在替代实施例中，管线32的再循环功能可通过泵或压缩机而作为注射器/喷射器的替代来执行。如在现有技术中很好地理解的，氮在堆12的阳极侧累积，这降低了这里的氢浓度且影响了系统10的性能。放气阀34设置在再循环管线32内以周期地将排气和液体放出以从阳极子系统移除氮。放出的阳极废气在放气管线36上提供到阴极排气管线20。当燃料电池系统10运行时，燃料电池电极的污染可导致堆电压降低，但电压可通过使用称为电压恢复的从电极移除污染物的技术来运行堆12而得以恢复，所述技术例如在’912申请中披露。电压恢复功能以频繁的运行间隔来调理堆12以从电极移除导致可逆电压损失的污染物。本发明建议了当燃料电池堆12老化且经历较低性能时，如果需要，用于降低以备用模式运行燃料电池系统10的频率的系统和方法，使得燃料电池堆12可满足或超过其希望的寿命结束时的性能标准。方法根据堆极化曲线的估计来确定不可逆的堆电压损失且从中评价电压降级率是否过高，其中在堆12的额定的使用寿命结束前预期电压衰减到预先确定的极限以下。如在现有技术中已熟知的，堆极化曲线是系统控制器在燃料电池堆运行期间为进行堆功率控制而确定的堆电流和电压之间的关系，其中该关系随着堆老化而改变。在现有技术中已知多种用于确定堆极化曲线的技术，例如见2008年7月31日公开的授予本申请的受让人的且在此通过引用合并的名为“Algorithm for Online AdaptivePolarization Curve Estimation of a Fuel Cell Stack” 的美国专利申请公开 N0.2008/0182139。如果电压降级率被确定为过高，则系统10确定在一定的时间段内，例如每小时，可发生的备用模式事件的数量，以满足堆寿命结束要求。方法然后使用允许的备用值限制每时间段的备用模式事件数量，以降低不可逆的电压降级率。图2是用于监测燃料电池堆12的性能、基于此性能确定每单位时间段可允许发生多少次备用模式事件、且然后如果当前的备用模式事件发生率过高而不能满足希望的堆寿命结束性能则限制可发生的备用模式事件数量的控制过程40的流程图。控制过程40包括确定不可逆的堆电压损失的堆性能预测器(SPP) 42。在一个非限制性实施例中，SPP 42估计对于燃料电池堆12的堆极化曲线以确定电压损失。极化曲线估计基于车内堆的性能，且使用在运行条件范围上的性能数据或关于有限的当前堆密度范围的数据，例如，最大堆电流密度，例如1.5 A/cm2。在替代实施例中，堆性能可通过在特定的评估协议期间评估催化剂特征来估计。在预先确定的适应评估间隔处，将表示了当前堆电压降级和降级率的电压降级变量用于确定是否要求最大备用模式频率限制。电压降级值存储在存储器内，所述值在电池断开或发动机控制模块再编程(闪存)的情况中被保存，且每当最大备用频率限制被更新时对于新的运行间隔被重置。取决于运行条件和环境，系统10可能需要周期地修理以使用电压恢复过程再次获得可恢复的或可逆的电池电压损失。如果使用间歇电池电压恢复策略，则不可逆的堆电压损失的确定要求SPP 42执行堆性能估计以确定在电压恢复过程完成之后的例如10小时的预先确定的标定周期内的电压降级变量。此外，因为在堆寿命开始时的加速的降级，备用模式事件的数量的控制或限制将仅在例如1000小时的最小的堆运行时间之后开始，且经历在堆性能评估间隔之间的最小时间。图3是以小时为单位的时间为横轴且以毫伏(mV)为单位的堆12内的燃料电池的平均电池压力为纵轴的曲线图。曲线60表示随时间变化的平均电池压力，如通过SPP 42中的极化曲线估计过程所确定的。线62、64和66是执行电压恢复过程以恢复堆12的可逆电压损失的堆12的运行期间的时间。如上所述，SPP42将确定在恢复过程的一些时间段内例如在点68、70和72处的电压降级变量，使得通过SPP42仅估计不可逆的电压损失。一旦SPP42确定了电压降级变量，则过程40然后在方框44处确定最大备用模式事件频率。过程40首先在方框46处确定是否满足再计算备用模式事件的最大数量的启动标准。启动标准之一是堆电压预测是否精确地反映了可恢复电压损失被去除的堆电压。另一个启动标准是自上次最大备用计算执行以来经历了足够的时间。如果满足启动标准，则过程40确定最大允许的电压降级率变量，这将允许堆12在方框48处实现其寿命结束电压性能。最大允许电压降级率根据可能仍在EOS之前损失的要求的剩余总电压除以车辆使用寿命内的要求的剩余时间量来计算和更新。在适应评估间隔处，最大允许的电压降级率变量将用于确定是否要求最大备用频率限制适应。使用最大允许的电压降级率变量，过程40然后在方框50处计算对于时间段的最大允许的备用模式事件的数量作为将满足计算的最大可允许电压降级率的降低的备用模式事件频率值，其中备用模式频率值通过全循环备用模式事件的数量除以每小时的堆运行而确定。通过将最大允许的电压降级率变量结合基于运行假定和系统利用的无备用的电压降级率的估计值和计划的备用的电压降级率来计算此频率。降低的备用模式事件频率值应降低电压降级率以满足最小EOS电池电压。最大备用模式频率值将存储在存储器内而在电池断开期间被保存且被限制到最小和最大标定值。过程40然后基于来自方框50的允许的备用模式事件的最大数量在方框52处控制备用模式事件的数量。允许的备用模式计算在方框54处完成，且基于确定的允许的备用模式事件的最大数量和在方框56处的每小时的备用模式事件的当前数量。在此例子中，如在下文中更详细地论述的，将每小时备用模式事件的当前数量和最大允许的每小时备用模式事件的数量进行比较，且随着备用模式事件的数量变得接近极限时，在备用模式事件之间的最小运行时间增加，使得不会超过最大阈值。图4是流程图80，示出了用于基于在方框54处确定的当前的最大备用模式事件数量来确定每小时允许的备用模式事件数量的过程。将来自方框56的当前的每小时运行时间的备用模式事件数量提供在方框82处，且将来自方框50的计算的允许的备用模式事件的最大数量提供在方框84处，且将它们在方框86处相除以得出极限值分数。在方框90处将最大允许的每运行时间备用模式事件数量反转为备用事件之间的平均允许的时间。在方框88处，例如通过如下的表I，将备用极限值的分数被转换为备用模式事件之间的最小运行时间，使得随着备用极限的分数增加时，备用模式因数之间的最小运行时间也以平滑的速率增加。在方框92处，在备用事件之间的平均允许的时间乘以备用模式因数之间的最小运行时间以得出备用模式事件之间所要求的时间。然后在方框94处将来自方框92的备用模式事件之间的此最小运行时间与在方框96处提供的备用模式事件之间的标定的标称最小时间进行比较，这在方框98处选择二者中的较大者作为备用模式事件之间的最小运行时间。如果实际备用模式事件频率大于最大备用模式事件频率极限，那么，只要自从实际备用频率变量的最后重置以来尚未发生全备用循环的最小数量，则允许的系统备用模式事件将被超过，系统可获得的负载不再允许抑制电池电压，且触发并激活原位电压恢复运行。在此情况中，由于进入备用模式的降级可能小于不进入备用模式的降级，且因此不希望限制备用频率。作为使用用于流程图80的过程的替代，降低备用模式事件频率的另一个策略是仅允许特定类型的备用模式。一些类型的备用模式关闭了更多的附件而以系统重启时间为代价节约了另外的电力，这已知为非动态备用。非动态备用可在车辆停止时或在车辆以低速运行时实施。一些实施例仅在操作者已将车辆置于停驻时允许备用模式，因此通过消除在车辆移动时的备用事件而降低了备用模式电压循环的总数。降低备用发生的另一个方式是调整总车辆混合动力策略。确定何时进入备用模式事件的成本函数优化参数被改变为更不经常地过渡到备用模式。如果在成本函数内存在堆耐久性项，则其增益可增加使得备用模式将是更高的成本。表I
权利要求
1.一种用于控制燃料电池系统内的燃料电池堆的备用模式事件数量的方法，其中备用模式事件将燃料电池堆置于低电力状态，所述方法包括: 在预先确定的时间间隔处确定燃料电池堆的不可逆的电压损失； 基于不可逆的电压损失确定当前的堆电压降级变量； 确定当前的堆电压降级变量是否指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求； 如果堆电压降级变量指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压要求则计算将满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求的燃料电池堆的最大允许的电压降级率； 计算每单位时间的最大备用模式事件数量，其可被允许以防止堆超过最大允许的电压降级率；和 基于计算的每单位时间的最大备用模式事件数量控制备用模式事件数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定不可逆堆电压损失包括估计限定了堆电流和堆电压之间的关系的堆极化曲线。
3.根据权利要求2所述的方法，其中估计堆极化曲线包括估计在最大堆电流密度下的堆极化曲线。
4.根据权利要求1所述的方法，其中确定不可逆堆电压损失包括仅在堆电压恢复过程被执行而补偿了可逆堆电压损失之后预先确定的时间段内确定不可逆的堆电压损失。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定不可逆堆电压损失包括仅在已发生预先确定的堆运行小时的最小数量之后确定不可逆堆电压损失。
6.根据权利要求1所述的方法，其中计算最大备用模式事件数量包括将最大备用模式事件数量计算为全循环备用模式事件数量除以堆运行时间的小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其中控制备用模式事件数量包括将最大备用模式事件数量与当前的备用模式事件数量进行比较。
8.根据权利要求7所述的方法，其中控制备用模式事件数量包括将备用模式事件的当前数量除以最大备用模式事件数量以获得极限值的分数，将极限值的分数转化为备用模式事件之间的最小运行时间，将备用模式事件之间的最小运行时间和基于最大允许的备用模式事件的因数相乘。
9.一种用于控制燃料电池系统内的燃料电池堆的备用模式事件数量的方法，其中备用模式事件将燃料电池堆置于低电力状态，所述方法包括: 在预先确定的时间间隔处确定燃料电池堆的不可逆的电压损失，包括估计限定了堆电流和堆电压之间的关系的堆极化曲线，其中估计堆极化曲线包括在最大堆电流密度下估计堆极化曲线，且其中确定不可逆堆电压损失包括仅在补偿了可逆堆电压损失的堆电压恢复过程被执行之后预先确定的时间段内确定不可逆堆电压损失； 基于不可逆的电压损失确定当前的堆电压降级变量； 确定当前的堆电压降级变量是否指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求； 如果堆电压降级变量指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压要求则计算将满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求的燃料电池堆的最大允许的电压降级率； 计算每单位时间的最大备用模式事件数量，其可被允许以防止堆超过最大允许的电压降级率；和 基于计算的每单位时间的最大备用模式事件数量来控制备用模式事件数量，包括将最大备用模式事件数量与当前的备用模式事件数量进行比较。
10.一种用于控制燃料电池系统内的燃料电池堆的备用模式事件数量的控制系统，其中备用模式事件将燃料电池堆置于低电力状态，所述控制系统包括: 用于在预先确定的时间间隔处确定燃料电池堆的不可逆的电压损失的装置； 用于基于不可逆的电压损失确定当前的堆电压降级变量的装置； 用于确定当前的堆电压降级变量是否指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求的装置； 用于如果堆电压降级变量指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压要求则计算将满足预先确定的堆使用寿命结束电压性能要求的燃料电池堆的最大允许的电压降级率的装置； 用于计算可被允许以防止堆超过最大允许的电压降级率的每单位时间的最大备用模式事件数量的装置；和 用于基于计 算的每单位时间的最大备用模式事件数量控制备用模式事件数量的装置。
全文摘要
本发明涉及用以提高燃料电池系统寿命的备用模式的自适应限制。在燃料电池堆老化且经历较低性能时，如果需要，用于降低堆备用模式事件的频率的系统和方法。方法在预先确定的时间间隔处确定燃料电池堆的不可逆的电压损失且基于不可逆的电压损失确定了堆电压降级变量。方法也确定了堆电压降级变量是否指示了燃料电池堆将不满足预先确定的堆使用寿命结束电压要求且计算了燃料电池堆的最大允许的电压降级率。方法计算可被允许以防止堆超过最大允许的降级率的每单位时间的最大备用模式事件数量，且基于计算的最大备用模式事件数量控制备用模式事件的数量。
文档编号H01M8/04GK103199281SQ20131000324
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者D.I.哈里斯, D.R.勒布泽尔特, J.P.萨尔瓦多, W.H.珀蒂, A.乔扈里, E.G.海姆斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司