用于获得和使用燃料电池发动机的极化性能的机载控制系统和方法与流程

本公开涉及用于从燃料电池发动机上获得燃料电池发动机极化性能的系统和方法。

背景技术：

1、通常测量燃料电池的性能以确定其能量和电压输出。用于测试燃料电池性能的最常用方法之一是使用极化曲线。极化曲线或i-v曲线显示了给定电流密度负载下燃料电池的电压输出。因此，极化性能（i-v曲线）是燃料电池发动机的控制系统的最重要的值之一，其可以用于确定燃料电池的阴极（空气）、阳极（氢气）和热子系统（冷却剂）的负载电流和相应的控制参数。

2、常规地，通过测试方法评估的实际极化性能难以获得，并且这种信息的缺失可能会对燃料电池发动机（fce）的控制产生有害的影响。例如，极化性能曲线目前是用稳压器和/或恒电位仪获得的，所述稳压器和/或恒电位仪是一种从燃料电池汲取固定电流并测量燃料电池输出电压的仪器。通过缓慢“增加”稳压器上的负载，可以确定燃料电池的电压响应。如果稳压器不可用，可以利用从燃料电池确定电流/电压关系的更原始的方法。例如，人员可以采用几种不同类型的小电阻作为负载，并且测量万用表上的电压输出。然而，这种方法也不理想。因此，经由常规方法使用极化曲线来测试燃料电池有几个缺点。

3、首先，虽然燃料电池的i-v曲线是一个综合结果，但它缺乏特异性，因为它取决于环境条件（温度、湿度、海拔和大气成分）、运行条件（动态负载、启动/关闭、冷启动（freezestartup）等）、耐久性衰减和燃料电池变化。这种特异性的缺失反映在i-v曲线不能模拟真实应用场景的电压和/或性能要求。第二，以上描述的用于获得聚合曲线的方法牵涉用来获得燃料电池发动机性能数据的台架（bench）实验。在延长的时间间隔内进行测量的大量台架实验的性能消耗大量的资源，诸如时间、金钱和劳动力，这导致系统效率低下。

4、因此，需要用于从fce上基本实时地获得和调整燃料电池发动机的聚合性能的系统和方法。

技术实现思路

1、包括本公开的实施例以满足这些和其他需求。在本文描述的一个方面，一种用于获得燃料电池发动机的聚合性能的方法包括以下步骤：从燃料电池控制单元（fcu）向燃料电池发动机（fce）输送负载电流，在向fce输送负载电流的整个过程中测量工作电流和电压，将测量的工作电流和电压输送回fcu，在聚合性能曲线上绘制工作电流和电压测量值，以及调整从fcu输送到fce的负载电流。测量是在燃料电池发动机上获得的。

2、在一些实施例中，该方法可以进一步包括基于测量的工作电流和电压更新与fcu相关联的控制系统的一个或多个参数。在一些实施例中，控制系统的一个或多个参数可以进一步包括阴极（空气）、阳极（氢气）和热子系统（冷却剂）的运行参数。在一些实施例中，一个或多个参数可以基本上即时更新。

3、在一些实施例中，该方法可以进一步包括基于环境条件，诸如温度、湿度、海拔和大气成分，运行条件，诸如动态负载、启动/关闭或冷启动，耐久性衰减或燃料电池变化中的一个或多个，来调整聚合性能曲线。

4、在一些实施例中，负载电流的输送可以是持续时间的函数。在一些实施例中，该方法可以进一步包括将与fce通信的电池组的充电状态维持在能够适应该持续时间下的输出能量的值。在一些实施例中，步进时间间隔的每个持续时间的范围可以从近似约5分钟到约10分钟。在一些实施例中，每个时间间隔时的电流可以保持基本相同，以产生电流输送随时间推移的步进式增加。

5、在一些实施例中，该方法可以进一步包括使用测量的工作电流和电压来确定作为电流的函数的堆平均电压，用于绘制工作电流和电压测量值。

6、在一些实施例中，可以在向fce输送负载电流的整个过程中测量工作电流和电压。在一些实施例中，测量工作电流和电压、将测量的工作电流和电压输送回fcu以及调整输送到fce的负载电流可以在fce的整个生命周期中重复进行。

7、在一些实施例中，聚合性能曲线可以被优化以适合与fce相关联的载具。在一些实施例中，聚合性能曲线可以从加载直到最大电压的近似30分钟绘制。在一些实施例中，聚合性能曲线可以自动且连续地更新。在一些实施例中，聚合性能曲线可以约每六个月更新。

8、在本公开的第二方面，一种用于获得燃料电池系统的聚合性能的系统包括负载、与负载的一部分通信的燃料电池发动机（fce）、向fce提供负载电流的燃料电池控制单元（fcu）、与fce通信以测量其一个或多个参数的一个或多个传感器、以及与fcu或fce中的一个或多个通信的控制系统。该控制系统具有自适应机制，并且该自适应机制被配置成获得和更新fce的极化性能。极化性能的更新在fce上发生，并且基本上是实时的。

9、在一些实施例中，负载可以进一步包括电机和电池组。在一些实施例中，一个或多个传感器可以进一步包括电压传感器或电流传感器。在一些实施例中，传感器可以被配置成在向fce输送负载电流的整个过程中测量工作电流和电压。在一些实施例中，可以从fce上基于各种环境条件（温度、湿度、海拔和大气成分）、运行条件（动态负载、启动/关闭、冷启动等）、耐久性衰减和燃料电池变化来更新极化性能。在一些实施例中，控制系统可以被配置成调整阴极（空气）、阳极（氢气）或热子系统（冷却剂）的运行参数。在一些实施例中，调整可以基本上即时发生。

技术特征：

1.一种用于获得燃料电池发动机的聚合性能的方法，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于测量的工作电流和电压更新与fcu相关联的控制系统的一个或多个参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其中基本上即时更新所述一个或多个参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其中负载电流的输送是持续时间的函数。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括将与所述fce通信的电池组的充电状态维持在能够适应该持续时间下的输出能量的值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中每个时间间隔时的电流保持基本相同，以产生电流输送随时间推移的步进式增加。

7.根据权利要求5所述的方法，其中步进时间间隔的每个持续时间的范围从近似约5分钟至约10分钟。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括使用测量的工作电流和电压来确定作为电流的函数的堆平均电压，用于绘制工作电流和电压测量值。

9.根据权利要求1所述的方法，其中测量工作电流和电压、将测量的工作电流和电压输送回fcu、以及调整输送到fce的负载电流在fce的整个生命周期中重复进行。

10.根据权利要求1所述的方法，其中聚合性能曲线被自动和连续地更新。

11.一种用于获得燃料电池发动机的聚合性能的系统，包括：

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述一个或多个传感器还包括电压传感器或电流传感器。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述极化性能可以从fce上基于各种环境条件（温度、湿度、海拔和大气成分）、运行条件（动态负载、启动/关闭、冷启动等）、耐久性衰减和燃料电池变化来更新。

14.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制系统可以被配置成调整阴极（空气）、阳极（氢气）或热子系统（冷却剂）的运行参数。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述调整基本上即时发生。

技术总结
本公开涉及用于从机载燃料电池发动机上获得燃料电池发动机极化性能的系统和方法。燃料电池极化性能可以用于更新燃料电池的极化性能，以反映实际工作循环下的性能。更具体地，本公开涉及通过控制系统获得和使用燃料电池发动机的极化性能（I‑V曲线），以调整子系统的一个或多个参数，从而控制燃料电池发动机在实际工作循环下的准确性和合时性、可靠性和耐久性。

技术研发人员：纪光霁,李名剑
受保护的技术使用者：康明斯新能源动力（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11