專利名稱：使用反饋偏流來同時控制低電池和整個堆電壓的功率管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種控制燃料電池堆(fuel cell stack)輸出 電流的方法，和更特別的，涉及一種方法，其用于如果最小電池電壓 或者堆電壓降低到預(yù)定的電壓設(shè)定點(diǎn)時，則立即降低燃料電池堆的輸 出電流，和如果最小電池電壓或者堆電壓增加到高于該設(shè)定點(diǎn)時，則 以受控的方式提高所允許的電流。
背景技術(shù)：
氫氣是一種非常吸引人的燃料，因?yàn)樗乔鍧嵉?，并且?夠用來在燃料電池中有效地產(chǎn)生電。氫氣燃料電池是一種電化學(xué)裝 置，其包括陽極和陰極以及處于其之間的電解質(zhì)。陽極接收氫氣，陰 極接收氧氣或者空氣。氫氣在陽極中解離來產(chǎn)生自由的氫質(zhì)子和電 子。氫質(zhì)子經(jīng)過電解質(zhì)流向陰極。氫質(zhì)子與陰極中的氧氣和電子進(jìn)行 反應(yīng)來產(chǎn)生水。來自陽極的電子不能通過電解質(zhì)，并因此在被送到陰 極之前，被引導(dǎo)通過負(fù)荷(load)來做功。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種流行的車輛用的燃 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 磺酸膜。陽極和陰極典型地包括細(xì)分的催化劑粒子，通常是鉑(Pt)， 其承栽在碳粒子上并且混合有離聚物。將該催化混合物沉積在膜的相 對兩側(cè)(opposing sides)。陽極催化混合物、陰極催化混合物和膜的組 合限定了膜電極組件(MEA)。 MEA的制造是相對昂貴的，并且需要一
些條件來有效工作。典型的是將幾個燃料電池結(jié)合到燃料電池堆中來產(chǎn)生期 望的功率。例如， 一種典型的車輛用的燃料電池堆可以具有二百個或
者更多的堆棧的(stacked)燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入氣體， 典型的是通過壓縮機(jī)驅(qū)動通過該堆的空氣流。并非全部的氧氣被堆所 消耗取出， 一些空氣被作為陰極廢氣而被輸出，其可以包括作為堆副 產(chǎn)物的水。燃料電池堆還接收流入到堆的陽極一側(cè)的陽極氫氣輸入氣 體。
燃料電池堆包括一系列的位于該堆中的幾個MEAs之間 的雙沖及板，在這里該雙極板和MEA位于兩個端板之間。雙極板包括 用于堆中鄰近的燃料電池的陽極側(cè)和陰才及側(cè)。在雙極板的陽極側(cè)上提 供陽極氣流通道來使得陽極反應(yīng)物氣體流向各自的MEA。在雙極板 的陰極側(cè)上提供陰極氣流通道來使得陰極反應(yīng)物氣體流向各自的 MEA。 一個端板包括陽極氣流通道，而另一個端板包括陰極氣流通道。 該雙極板和端板是由導(dǎo)電材料例如不銹鋼或者導(dǎo)電復(fù)合材料制成的。 端板將燃料電池所產(chǎn)生的電傳導(dǎo)到堆之外。如同本領(lǐng)域公知的那樣，如果最小電池電壓或者整個堆電 壓降低到預(yù)定值以下，那么電池電壓反轉(zhuǎn)(cell voltage reversal)變成可 能，這可能導(dǎo)致在MEA中的催化劑碳載體快速減少，最終降低了電 池電壓和整個體系的持久性和可靠性。例如，對于低于300mA的最 小電池而言，令人期望的是降低堆的電流輸出，因?yàn)樵摰托阅艿碾姵?可能產(chǎn)生大量的熱，并且如果該電池的電壓輸出低于0,則它將開始 腐蝕MEA中的碳。典型地， 一個重要的挑戰(zhàn)是保持最小堆電壓，并且在同時 允許非?？斓南蛏纤沧?up-transients)和堆的電流取出(current draw from the stack)。對于其中堆的電流取出必須被降低來避免過低的堆電 壓的那些情況而言， 一個挑戰(zhàn)是知道如何快速和平穩(wěn)地降低電流來避 免振蕩或者比所需的更大的功率的損失。此外， 一個挑戰(zhàn)是當(dāng)電池堆 恢復(fù)(recover)時，知道何時開始往回添加(add back)所允許的電流。如 果所添加的電流隨后將堆電壓再次降低，則避免振蕩的方法又是另外 的挑戰(zhàn)。存在有已知的技術(shù)來在堆電壓和/或最小電池電壓降低到 閾值以下時降低所允許的堆電流。 一種已知的技術(shù)使用模型化的電壓 /電流曲線，并完全基于預(yù)測的電壓/電流曲線斜率限制電流。這種做 法的問題是斜率經(jīng)常在它不需要的情況中介入(intervene)，典型地過 于苛刻，由此限制了瞬變速率。同樣已知的是在它應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)的情況中 沒有介入。另 一備選方案可以使用沒有偏壓的標(biāo)準(zhǔn)比例-積分(PI)控制 器，其中存在著所產(chǎn)生的誤差，其通過P和/增益(gain)放大從而降低 電流。這種沒有偏壓的做法的問題是如果在低電流時反饋電壓低于閾 值，則存在著一段時間，其中/ 和/增益正降低來自最大的系統(tǒng)電流的電流，但是沒有降低實(shí)際的系統(tǒng)電流。作為結(jié)乘，當(dāng)它應(yīng)當(dāng)正在降 低時該電流可能升高，并失去了寶貴的介入時間。在提高這種做法的 響應(yīng)的努力中，嘗試著提高尸和/增益。但是它然后非常容易引發(fā)嚴(yán) 重的振蕩和/或過度的降低。當(dāng)該系統(tǒng)中的高電壓元件將停工來保護(hù)該 系統(tǒng)，將堆電壓閾值選擇為高于真實(shí)的最小堆電壓的某一值。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了一種控制燃料電池堆的電流輸 出來防止堆電壓或者最小燃料電池電壓降低到預(yù)定的電壓設(shè)定點(diǎn)以 下的方法?？刂贫央妷旱姆椒òù_定堆電壓是否已經(jīng)降低到預(yù)定的 電壓設(shè)定點(diǎn)，并且如果已經(jīng)降低到該設(shè)定點(diǎn)，則俘獲和保持在該點(diǎn)的 實(shí)際堆電流作為最大允許的堆電流。如果堆電壓繼續(xù)降低到該電壓設(shè) 定點(diǎn)以下，則從該實(shí)際電壓中減去該電壓設(shè)定點(diǎn)來得到正誤差信號 (positive error signal)。然后用該誤差信號乘以控制器增益(controller gains)來降低所允許的來自堆的電流，以驅(qū)使該誤差信號為零，并提 高堆電壓。如果堆電壓大于該電壓設(shè)定點(diǎn)，但是小于電壓閾值，則從 電壓設(shè)定點(diǎn)中減去實(shí)際的堆電壓來產(chǎn)生另一正誤差信號，將該信號乘 以控制器增益來提高所允許的堆電流，并驅(qū)使堆輸出電壓達(dá)到設(shè)定 點(diǎn)。用于最小燃料電池電壓的方法以同樣的方式操作，但是具有不同 的值。結(jié)合附圖，本發(fā)明另外的特征從下面的說明書和所附的權(quán) 利要求將變得顯而易見。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖，該系統(tǒng)使用控制燃料電池堆的電流輸出的控制器；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案的流程圖，其表示了一 種方法，該方法通過圖1所示的系統(tǒng)中的控制器的使用來降低和控制 燃料電池堆的電流輸出，響應(yīng)于降低到預(yù)定的電壓設(shè)定點(diǎn)以下的堆電
壓；和圖3是根椐本發(fā)明的一種實(shí)施方案的流程圖，其表示了一 種方法，該方法通過圖1的系統(tǒng)中的控制器的使用來降低和控制燃料
8電池堆的電流輸出，響應(yīng)于降低到預(yù)龍鉤電壓設(shè)定點(diǎn)以下的最小電池 電壓。
具體實(shí)施例方式下面的對本發(fā)明的實(shí)施方案的討論本質(zhì)上僅僅是示例性 的，并且目的絕非是對本發(fā)明或者它的應(yīng)用或用途進(jìn)行限制，所述的 本發(fā)明的實(shí)施方案涉及一種系統(tǒng)和方法，其用于降低和控制燃料電池 堆的電流輸出，響應(yīng)于降低到預(yù)定的電壓設(shè)定點(diǎn)以下的堆電壓或者最 小電池電壓。如同下面將要詳細(xì)討論的那樣，本發(fā)明提出了一種方法， 該方法用于如果堆電壓或者最小電池電壓降低到預(yù)定的電壓設(shè)定點(diǎn)， 降低所允許的燃料電池堆的電流輸出，然后隨著最小電池電壓或者堆 電壓開始恢復(fù)(recover)，選擇性地提高所允許的電流輸出。該方法包 括一旦堆電壓或者最小電池電壓達(dá)到電壓設(shè)定點(diǎn)時，就立即將所允許 的燃料電池堆的電流輸出降低到它的現(xiàn)有值(presentvalue)。然后，隨 著堆電壓或者最小電池電壓開始恢復(fù)，允許更多的電流以受控的方式 從該堆中取出(drawn)。這與控制燃料電池堆的堆電流的現(xiàn)有技術(shù)是不 同的，使用控制器的增益(gain)，當(dāng)最小電池電壓或者堆電壓達(dá)到設(shè) 定點(diǎn)時，控制燃料電池堆的堆電流將電流從它的正常最大值降低或者 將電流從零增加。圖1是包括燃料電池堆12的燃料電池系統(tǒng)IO的一般性結(jié) 構(gòu)圖。該系統(tǒng)IO還包括電池電壓監(jiān)控裝置M來監(jiān)控在燃料電池堆12 中的燃料電池的單個電壓輸出，并將該電壓信號提供給控制器16。此 外，控制器16接收來自燃料電池堆12的堆電壓信號。如同下面將要 詳細(xì)討論的那樣，控制器16控制所允許的燃料電池堆12的電流輸出， 響應(yīng)于下降到最小電池電壓設(shè)定點(diǎn)以下的燃料電池或者下降到最小 堆電壓設(shè)定點(diǎn)以下的堆電壓中的一個或者兩個?？刂破?6能夠通過 控制壓縮機(jī)18來控制燃料電池堆12的輸出電流，壓縮機(jī)18將陰極 榆入空氣提供到燃料電池堆12。圖2是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的流程圖30，其表示了 通過控制器16中的算法進(jìn)行的方法，該方法用于在堆電壓降低到預(yù) 定的閾值設(shè)定點(diǎn)例如220V以下時限制和控制燃料電池堆12的電流輸出。值220V是應(yīng)用'的具體^f,;斧直在這個實(shí)施方案中被選擇來與180V 的最小堆電壓(其中，系統(tǒng)10中的高電壓元件開始關(guān)閉)相關(guān)聯(lián)。 所迷的算法首先在框32處確定燃料電池模塊或者堆12是否處于正常 的運(yùn)行狀態(tài)。如果該燃料電池模塊處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，則該算法將 在判定菱形34處詢問堆輸出電壓是否大于230V。 230V被認(rèn)為是所 述系統(tǒng)的工作電壓(service voltage)的終點(diǎn)(end)。如果在判定菱形34處堆電壓不大于230V,那么算法將在 判定菱形36處詢問堆電壓是否大于220V,其是電壓設(shè)定點(diǎn)，用于限 制響應(yīng)于最小堆電壓的電流。如果在判定菱形36處該堆電壓大于 220V,那么所述的算法從實(shí)際的堆電壓中減去220V設(shè)定點(diǎn)來得到正 誤差信號，在框38處。在這一點(diǎn)時，燃料電池堆的輸出電壓仍然高 于220V設(shè)定點(diǎn)，其中仍然能夠從堆12提供更多的電流。在這個實(shí)例中，在框40處，在每個時間步長，用積分增 益/乘以誤差信號并加入到在先的總量來提高可得的電流。但是，第 一次將所述方法的這個部分用于堆輸出電壓的降低時(the first time through this part of the process for a drop in the stack output voltage),堆 12應(yīng)當(dāng)已經(jīng)處于最大允許的電流，因?yàn)殡妷哼€沒有降低到電壓設(shè)定點(diǎn) 220V。積分增益/加上(adds)電流直到誤差信號為零和堆電壓剛好是 220V,或者直到該堆的最大電流輸出是399A，堆12的預(yù)定的最大電 流，在框46處。積分增益/應(yīng)當(dāng)具有被最大負(fù)誤差除的最大爬坡速率 (ramp rate),例如10V或者50 A/s,在框48處。要注意的是在這種情 況中沒有比例增益i5。然后，在框50處，基于所討論的堆電壓，設(shè)定 所允許的最大電流，并且將該算法返回到框32來確定燃料電池模塊 是否仍然處于運(yùn)行狀態(tài)。如果，在判定菱形36處，堆電壓不大于220V設(shè)定點(diǎn)，則 該算法將在判定菱形42處確定堆電壓是否等于220V。在堆電壓達(dá)到 220V設(shè)定點(diǎn)時，此時在框44處俘獲和保持正從堆12中取出的電流， 并從所保持的電流中減去最大堆電流399A。這將是一個負(fù)數(shù)，其在 框46處加入到最大電流399A,目的是使得現(xiàn)在所存在的電流輸出為 來自堆12的最大所允許的電流。如果所述的電流正^皮添加(在它正升 高時)，如上面所討論的，在框48處，存在著關(guān)于電流能夠升高多快 的速率限制。[0021堆lfi^大電流輸出的任何下降是即鍵的(instant).此處 "即刻，，被定義為在一個時間步長中通過最大系統(tǒng)電流來降低電流的 能力。例如，如果最大電流是399A，系統(tǒng)時間步長是12.5ms，那么 對于待確保為(to be guaranteed)即刻的下降電流(down current)速率而 言，它將需要大于399/0.0125或者大于31920A/s。在框50處，最大 電流輸出和所計算的偏流之間的差值現(xiàn)在是基于堆電壓的所允許的 最大電流。所述方法然后將通過判定菱形34、 36和42返回，其中如 果堆電壓仍然正下降的話，則判定菱形42的輸出將是"否"，并且 在框52處，堆電壓將小于220V。所述的算法然后從220V堆設(shè)定點(diǎn) 中減去該實(shí)際的堆電壓來得到正誤差信號，在框54處。然后每個時 間步長，該誤差信號被乘以積分增益/和比例增益尸，并將積分增益 /加入到在先的總量，在框56處。積分增益/減去(subtracts)電流直到 誤差信號為零和堆電壓剛好是220V，或者直到最大電流輸出是某一 值例如36A。積分增益/應(yīng)當(dāng)通過負(fù)誤差情況(negative error case)來規(guī) 定(dictated)。在這種非限制性的實(shí)施方案中，積分增益/是恒定的，比 例增益尸通過查尋表58來提供，該表將比例增益戶規(guī)定為堆電流的 函數(shù)。應(yīng)當(dāng)對比例增益尸進(jìn)行校準(zhǔn)來使得在每個電流輸出，最小系統(tǒng) 電壓例如180V的堆電壓產(chǎn)生某一最小的電流例如IOA。這樣的計算 必須包括這樣的事實(shí)，即在220V，電流反饋被作為偏壓項(xiàng)(bias term) 而俘獲。比例增益戶還應(yīng)當(dāng)在某一最大值被省掉(clipped)。這種值可 以通過研究在穩(wěn)態(tài)的最高比例增益P來試驗(yàn)找到，其給出了可接受低 的振蕩。這還可以通過使用傳感器精確性(accuracy),精度(precision)， 系統(tǒng)穩(wěn)定性等來分析找到。然后，如上所述，在框46處，從最大電 流399A中減去該新的最小堆電流，并且在框50處> 再次重i殳基于堆 電壓的所允許的新的最大電流。隨著堆12的電流輸出，由于電壓已經(jīng)下降到220V或者以 下，而正被降低，堆電壓可以然后，因?yàn)樵摻档偷淖畲箅娏鬏敵?，?增加和恢復(fù)。隨著算法通過判定菱形34、 36和42，該堆電壓可以在 判定菱形34處小于230V，在判定菱形36處大于220V，其中，如上 所述，在框38處，產(chǎn)生正誤差信號。在這種情況中，在框40處，誤
ii差信號1^^'以積分增益/從而在框46處加入電流》其在框48處，是 速率受限的，從而在框50處，設(shè)定新的電流，其現(xiàn)在高于在先的最 大電5充。最后，堆12應(yīng)當(dāng)恢復(fù)，其中，由于已經(jīng)從在先的值增加 的最大電流輸出，在判定菱形34處，堆電壓將高于230V。所述的算 法然后將詢問是否存在由于低堆電壓造成的在先的電流限制，在判定 菱形60處，并且如果存在，則該算法將來自在先的迭代的最大電流 輸出保持預(yù)定數(shù)目的n秒，然后將最大電流設(shè)定為399A,在框62處。 在n秒已經(jīng)過去后，電流的升高在框48處將是速率受限的，并在框 50處進(jìn)行設(shè)定，如上所述的。如果在判定菱形60處沒有由于低堆電 壓造成的在先的限制，則該算法在框64處將最大電流設(shè)定為399A。 這種操作充當(dāng)了除跳器(debouncer)以使得該控制不會立即回到降低堆 12的電流輸出。時間n起到了記憶作用。在一種做法中，時間n可以是零 秒，其中一旦堆電壓高于230V，最大電流輸出，在框48處，開始以 50A/s增加。這將可能為性能犧牲(trade off)可靠性。在另外一種做法 中，時間n可以是60秒，其中當(dāng)堆電壓小于230V時先前所發(fā)現(xiàn)的最 大電流被作為最大電流保持60秒。這將為可靠性而犧牲性能。例如， 假如堆12處于最大功率，其中功率管理器將電流降低到250A,導(dǎo)致 完美地保持220V。如果存在向下瞬變(down-transient)并且最小電池電 壓非常快地上升超過230V,于是該向下瞬變可以后面是向上瞬變而 在60秒內(nèi)回到最大功率，并且最大電流將被從最后一次系統(tǒng)處于最 大功率記住。如果自從該最后一次系統(tǒng)健康沒有變化，這將導(dǎo)致近乎 完美的至相應(yīng)于220V的最大電流的向上瞬變。如同上面所討論的那樣，在這種非限制性的實(shí)施方案中， 如果最低性能的(lowest performing)電池的輸出電壓下降低于某電壓 設(shè)定點(diǎn)如300mV,則同樣對堆電流進(jìn)行限制。對于低性能的電池，與 上迷相同的用于堆電壓的方法被用來限制堆12的電流。圖3是根據(jù)本發(fā)明另外一種實(shí)施方案的流程圖70,其表 示了用于最小電池電壓的操作，其中相似元素用相同附圖標(biāo)記來表 示。在判定菱形36和42處，低電池電壓設(shè)定點(diǎn)被選為300mV，并且 對于判定菱形34,該低電池電壓閾值被選為400mV。此外，在框38'和54處，從實(shí)際的最小電池電壓中減去最小電池電壓設(shè)定點(diǎn)。限.斜 電流的操作是以與圖2相同的方式來進(jìn)行的。比例增益尸和積分增益 /可以不同于圖2方法中所用的，并且將是具體的應(yīng)用值。前述的討i侖Y又僅公開和描述本發(fā)明示例性的實(shí)施方案。本
領(lǐng)域技術(shù)人員將從這樣的討論和從附圖以及權(quán)利要求中容易想到可 以在其中進(jìn)行不同的改變、改進(jìn)和變化，而不脫離下面的權(quán)利要求所
定義的本發(fā)明的主旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種響應(yīng)于下降到預(yù)定的堆電壓設(shè)定點(diǎn)的燃料電池堆的輸出電壓來降低和控制燃料電池堆的電流輸出的方法，所述的方法包括確定堆電壓是否已經(jīng)降低到預(yù)定的電壓設(shè)定點(diǎn)；保持當(dāng)電壓降低到該電壓設(shè)定點(diǎn)時從燃料電池堆中正取出的電流輸出作為燃料電池堆所允許的最大堆電流輸出；確定堆電壓是否已經(jīng)降低到了該堆電壓設(shè)定點(diǎn)以下；如果堆電壓已經(jīng)降低到電壓設(shè)定點(diǎn)以下，則從實(shí)際的堆電壓減去堆電壓設(shè)定點(diǎn)來得到第一正誤差信號；和用至少一個增益信號乘以該誤差信號來降低燃料電池堆所允許的最大堆電流輸出，并驅(qū)使該第一正誤差信號為零。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括確定堆電壓是否低于預(yù) 定的閾值電壓，該閾值電壓大于堆電壓設(shè)定點(diǎn)，并且如果堆電壓低于 預(yù)定的閾值電壓，則從實(shí)際的堆電壓減去電壓設(shè)定點(diǎn)來得到第二正誤 差信號，并用該第二正誤差信號乘以預(yù)定的增益來將該第二正誤差信 號降低為零，和將堆電壓降低到電壓設(shè)定點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其進(jìn)一步包括如果堆電壓不低于閾值 電壓，則確定是否存在著由于低的堆電壓而產(chǎn)生的在先的堆電流輸出 限制，以及進(jìn)一步包括如果存在著由于低的堆電壓而產(chǎn)生的電流限 制，則將處于在先的最大堆電流輸出時所允許的最大堆電流輸出保持 預(yù)定時間，該在先的最大堆電流輸出是當(dāng)堆電壓低于電壓閾值時所允 許的。
4. 根椐權(quán)利要求2的方法，其中用第二正誤差信號所乘的預(yù)定的 增益是用于積分控制器的積分增益。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括，如果堆電壓降低到預(yù) 定的電壓設(shè)定點(diǎn)并且然后升高，速率限制電流輸出的增加。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該至少一個增益是用于比例-積 分控制器的積分增益和比例增益。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中該積分增益是恒定的，該比例增 益是堆電流的函數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該預(yù)定的堆電壓設(shè)定點(diǎn)是220伏。
9. 一種響應(yīng)于下降到預(yù)定的堆電壓設(shè)定點(diǎn)的燃料電池堆的輸出電壓來降低和控制燃料電池堆的電流輸出、的方法，所述的方法包括確定堆電壓是否已經(jīng)降低到預(yù)定的電壓閾值以下，該電壓閾值大 于電壓設(shè)定點(diǎn)；如果堆電壓已經(jīng)降低到電壓閎值以下，則確定該堆電壓是否大于 電壓i殳定點(diǎn)；確定該堆電壓是否等于該電壓設(shè)定點(diǎn)；確定該堆電壓是否已經(jīng)降低到該電壓設(shè)定點(diǎn)以下；如果堆電壓下降等于該電壓設(shè)定點(diǎn)，則將燃料電池堆的電流輸出 保持為該燃料電池堆所允許的最大堆電流輸出；如果堆電壓降低到該電壓設(shè)定點(diǎn)以下，則從實(shí)際的堆電壓減去該 堆電壓設(shè)定點(diǎn)來得到第 一正誤差信號；用至少一個增益信號乘以該第一正誤差信號來降低燃料電池堆 所允許的最大堆電流輸出，并驅(qū)使該第一正誤差信號為零；如果堆電壓介于電壓閾值和電壓設(shè)定點(diǎn)之間，則從實(shí)際的堆電壓 減去電壓設(shè)定點(diǎn)來得到第二正誤差信號；用增益乘以該第二正誤差信號來設(shè)定燃料電池堆所允許的最大 堆電流輸出；如果堆電壓不小于預(yù)定的電壓閾值，則確定是否存在著由于低堆 電壓所產(chǎn)生的在先的電流限制；和如果存在著由于低的堆電壓而產(chǎn)生的電流限制，則將處于在先的 最大堆電流輸出時所允許的最大堆電流輸出保持預(yù)定時間，該在先的 最大堆電流輸出是當(dāng)堆電壓低于電壓閾值時所允許的。
10. 根椐權(quán)利要求9的方法，其進(jìn)一步包括，如果堆電壓降低到 預(yù)定的電壓設(shè)定點(diǎn)并且然后升高，速率限制堆的電流輸出的增加。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中至少一個增益是積分增益和比 例增益，并且用于第二正誤差信號的增益是用于比例-積分控制器的積 分增益。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中堆電壓設(shè)定點(diǎn)是220伏，電壓 閾值是230伏。
13. —種響應(yīng)于下降到預(yù)定的最小燃料電池電壓設(shè)定點(diǎn)的堆中的 燃料電池的最小燃料電池電壓來降低和控制燃料電池堆的電流輸出 的方法，所述的方法包括確定最小燃料電池電壓是否乞經(jīng)降低封預(yù)定的最小燃料電池電壓設(shè)定點(diǎn)；保持當(dāng)電壓降低到該電壓設(shè)定點(diǎn)時從燃料電池堆中正取出的電 流輸出作為燃料電池堆所允許的最大堆電流輸出 ，確定最小燃料電池電壓是否降低到了該最小燃料電池電壓設(shè)定 點(diǎn)以下；如果最小燃料電池電壓已經(jīng)降低到電壓設(shè)定點(diǎn)以下，則從實(shí)際的 最小燃料電池電壓減去最小燃料電池電壓設(shè)定點(diǎn)來得到第一正誤差 信號；和用至少一個增益信號乘以該誤差信號來降低燃料電池堆所允許 的最大堆電流輸出，并驅(qū)使該第一正誤差信號為零。
14. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其進(jìn)一步包括確定最小燃料電池電 壓是否低于預(yù)定的閾值電壓，該閾值電壓大于最小燃料電池電壓設(shè)定 點(diǎn)，且如果是這樣，則從實(shí)際的最小燃料電池電壓減去電壓設(shè)定點(diǎn)來 得到第二正誤差信號，和用預(yù)定的增益乘以該第二正誤差信號來將該 第二正誤差信號降低為零，和將最小燃料電池電壓降低到電壓設(shè)定 點(diǎn)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其進(jìn)一步包括如果最小燃料電池電 壓不低于閾值電壓，則確定是否存在著由于最小燃料電池電壓所產(chǎn)生 的在先的堆電流輸出限制，和進(jìn)一步包括如果存在著由于最小燃料電 池電壓而產(chǎn)生的電流限制，則將處于在先的最大堆電流輸出時所允許 的最大堆電流輸出保持預(yù)定時間，該在先的最大堆電流輸出是當(dāng)最小 燃料電池電壓低于電壓閾值時所允許的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中用第二正誤差信號所乘的預(yù)定 的增益是用于積分控制器的積分增益。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其進(jìn)一步包括，如果最小燃料電池 電壓降低到預(yù)定的電壓設(shè)定點(diǎn)并且然后升高，速率限制電流輸出的增 力口。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中該至少一種增益是用于比例-積分控制器的積分增益和比例增益。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中該積分增益是恒定的，該比例 增益是堆電流函數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求,3的方法，其中預(yù)定的最小燃料電池電壓設(shè)定點(diǎn)是300mV。
全文摘要
公開了使用反饋偏流來同時控制低電池和整個堆電壓的功率管理方法。一種控制燃料電池堆的電流輸出來防止堆電壓或者最小燃料電池電壓降低到預(yù)定的電壓設(shè)定點(diǎn)以下的方法?？刂贫央妷旱姆椒òù_定堆電壓是否已經(jīng)降低到預(yù)定的電壓設(shè)定點(diǎn)，并且如果已經(jīng)降低到該設(shè)定點(diǎn)，則俘獲和保持在該點(diǎn)的實(shí)際堆電流作為最大允許的堆電流。如果堆電壓繼續(xù)降低到該電壓設(shè)定點(diǎn)以下，則從該實(shí)際電壓中減去該電壓設(shè)定點(diǎn)來得到正誤差信號。然后用該誤差信號乘以控制器增益來降低所允許的來自堆的電流，以驅(qū)使該誤差信號為零，并提高堆電壓。用于最小燃料電池電壓的方法以同樣的方式操作，但是具有不同的值。
文檔編號H01M8/24GK101582515SQ20091014092
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者D·A·阿瑟, S·加納帕蒂 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司