CN103872359B - 利用故障堆健康监测器运行燃料电池系统的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用故障堆健康监测器运行燃料电池系统的方法，具体地，响应于来自堆中的一个或多个燃料电池的电压信号的损失选择性地操作燃料电池堆的系统和方法。如果来自所述一个或多个燃料电池的电压信号损失，则所述方法执行一项或多项补救措施，以使所述燃料电池堆在更安全的堆条件下操作。然后，所述方法确定电压信号损失的一个或多个电池在电压信号损失之前是否是健康的，例如是否在预定的电压阈值以上操作。如果电池电压信号在所述电压阈值以上，则所述燃料电池堆在所述补救措施下正常地操作，并且如果所述电压信号在所述电压阈值以下，则所述燃料电池堆在功率限制模式下操作。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种响应于电池电压信号的损失来操作燃料电池堆的系统和方法，且更具体地，涉及一种响应于包括确定电池是否在信号损失之前适当地操作在内的电池电压信号的损失来操作燃料电池堆的系统和方法。
背景技术
因为氢是清洁的，并且能够用于在燃料电池中高效地产生电，所以氢是非常有吸引力的燃料。氢燃料电池是包括阳极和阴极且电解质设置在它们之间的电化学装置。阳极接收氢气，阴极接收氧或空气。氢气在阳极中解离，从而产生自由的质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。质子与阴极中的氧和电子反应，从而产生水。来自阳极的电子不能穿过电解质，因此被引导穿过负载，以在被发送到阴极之前执行工作。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是用于车辆的受欢迎的燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极和阴极通常包括细分的催化颗粒，通常为支撑在碳颗粒上并与离聚物混合的铂（Pt）。催化混合物沉积在膜的相对侧上。阳极催化混合物、阴极催化混合物和膜的组合限定膜电极组件（MEA）。MEA在制造方面相对昂贵，并需要用于有效操作的特定条件。
若干个燃料电池通常通过串联联结组合在燃料电池堆中，以产生期望的动力。例如，用于车辆的典型燃料电池堆可以具有两百个或更多个堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入反应气体，通常为通过压缩机强迫通过堆的空气流。并非全部氧都被堆消耗，一些空气作为阴极废气输出，阴极废气可包括作为堆副产物的水。燃料电池堆还接收流入到堆的阳极侧的阳极氢反应气体。堆还包括冷却流体流经的流道。
燃料电池堆包括设置在堆中的若干个MEA之间的一系列双极板，其中，双极板和MEA设置在两个端板之间。双极板包括用于堆中的相邻的燃料电池的阳极侧和阴极侧。阳极气体流道设置在双极板的阳极侧，从而允许阳极反应气体流到相应的MEA。阴极气体流道设置在双极板的阴极侧，从而允许阴极反应气体流到相应的MEA。一个端板包括阳极气体流道，另一端板包括阴极气体流道。双极板和端板由诸如不锈钢或导电复合物的导电材料制成。端板将燃料电池产生的电传导出堆。双极板还包括冷却流体流经的流道。
随着燃料电池堆老化，堆中的各个电池的性能由于各种因素而不同地劣化。另外，存在导致电池不同地操作的各种堆操作条件。存在低运行电池的各种诱因，例如电池溢流、催化剂损失等，有些是暂时性的而有些是永久性的，有些需要维护，而有些需要堆替换，以更换低运行电池。虽然燃料电池串联电联结，但当在堆上联结负载时每个电池的电压不同地降低，其中，正在低运行的那些电池具有较低的电压。因为所有的燃料电池串联电联结，所以如果堆中的一个燃料电池失效，则整个堆将失效。此外，因为电池串联电联结，所以每个电池必须产生完全的堆电流。如果一个电池急需反应物，特别地氢，则该电池的电压将下降，并且会发生不期望的副反应。因此，需要单独地监测堆中的燃料电池的电压，以确保电池的电压不下降到预定的阈值电压以下，从而防止电池电压极性反转而可能对电池造成永久性损坏。
电池电压监测器或堆健康监测器用于测量堆中的燃料电池的电压，以检查指示堆的问题的电池行为。电池电压监测器通常包括到堆中的每个双极板或一些数量的双极板和堆的端板的电连接件，以测量每个电池的正极侧和负极侧之间的电压电位。因此，400个电池的堆可以包括连接到堆的401条线。如果电池电压监测器失效，则不能看到电压降。并且系统通过限制功率或改变系统操作条件而变得不能起作用。不健康的电池的持续操作能使催化剂特别是阳极上的催化剂劣化，并可能导致电池短路和内部氢泄漏。
到燃料电池堆上的燃料电池板或其它结构的各种连接件可能失效或以其它方式被损坏，其中，用于特定电池或电池组的信号可能损失（丢失）。在来自堆中的电池或电池组的电压信号损失的情况下，燃料电池系统需要在系统操作中做出一些调整，从而可能以比期望的性能和效率低的性能和效率运行堆，使得在未受到监测的电池或电池组确实开始损失电压的情况下，减小对堆的严重损坏会发生的可能性。根据堆操作条件的情况，可以设计系统，从而在来自电池的电压信号的损失的情况下提供严格的功率限制，以防止堆损坏。
发明内容
根据本发明的教导，公开了响应于来自堆中的一个或多个燃料电池的电压信号的损失选择性地操作燃料电池堆的系统和方法。如果来自所述一个或多个燃料电池的电压信号损失，则所述方法执行一项或多项补救措施，以使所述燃料电池堆在更有利于堆耐久性的条件下操作。然后，所述方法确定电压信号损失的一个或多个电池在所述电压信号损失之前是否是健康的，例如在预定的电压阈值以上操作。如果电池电压信号在所述电压阈值以上，则所述燃料电池堆在所述补救措施下正常地操作，如果所述电压信号在所述电压阈值以下，则所述燃料电池堆在功率限制模式下操作。
本发明还提供如下方案：
1、一种用于操作包括燃料电池堆的燃料电池系统的方法，所述燃料电池堆包括串联电联结的多个燃料电池，所述方法包括：
使用电池电压监测器监测所述燃料电池堆中的所述燃料电池的电压；
确定来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收；
响应于所述电压信号的损失执行一项或多项补救措施，其中，所述补救措施使所述燃料电池堆在更有利于堆耐久性的条件下操作；
确定电压信号损失的一个或多个电池在电压信号损失之前是否是健康的；
如果所述一个或多个电池是健康的，则在所述补救措施下操作所述燃料电池堆；以及
如果所述一个或多个电池的电压是不健康的，则在限制所述堆的功率输出的功率限制模式下操作所述燃料电池堆。
2、根据方案1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：以增加的氢干摩尔分数设定点操作输入到所述燃料电池堆的阳极氢。
3、根据方案1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：增加用于启动所述燃料电池系统的时间。
4、根据方案1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：在有助于电池保持稳定的相对湿度下操作所述燃料电池堆。
5、根据方案1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：在系统启动之后允许系统操作之前增加堆预热时间。
6、根据方案1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：防止堆冷却剂脉动。
7、根据方案1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：防止堆电压恢复操作。
8、根据方案1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：防止所述燃料电池堆进入待命模式。
9、根据方案1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：限制堆功率向上瞬变。
10、根据方案1所述的方法，其特征在于，还包括：如果在所述系统的启动程序期间确定出来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收，则防止所述系统进入运行模式，除非在当电池是健康时的先前运行期间所述电压信号损失。
11、根据方案1所述的方法，其特征在于，确定电压信号损失的所述一个或多个电池是否健康包括：使用最小电池电压的绝对值、所述最小电池电压与平均电池电压之差、所述最小电池电压与最大电池电压之差和所述电池电压的标准偏差中的一个或多个。
12、根据方案1所述的方法，其特征在于，确定电压信号损失的所述一个或多个电池是否健康包括：确定电压信号损失的所述一个或多个电池的电压在所述电压信号损失之前是否在预定的电压阈值以上操作。
13、根据方案12所述的方法，其特征在于，所述电压阈值为大约450mV。
14、一种用于操作包括燃料电池堆的燃料电池系统的方法，所述燃料电池堆包括串联电联结的多个燃料电池，所述方法包括：
使用电池电压监测器监测所述燃料电池堆中的所述燃料电池的电压；
确定来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收；
响应于所述电压信号的损失执行一项或多项补救措施，其中，所述补救措施使所述燃料电池堆在更有利于堆耐久性的条件下操作；
确定电压信号损失的一个或多个电池的电压在所述电压信号损失之前是否在预定的电压阈值以上操作；
如果所述一个或多个电池在所述电压阈值以上，则在所述补救措施下操作所述燃料电池堆；以及
如果所述一个或多个电池的电压在所述电压阈值以下，则在限制所述堆的功率输出的功率限制模式下操作所述燃料电池堆。
15、根据方案14所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括执行从由以下组成的组中选择的一项或多项补救措施：以增加的氢干摩尔分数设定点操作输入到所述燃料电池堆的阳极氢；增加所述燃料电池系统的启动时间；在有助于电池保持稳定的相对湿度下操作所述燃料电池堆；在系统启动之后允许系统操作之前增加堆预热时间；防止堆冷却剂脉动；防止堆电压恢复；防止所述燃料电池堆进入待命模式；以及限制堆功率向上瞬变。
16、根据方案14所述的方法，其特征在于，还包括：如果在所述系统的启动程序期间确定出来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收，则防止所述系统进入运行模式，除非在当电池是健康时的先前运行期间所述电压信号损失。
17、根据方案14所述的方法，其特征在于，所述电压阈值为大约450mV。
18、一种用于操作包括燃料电池堆的燃料电池系统的控制系统，所述燃料电池堆包括串联电联结的多个燃料电池，所述系统包括：
电池电压监测器，使用电池电压监测器监测所述燃料电池堆中的燃料电池的电压；
用于确定来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收的装置；
用于响应于所述电压信号的损失执行一项或多项补救措施的装置，其中，所述补救措施使所述燃料电池堆在更安全的堆条件下操作；
用于确定电压信号损失的所述一个或多个电池的电压在电压信号损失之前是否在预定的电压阈值以上操作的装置；
用于在所述一个或多个电池的电压在所述电压阈值以上时在所述补救措施下操作所述燃料电池堆的装置；以及
用于在所述一个或多个电池在所述电压阈值以下时在限制堆的功率输出的功率限制模式下操作所述燃料电池堆的装置。
19、根据方案18所述的控制系统，其特征在于，用于执行一项或多项补救措施的装置执行从由以下组成的组中选择的一项或多项补救措施：以增加的氢干摩尔分数设定点操作输入到所述燃料电池堆的阳极氢；增加所述燃料电池系统的启动时间；在有助于电池保持稳定的相对湿度下操作所述燃料电池堆；在系统启动之后允许系统操作之前增加堆预热时间；防止堆冷却剂脉动；防止堆电压恢复；防止所述燃料电池堆进入待命模式；以及限制堆功率向上瞬变。
20、根据方案18所述的控制系统，其特征在于，还包括执行下述操作的装置：如果在所述系统的启动程序期间确定出来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收，则防止所述燃料电池系统进入运行模式，除非在当电池是健康时的先前运行期间所述电压信号损失。
本发明的附加特征将通过结合附图的以下描述和所附的权利要求而变得明显。
附图说明
图1是燃料电池系统的简单示图；以及
图2是示出用于响应于电池电压监测信号的损失的过程的流程图。
具体实施方式
涉及用于响应于电池电压监测信号的损失来操作燃料电池堆的系统和方法的本发明实施例的以下描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明或其应用或用途。
图1是包括具有一系列燃料电池38的燃料电池堆12的燃料电池系统10的简单示意性框图。压缩机14通过例如使阴极输入空气湿化的水蒸气传送（WVT）单元18在阴极输入线16上将空气流提供到燃料电池堆12的阴极侧。阴极废气在阴极废气线20上从堆12输出，阴极废气线20将阴极排气引导至WVT单元18以提供水含量，从而以本领域技术人员很好地理解的方式使阴极输入空气湿化。
燃料电池堆12还从氢源26接收氢，氢源26通过例如喷射器30在阳极输入线28上将氢气提供到燃料电池堆12的阳极侧。阳极废气在再循环线32上从燃料电池堆12输出，通过向喷射器30提供阳极排气，再循环线32使阳极排气再循环回至阳极输入端，喷射器30可以操作为喷射器/排出器，这对本领域技术人员来讲是公知的。在转让给本申请的受让人的且通过引用并入本文的题为“Combination of Injector-Ejector for Fuel Cell Systems”的美国专利No. 7,320,840中描述了喷射器/排出器的一个适当的示例。在替代的实施例中，线32的再循环功能可通过泵或压缩机代替喷射器/排出器执行。如在本领域中很好地理解的，氮在堆12的阳极侧累积，这减少了其中的氢的浓度，并影响了系统10的性能。排放阀34设置在再循环线32中，以周期性地排放废气和液体，从而从阳极子系统去除氮。排放的阳极废气在排放线36上提供到阴极排气线20。
系统10还包括具有泵24和堆12外部的冷却剂环22的热子系统，泵24通过流体流道在堆12内泵送冷却流体。冷却流体被送到散热器24，从而在其被送回到燃料电池堆12之前降低冷却流体的温度。
系统10还包括监测堆12内的每个电池38的电压的电池电压监测器40。电池电压监测器40旨在是向燃料电池堆12内的适当的结构或元件提供各种电连接、光学连接等的任何适当的电池电压监测电路或系统的一般表示，例如电联结到将燃料电池堆12中的燃料电池38分开的每个双极板的物理线。
用于确定膜湿化的一种技术在本领域中被已知是高频电阻（HFR）湿化测量。燃料电池系统10包括用于提供测量HFR的HFR电路42，其旨在表示在本领域中已知的任何适当的HFR测量电路。通过在堆12的电负载上提供高频分量或信号从而在堆12的电流输出端上生成高频纹波来产生HFR湿化测量，其中，高频信号通常为500Hz至10kHz。然后，高频分量的电阻由电路42测量，其是堆12中的膜的湿化水平的函数。高频电阻是燃料电池的公知性质，并且与燃料电池膜的欧姆电阻或膜质子电阻紧密相关。欧姆电阻自身是燃料电池膜湿化度的函数。因此，通过在励磁电流频率的特定带内测量燃料电池堆12的燃料电池膜的HFR，可以确定燃料电池膜的湿化度。
控制器44控制包括泵24、压缩机14、阀30和34等的系统10的操作，并接收来自HFR电路42的HFR信号和来自电池电压监测器40的电压信号。
本发明提出用于解决电池电压监测器电路40损失来自电池或电池组38的电压信号的情况。控制器44确定电池38在信号损失之前是否良好地运行，并且如果电池38是健康的且适当地运行，则控制器44继续允许正常的堆功率管理，但是利用使堆12更安全地操作的一个或多个补救操作。如果一个或多个电池38在电压信号损失之前是不健康的，则控制器44将限制堆12的功率，以确保未对堆12造成持久损坏。可以以任何适当的方式例如通过检查最小电池电压的绝对值、最小电池电压与平均电池电压之差、最小电池电压与最大电池电压之差、电池电压的标准偏差或电池电压的任何类似测量来确定健康的电池和不健康的电池之间的区别。
当堆12在损失电压信号之前是稳定的时，没有理由预期堆12将突然变得不稳定。如果电池38确实不具有足够高的电压，则在信号损失发生之前将在电池38中的至少一个上存在低电压的某种征兆。因此，与存在差的性能相比，当堆12在信号损失之前是健康的且稳定的时，采取较不严厉的措施，因为信号的损失可能归因于电池电压监测器40装置而不是电池38。
不管堆12是健康的还是不健康的，控制器44将在补救措施下操作堆12。这些补救措施将可能基于特定的系统和/或特定的系统操作条件。补救措施的示例包括：增加目标阳极氢摩尔分数，以减小燃料缺乏的风险；以及改变堆湿化设定点，以在安全区域中运行，即，既不太干也不太湿。可以停止可用于节约系统资源的操作诸如使用泵24来使冷却剂流脉动，因为将无法检查使冷却剂流脉动对电池电压的影响。
可期望的是将系统置于待命（stand-by）模式下，其中，系统10消耗很少功率或不消耗功率，正在使用的氢燃料的量最小，并且系统10能够快速地从待命状态恢复，以提高系统效率并减小系统劣化。转让给本申请的受让人的且通过引用并入本文的在2010年3月12日提交的题为“Standby Mode for Optimization of Efficiency and Durability of aFuel Cell Vehicle Application”的美国专利申请序号12/723,261公开了一种用于将车辆上的燃料电池系统置于待命模式下以节约燃料的方法。作为补救措施的一部分，因为待命模式确实涉及到使阴极缺乏空气，所以待命模式可被禁用，直到电池电压监测器40适当地操作为止，因为将无法知道系统是否正确地从待命模式退出。
此外，控制器44可以防止电池电压恢复，其涉及到使堆非常湿地运行和有意地使堆12缺乏氧。转让给本发明的受让人且通过引用并入本文的在2009年10月16日提交的题为“Automated Procedure For Executing In-Situ Fuel Cell Stack Reconditioning”的美国专利申请序列号12/580,912公开了用于再调节燃料电池堆的系统和方法，其包括提高堆的阴极侧的湿化水平以使电池膜水合以及在系统关闭时将氢提供到燃料电池堆的阳极侧，其中，系统监测再调节事件触发、再调节阈值和再调节系统检查，从而可以在车辆操作期间提供再调节过程。
当所有的电池38正在报告适当的电压信号时，故障将被通过，并且堆12将继续照常运行。
对于健康的堆，电池电压监测器诊断将在电池电压信号损失之前的时间段检查最小电池电压。如果该电压高于450mV或更适于特定系统的一些其它阈值，则系统10可以耗时大约20秒来使电池电压监测器40出现故障。如果在故障形成的该20秒期间请求关闭，则诊断会及早将电压监测器视为出现故障，以避免在下一次开始中使传感器出现故障。在启动操作期间使监测器40出现故障可以引起严格的功率限制，如将示出的。当故障是活跃的时，必须采取措施以保持堆12尽可能稳健地操作。健康的堆电压监测器损失诊断将随着开始而被锁存（latch）。在堆12利用此诊断使其通过启动之后，其可以在无功率限制的情况下运行，经历本文描述的条件，直到电池监测诊断已经通过为止。
即使电池38在电池电压监测信号损失之前正常地操作，但是当信号损失时，系统10对于这些电池38将盲运行。会在任何时间出现问题，而电池电压监测器40不知道并且未采取适当的措施。系统10在信号损失的情况下操作越久，会出现堆损坏的可能性越高。
图2是示出在由燃料电池38提供到电池电压监测器40的一个或多个电压信号失效的情况下以上面讨论的方式操作燃料电池系统10的过程的流程图50。在框52，出于本文讨论的若干原因中的一个，控制器44监测来自电池电压监测器40的电压信号，并可以确定这些信号中的一个或多个已损失。如果发生此情况，则控制器44采取两项措施。由框54表示的第一措施实际上是响应于不知道不再由电池监测器40监测的电池38是否适当地操作的多项措施。如上所述，这些补救措施可以包括下述中的一个或多个：改变堆12的阴极化学计量，从而低电压电池将不太可能变差；在可比对于特定的堆操作条件将正常地期望的湿度水平稍高或稍低的安全湿度水平下操作堆12，从而低电压电池将不太可能变低；限制功率瞬变，从而对于高功率的请求将较慢地发生；防止待命模式操作；防止冷却剂脉动；等等。
此外，如果堆12开始变干，则可以减小基于HFR的电流限制，从而更加节约，并且更快地减小功率。参见例如转让给本申请的受让人且通过引用并入本文的美国专利申请公布No. 2011/0076581。例如，正常地，在150mΩ-cm2下可以将功率限制到0.8A/cm2。然而，在电池电压信号损失的情况下，可以将该功率减小至0.4A/cm2的可允许电流。此外，可以采用基于HFR的不同的电流斜坡率限制。另外，可以提高阳极氢干摩尔分数设定点，从而使阳极缺乏较少可能发生。可以准许系统重新启动，但是启动可能比正常情况长，例如几秒，从而使所有的电池38具有反应物并适当地发挥作用的可能性最大化。如果允许，则这将应用于从待命模式退出。此外，可以将操作条件切换到略干的操作制度，以避免阳极溢流。具体地，代替在堆12外在100%的RH下运行，可以使操作条件更接近于例如从堆12输出的85%的RH。可以使用HFR电流限制阈值，以防止堆12变得太干。如果电压信号损失，并且阳极质量平衡诊断显示出系统正在失去比预期更多的质量，则可以执行关闭，以确保未持续潜在的热事件，因为电池38的状态是未知的，并且必须假定最坏情况。参见例如转让给本申请的受让人且通过引用并入本文的美国专利申请公布Nos. 2012/0156575和2011/0274996。用于关闭的形成时间可比各个阳极质量平衡和电池电压监测器诊断的形成时间长。在允许用户或驾驶员控制的操作之前，可以允许堆12预热较长时间。当在阳极上存在潜在的冰问题时，这将防止过于强硬地驱动堆12。在零下启动期间可以减小由堆12抽取的负荷的量。这将导致更多的反应物逸至排气以及较长的预热时间，但将减少阳极缺乏的机会。
上面对于补救措施的讨论旨在通过在电压信号不可用时由于系统操作而具有过低的电压来减小当电池电压信号损失时正常地操作的电池或电池组38变得不健康的机会。这些操作中的每个，不管是组合使用还是单独使用，应当对车辆的驾驶员是否觉察到变化具有有限的影响。然而，这些度量不允许系统10以其最大效率操作，包括可能地较慢的瞬时时间、燃料使用的系统效率、略微较长的启动时间、用于冷启动的较长等待时间、由于干操作和缺乏恢复而引起的催化剂的增大的电压劣化以及即使允许待命时退出待命模式的时间可能较长。
尽管控制器44在框54执行上述的补救措施中的一项或多项，但是控制器44还在决策菱形56确定当电压信号损失时电池或电池组38是否正常地操作。如本领域技术人员很好地理解的，持续地监测来自堆12中的电池38的电压信号，如果电池38的电压开始下降，并且看上去似乎该电池38可能存在问题，则控制器44采取某一措施以防止该电池电压进一步下降，所述措施包括在严重低的电池电压的情况下限制堆12的功率操作。如果电池或电池组38在电压信号损失之前在决策菱形56正常地操作，则控制器44在框58正常地操作系统10，但是伴随发生如上所述的补救操作。如果在决策菱形56确定出电池或电池组38未适当地操作，即，在低压下操作，则控制器44在框60使系统10在功率受限的模式下操作。
当最小电池电压低时整个电池电压监测器40失效是不太可能的，因为这两个事件不相关。然而，在经历低的最小电池电压时损失电池38的信号中的仅一个信号是很有可能的，因为当电池电压监测器由其正在监测的电池组供以动力时这两个事件可能是相关的。参见例如转让给本申请的受让人的且通过引用并入本文的美国专利申请公布No. 2011/0200913。如果16个电池的平均值下降到诸如100mV/电池的特定阈值以下，则电池电压监测器40将不发挥作用，并将寻找组件故障。存在电池电压趋于如此低而正常地不应成为问题的特定情形，包括在启动的第一阶段、关闭的最后阶段、电压恢复的低电压操作部分和大部分待命期间以及在关停时间期间。在这些情况下，电池电压监测器40是无故障的。当低电压不期望地发生并且最小电池电压为低例如小于450mV时，触发不健康的堆损失诊断。
在框60，堆功率将被极大地限制，其中，该功率限制可以小于额定功率的10%。可以以与上述方式相同的方式减小基于HFR的电流限制，但是总体功率限制可能是首要的（overriding）功率限制。将增大阳极氢干模式分数设定点，以使阳极缺乏较少可能发生。堆12的操作条件将同样以与上述方式相同的方式移至较干的设定点。系统10的重新启动将被允许，但是将不进行到运行模式，除非电池电压监测器40可通过其诊断。与不健康的堆诊断组合的阳极质量平衡诊断故障可以触发快速停止，因为担忧短路或氢泄漏。如果堆12在从零下温度的系统预热期间遭受不健康的堆，则将不准许车辆驱离，直到已经通过诊断为止。可允许的向上瞬变速率将被减小，以考虑到最小电池性能的不确定性。此速率可与在健康的堆情况下不同。
不太符合以上任一种类的有趣情形是系统启动，其中，一切均在先前运行下正常操作，但是当系统10再次启动时，电池38中的一个或多个未发挥作用。这不能确定地归因于电池电压监测器40由于组件失效而未能报告，因为当电池38停止报告时，系统10不能监测堆健康状况。因此，在堆12的未监测部分不能确定电池38是健康的还是不健康的。堆12内的冰累积可能是电池电压监测器40不能报告而其并非电子问题的一种方式。在这些情况下，可需要的是采取与不健康的堆失效相同的措施。在此情况下，系统10将被允许启动，但是操作时间更久一些，以确定电池电压监测器40是否曾完全地运行。如果其没有，则将不允许系统10继续操作。可以允许重新启动以查看电子器件是否再次开始起作用或者导致低电压的堆中的一些冰阻塞是否融化。
在确定出电池或电池组38在信号损失之前为差并且控制器44仅允许系统10在低功率限制下运行的情况下，一旦车辆被切断，控制器44将不让车辆在下一次启动时进入运行模式，除非损失的信号被再次收到并且指示电池38正常地操作。如果当信号损失时电池38适当地操作，则控制器44假定它们在下一次车辆启动时仍适当地操作，并允许车辆进入运行模式，但是伴随执行如上所述的补救措施。
如本领域技术人员将很好地理解的，本文用于描述本发明所讨论的若干个和不同的步骤和处理过程可以参考由利用电现象操纵和/或转变数据的计算机、处理器或其它电子计算装置执行的操作。这些计算机和电子装置可以采用各种易失性和/或非易失性存储器，包括具有存储在其上的可执行程序的非临时性计算机可读介质，可执行程序包括能够由计算机或处理器执行的各种代码和可执行指令，其中，存储器和/或计算机可读介质可以包括所有形式和类型的存储器和其它计算机可读媒介。
前面的讨论仅公开并描述了本发明的示例性实施例。本领域技术人员根据这样的讨论并根据附图和权利要求将容易地认识到，在不脱离如在下面的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出各种改变、修改和变形。
Claims (20)
1.一种用于操作包括燃料电池堆的燃料电池系统的方法，所述燃料电池堆包括串联电联结的多个燃料电池，所述方法包括：
使用电池电压监测器监测所述燃料电池堆中的所述燃料电池的电压；
确定来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收；
响应于所述电压信号的损失执行一项或多项补救措施，其中，所述补救措施使所述燃料电池堆在更有利于堆耐久性的条件下操作；
确定电压信号损失的一个或多个电池在电压信号损失之前是否是健康的；
如果所述一个或多个电池是健康的，则在所述补救措施下操作所述燃料电池堆；以及
如果所述一个或多个电池的电压是不健康的，则在限制所述堆的功率输出的功率限制模式下操作所述燃料电池堆。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：以增加的氢摩尔分数设定点操作输入到所述燃料电池堆的阳极氢。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：增加用于启动所述燃料电池系统的时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：在有助于电池保持稳定的相对湿度下操作所述燃料电池堆。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：在系统启动之后允许系统操作之前增加堆预热时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：防止堆冷却剂脉动。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：防止堆电压恢复操作。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：防止所述燃料电池堆进入待命模式。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括：限制堆功率向上瞬变。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：如果在所述系统的启动程序期间确定出来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收，则防止所述系统进入运行模式，除非在当电池是健康时的先前运行期间所述电压信号损失。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定电压信号损失的所述一个或多个电池是否健康包括：使用最小电池电压的绝对值、所述最小电池电压与平均电池电压之差、所述最小电池电压与最大电池电压之差和所述电池电压的标准偏差中的一个或多个。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定电压信号损失的所述一个或多个电池是否健康包括：确定电压信号损失的所述一个或多个电池的电压在所述电压信号损失之前是否在预定的电压阈值以上操作。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述电压阈值为450mV。
14.一种用于操作包括燃料电池堆的燃料电池系统的方法，所述燃料电池堆包括串联电联结的多个燃料电池，所述方法包括：
使用电池电压监测器监测所述燃料电池堆中的所述燃料电池的电压；
确定来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收；
响应于所述电压信号的损失执行一项或多项补救措施，其中，所述补救措施使所述燃料电池堆在更有利于堆耐久性的条件下操作；
确定电压信号损失的一个或多个电池的电压在所述电压信号损失之前是否在预定的电压阈值以上操作；
如果所述一个或多个电池在所述电压阈值以上，则在所述补救措施下操作所述燃料电池堆；以及
如果所述一个或多个电池的电压在所述电压阈值以下，则在限制所述堆的功率输出的功率限制模式下操作所述燃料电池堆。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，执行一项或多项补救措施包括执行从由以下组成的组中选择的一项或多项补救措施：以增加的氢摩尔分数设定点操作输入到所述燃料电池堆的阳极氢；增加所述燃料电池系统的启动时间；在有助于电池保持稳定的相对湿度下操作所述燃料电池堆；在系统启动之后允许系统操作之前增加堆预热时间；防止堆冷却剂脉动；防止堆电压恢复；防止所述燃料电池堆进入待命模式；以及限制堆功率向上瞬变。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：如果在所述系统的启动程序期间确定出来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收，则防止所述系统进入运行模式，除非在当电池是健康时的先前运行期间所述电压信号损失。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述电压阈值为450mV。
18.一种用于操作包括燃料电池堆的燃料电池系统的控制系统，所述燃料电池堆包括串联电联结的多个燃料电池，所述系统包括：
电池电压监测器，使用电池电压监测器监测所述燃料电池堆中的燃料电池的电压；
用于确定来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收的装置；
用于响应于所述电压信号的损失执行一项或多项补救措施的装置，其中，所述补救措施使所述燃料电池堆在更安全的堆条件下操作；
用于确定电压信号损失的所述一个或多个电池的电压在电压信号损失之前是否在预定的电压阈值以上操作的装置；
用于在所述一个或多个电池的电压在所述电压阈值以上时在所述补救措施下操作所述燃料电池堆的装置；以及
用于在所述一个或多个电池在所述电压阈值以下时在限制堆的功率输出的功率限制模式下操作所述燃料电池堆的装置。
19.根据权利要求18所述的控制系统，其特征在于，用于执行一项或多项补救措施的装置执行从由以下组成的组中选择的一项或多项补救措施：以增加的氢摩尔分数设定点操作输入到所述燃料电池堆的阳极氢；增加所述燃料电池系统的启动时间；在有助于电池保持稳定的相对湿度下操作所述燃料电池堆；在系统启动之后允许系统操作之前增加堆预热时间；防止堆冷却剂脉动；防止堆电压恢复；防止所述燃料电池堆进入待命模式；以及限制堆功率向上瞬变。
20.根据权利要求18所述的控制系统，其特征在于，还包括执行下述操作的装置：如果在所述系统的启动程序期间确定出来自所述燃料电池堆中的燃料电池中的一个或多个的电压信号损失且未被所述电池电压监测器接收，则防止所述燃料电池系统进入运行模式，除非在当电池是健康时的先前运行期间所述电压信号损失。
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