CN116262459A - 燃料电池传动系统和用于其中的功率划分和分配的方法 - Google Patents

Abstract

提供了燃料电池传动系统和用于其中的功率划分和分配的方法。本公开总体上涉及用于在燃料电池传动系统或装置中的第一和第二功率源之间实现功率划分的系统和方法。所述方法包括接收到燃料电池传动系统或装置的处理器中的输入，由处理器确定输出，由处理器将输出传送到系统控制器，并由系统控制器确定功率划分。第一功率源包括燃料电池系统，并且第二功率源选自电池系统或发动机，并且输入包括第一功率源或第二功率源中至少一个的寿命或健康。

Description

燃料电池传动系统和用于其中的功率划分和分配的方法

相关申请的交叉引用

根据

和任何其他适用的法律或法规，该非临时申请要求2021年12月13日提交的美国专利申请序列号17/549，490的优先权权益，特此将该申请的整个公开内容通过引用明确并入。

技术领域

本公开总体上涉及用于确定、优化、实现和/或改进燃料电池传动系统或装置中不同功率源之间的功率划分和/或分配的系统和方法。

背景技术

典型的燃料电池传动系统或装置包括一个以上的功率源。例如，燃料电池传动系统的功率源可以包括一个或多个燃料电池系统和/或一个或多个高压电池系统或电池组。由于燃料电池传动系统通常具有一个以上的功率源，所以不同功率系统之间的功率划分和/或功率分配的实时确定具有重要且随之而来的影响。

在燃料电池传动系统中，除了其他属性外，不同燃料电池系统和电池系统或电池组的功率分配和使用可能还影响每个功率源的寿命、每个功率源的热需求、燃料电池传动系统的性能和/或燃料电池传动系统的效率。对功率源之间的任何功率划分的最低要求是需要所选的功率源能够满足燃料电池传动系统的负载需求。简单策略或算法可以实现该功能性，而无需考虑燃料电池系统和/或电池系统或电池组的具体属性。

然而，简单策略或算法的实现可能导致在相应燃料电池系统和/或电池系统或电池组的效率、寿命、性能和其他属性方面的功率源控制的次优方法。因此，控制策略或算法可以被设计成基于负载需求、功率源的操作模式、功率源的能力、功率源的寿命和/或健康来确定各种功率源之间的功率划分。

本文描述的是与燃料电池系统和/或电池组控制以及功率划分或功率分配策略和算法的各个方面相关的系统和方法。本文描述的是满足燃料电池传动系统中功率源的特定目标（诸如寿命、效率和/或性能）的系统和方法。本文描述的是可以导致燃料电池传动系统的更好控制和使用的方法、过程、策略、算法和/或实施例。

发明内容

包括本发明的实施例以满足这些和其他需求。在一个方面，本文描述的是一种在燃料电池传动系统或装置中实现来自第一和第二功率源的功率的方法。该方法可以包括接收到燃料电池传动系统的处理器中的输入，由处理器确定输出，由处理器将输出传送到系统控制器，以及由系统控制器确定功率划分。功率划分可以包括在与第一功率源相关联的第一功率和与第二功率源相关联的第二功率之间实现功率划分。第一功率源包括燃料电池系统，并且第二功率源选自电池系统或发动机，并且输入包括第一功率源或第二功率源中至少一个的寿命或健康。

该输入可以包括与燃料电池系统相关联的功率限制。可以基于燃料电池系统的操作模式或能力来确定功率限制。该输入可以是燃料电池传动系统的附件需求输入、牵引能力输入或驱动器需求输入。该输入可以是电池系统的功率能力或荷电状态。

寿命或健康可以与（一个或多个）相关联功率源的瞬时限制、最小或最大启动或停止次数、健康状态或吞吐量相关联。

燃料电池传动系统可以是交通工具的一部分并被配置为移动交通工具。燃料电池传动系统或装置可以包括牵引系统，该牵引系统被配置为接收第一功率和第二功率。该输入可以包括关于燃料电池堆操作效率的信息。

在另一方面，本文描述的是一种用于在燃料电池传动系统或装置中的功率源之间实现功率划分的系统或装置。该系统可以包括：第一功率系统，其包括燃料电池堆，被配置为产生第一功率；第二功率系统，其包括电池系统或发动机，该第二功率系统被配置为产生第二功率；处理器，其被配置为响应于接收到与第一功率系统或第二功率系统中的至少一个相关联的输入而产生输出；以及系统控制器，其被配置为与第一和第二功率系统通信，以响应于来自处理器的输出来控制第一功率和第二功率之间的划分。

系统中的输入可以包括一个或多个燃料电池系统的功率限制。燃料电池堆的功率限制可以基于燃料电池堆的操作模式或能力来确定。系统中的输入可以包括关于燃料电池传动系统或装置的附件需求、牵引能力或驱动器需求。系统中的输入可以包括电池系统的功率能力或荷电状态。系统中的输入可以包括关于燃料电池堆的操作效率的信息。

系统中的输入可以包括功率源的寿命或健康。关于功率源的寿命或健康的输入包括功率源的瞬时限制、最小或最大启动或停止次数、健康状态或吞吐量。

燃料电池传动系统或装置可以位于交通工具、固定功率装备或采矿装备中。燃料电池传动系统或装置可以包括牵引系统，或者输入是牵引系统的再生状态。

在另一方面，本文描述的是一种在燃料电池传动系统或装置中实现来自第一和第二功率源的功率的方法。该方法可以包括接收到燃料电池传动系统或装置的处理器中的输入，由处理器确定输出，由处理器将输出传送到系统控制器，以及由系统控制器实现功率划分，其中功率划分可以在第一功率源和第二功率源之间。

附图说明

图1是示出了本公开的燃料电池传动系统的一个实施例的分解图的示意图。

图2是示出了由系统控制器实现的策略或算法的一个实施例的示意图，所述策略或算法用以在燃料电池传动系统中的一个以上的功率源之间划分或分配功率。

图3是示出了包括燃料电池传动系的交通工具的性能的示意图，该燃料电池传动系实现了功率划分或功率分配策略或算法的一个实施例。

图4是示出了取决于燃料电池传动系统的环境温度的功率划分或功率分配策略或算法的一个实施例的流程图。

图5是示出了取决于燃料电池传动系统中一个以上燃料电池系统的操作小时数的功率划分或功率分配策略或算法的一个实施例的流程图。

图6是示出了基于总功率需求和两个燃料电池系统的效率曲线的包括两个燃料电池系统的燃料电池传动系统中的功率划分或功率分配策略或算法的一个实施例的曲线图。

图7是示出了包括一个以上燃料电池系统的燃料电池传动系统和至少一个电池组中的功率划分或功率分配策略或算法的一个实施例的流程图。

图8是燃料电池传动系统中的功率划分或功率分配策略或算法的一个实施例的示意图。

当参考本文描述的附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。还参考了构成此一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了可以实践本发明的具体实施例。足够详细地描述了这些实施例，以使得本领域技术人员能够实践所要求保护的内容，并且应理解，可以利用其他实施例，并且可以在不脱离权利要求的精神和范围的情况下进行逻辑、机械和电气改变。因此，以下详细描述不应以限制性意义考虑。

具体实施方式

本发明涉及确定、优化和/或改进燃料电池功率系统中包含的一个以上功率源之间的功率划分和/或分配的系统和方法。更具体地，本发明涉及满足特定目标的系统和方法，所述目标诸如燃料电池传动系统或装置中的一个以上功率源的寿命、效率和/或性能。本公开还涉及可以导致燃料电池传动系统的更好控制和使用的方法、过程、策略、算法和/或实施例。

在一个实施例中，本文所述的燃料电池传动系统或装置可以用于交通工具中。包括本燃料电池传动系统的交通工具可以是例如汽车、客车/SUV、公共汽车、卡车、机车、飞机、船舶应用、轻型交通工具、中型交通工具或重型交通工具（诸如采矿交通工具）。在一些实施例中，本文所述的燃料电池传动系统可以用于在公路、高速公路、铁路、航空和/或水路上使用的交通工具中。在其他实施例中，本文描述的燃料电池传动系统可以用于其他应用中，包括但不限于非高速公路交通工具、空牵引车（bobtail）、采矿装备、固定功率系统和/或电解槽。

图1图示了燃料电池传动系统或装置100的实施例，其可以由一个或多个任何类型的功率源供电。本方法或系统的功率源可以包括但不限于发动机（例如，内燃机（ICE）、柴油发动机、氢功率发动机、天然气功率发动机等）、燃料电池或燃料电池堆和/或高压电池。典型的燃料电池传动系统可以包括一个以上的功率源。示例性功率源可以包括至少一个燃料电池系统和至少一个高压电池组。

图1图示了燃料电池传动系统100，其包括燃料电池系统组件120和高压电池系统组件160。在一个实施例中，燃料电池系统组件120可以包括一个燃料电池堆122。在其他实施例中，燃料电池系统组件120可以包括一个以上的燃料电池堆。在一些实施例中，燃料电池系统组件120可以包括2-10个或更多个燃料电池系统或燃料电池堆，包括其中包含的任何特定数量或范围。在一个说明性实施例中，燃料电池系统组件120可以包括三个燃料电池堆或模块（“堆”）122、124、126。

在一个实施例中，高压电池系统组件160可以包括一个或多个高压电池组，包括其中包含的任何数量的电池组，诸如1、2、3或更多个高压电池组，包括其中包含的任何数量的电池组。在一个说明性实施例中，高压电池系统组件160可以包括一个高压电池组162。在另一个实施例中，高压电池组是在高压DC总线上保持500-800V的电池组。

在一些实施例中，燃料电池传动系统100可以在燃料电池系统组件120中包括一个以上的燃料电池系统。在另一个实施例中，燃料电池传动系统100可以不包括高压电池系统组件160。在另外的实施例中，除了燃料电池系统组件120和/或高压电池系统组件160之外，燃料电池传动系统100可以包括功率源，诸如柴油发动机和/或氢功率发动机。

燃料电池传动系统100可以进一步包括氢存储系统110、附件系统130、热管理系统140、牵引系统150、差速器158、高压配电单元170、机载充电器180和/或系统控制器190中的一个或多个。在一些实施例中，附件系统130和驱动器需求（例如，驱动器需求的负载）可以包括燃料电池传动系统100的负载（例如，总负载）。在其他实施例中，燃料电池传动系统100可以包括更少的组件或附加的燃料电池传动系组件，如图1中所指示的。

在一个实施例中，热管理系统140可以包括一个或多个冷却回路。例如，热管理系统140可以包括1-10个冷却回路，包括其中包含的任何特定数量或范围的冷却回路，这取决于燃料电池堆的数量。冷却回路的功能是调节冷却剂的温度。冷却回路可以冷却或减少冷却剂的热量。在一个说明性实施例中，热管理系统140可以包括三个冷却回路142、144、146，如图1中所示。在一些实施例中，热管理系统140可以包括更少的组件或更多的附加冷却回路组件。例如，在其他实施例中，热管理系统140可以包括更少的冷却回路142、144、146或更多的冷却回路142、144、146。

在一个实施例中，热管理系统140中的一个或多个冷却回路142、144、146可以包括一个或多个冷却构件。在一个或多个冷却回路中使用的冷却构件的实施例可以包括但不限于一个或多个风扇（未示出）、一个或多个制冷机（未示出）和/或一个或多个泵（未示出）或其组合。在其他实施例中，热管理系统140中的一个或多个冷却回路142、144、146可以包括更少的组件或冷却组件的附加构件。

在一些实施例中，高压配电单元170可以包括接线盒、保险丝等。高压配电单元170中的每个组件如现有技术中已知的那样运转。在其他实施例中，机载充电器180可以包括功率电子器件和诸如控制器、插入端口等其他组件，用于高压（HV）电池的AC充电。机载充电器180中的每个组件如现有技术中已知的那样运转。

参考图1，在一个实施例中，系统控制器190可以实现一种或多种方法、过程、策略和/或算法，以确定、优化和/或改进包括在燃料电池传动系统100中的功率源之间的功率划分或功率划分。具体地，系统控制器190可以控制燃料电池传动系统100中包括的燃料电池堆和/或电池组162之间的功率划分或功率分配。

在一个实施例中，每个燃料电池堆122、124、126可以包括燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127，它们可以与其他燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127通信。在一些实施例中，每个燃料电池堆122、124、126中的每个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以确定、优化和/或改进燃料电池堆122、124、126和电池组162之间的功率划分或功率分配。

在一个说明性实施例中，系统控制器190可以实现由处理器192执行的一个或多个方法、过程、策略或算法。在其他实施例中，燃料电池堆122、124、126中的每个燃料电池堆控制器123、125、127可以实现由系统控制器190确定、生成或标识并由处理器192执行的一种或多种方法、过程、策略或算法。一个或多个方法、过程、策略或算法可以离线确定，并作为输入提供给系统控制器190，并由处理器192执行。所述方法、过程、策略或算法可以确定、优化和/或改进燃料电池堆122、124、126和电池组162之间的功率划分或功率分配。

图2是由系统控制器190或燃料电池堆122、124、126中的一个或多个燃料电池堆控制器123、125、127实现的方法、过程、策略、指令或算法200（“策略或算法”）的示例性实施例，该方法、过程、策略、指令或算法200（“策略或算法”）用以在一个以上的燃料电池堆122、124、126和电池组162之间划分或分配功率。参考图2，在一个实施例中，系统控制器190可以实现方法、过程、策略、指令或算法200，该方法、过程、策略、指令或算法200使用燃料电池系统功率限制230来确定、优化和/或改进一个以上的燃料电池堆122、124、126和电池组162之间的功率划分或功率分配250。

在一个实施例中，燃料电池堆122、124、126中的每个的操作模式226、227、228以及燃料电池堆122、124、126中的每个的燃料电池系统能力224可以影响燃料电池系统功率限制230。在其他实施例中，诸如冷却剂温度、环境条件、使用小时数、健康状态等其他因素可能影响燃料电池系统功率限制230的确定、优化和/或改进。

几个因素可能影响燃料电池堆122、124、126和电池组162之间的功率划分或功率分配250。在一个实施例中，燃料电池堆122、124、126中的每个的操作模式226、227、228和燃料电池堆122、124、126的燃料电池系统功率限制230可能影响燃料电池堆122、124、126和电池组162之间的功率划分或功率分配250。

在其他实施例中，诸如附件需求232、牵引能力234、驱动器需求236、电池功率能力238、电池荷电状态240和/或来自包括燃料电池传动系统100的任何交通工具的其他信号242之类的因素可能影响燃料电池堆122、124、126和电池组162之间的功率划分或功率分配250。在一些实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池堆控制器123、125、127可以实现功率划分或功率分配250，以包括来自燃料电池堆122、124、126的功率需求252、254、256以及来自电池组162的功率需求260。在一个实施例中，使燃料电池堆122、124、126经受过度瞬时操作可能对燃料电池堆122、124、126的长期寿命有害。虽然瞬时操作发生在包括内燃机和电池混合设置的系统中，但是在包括燃料电池堆122、124、126的系统中，权衡和考虑是非常不同的。燃料电池堆122、124、126对瞬时负载更敏感，并且由于瞬时操作的增加，可能对燃料电池堆122、124、126的寿命有不利影响。在这样的系统中包括电池组162可以用来减轻瞬时操作的一些影响。此外，重要的是能够使用功率划分策略来平衡燃料电池堆122、124、126和电池堆162的寿命。

在一些实施例中，可以通过增加燃料电池堆122、124、126的尺寸和/或增加电池组162的尺寸来限制瞬时操作。然而，在其他实施例中，为了实现所需的寿命和性能而使燃料电池堆122、124、126和/或电池组162中的任何一个的尺寸过大可能对燃料电池传动系统100的价值主张不利。因此，实现瞬时操作相对于给燃料电池堆122、124、126和/或电池组162适当地定尺寸可能是重要的实时权衡，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以实现该权衡以满足燃料电池传动系统100的多维目标。

在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池堆控制器123、125、127可以实现各种方法、过程、策略和/或算法来实施燃料电池系统操作226、227、228的模式。在一些实施例中，燃料电池传动系统100的操作方法、过程、策略、指令或算法可以包括策略，诸如但不限于严格负载跟随操作策略或算法、固定功率水平操作策略或算法、或开关式（bang-bang）操作策略或算法。这些是燃料电池传动系统100可能如何对传动系负载需求做出反应的不同策略。基于这些不同的算法，由控制器190实现的瞬时响应将在燃料电池堆122、124、126和电池堆162之间平衡，并将做出不同的反应。在一个实施例中，可以使用严格负载跟随操作方法、过程、策略、指令或算法。这种策略可以通过调节燃料电池功率以严格跟随功率需求来解决满足瞬时功率需求的问题。这将以燃料电池堆122、124、126的寿命和效率为代价，具有来自燃料电池的更好的瞬时响应。严格负载跟随操作可以包括燃料电池堆122、124、126贯穿工况循环而动态地跟随负载。在一些实施例中，如果负载增加，则燃料电池堆122、124、126的操作可能增加。该策略使燃料电池堆122、124、126对来自交通工具的瞬时需求做出反应。在其他实施例中，机载电池组162可以在某些情况下（诸如在再生、调峰等期间）使用。

在一个实施例中，可以使用固定功率水平操作方法、过程、策略、指令或算法。固定功率水平操作策略可以包括燃料电池堆122、124、126以负载跟随和/或电池电荷平衡的方式在预定义的功率水平下操作。在一些实施例中，固定功率水平之间的所有转换可以被控制，并且可以不是动态的。这是改进燃料电池堆122、124、126的整体寿命的非常重要的策略。当存在来自燃料电池传动系统100的瞬时功率需求时，燃料电池堆122、124、126将仅在离散的功率水平下反应，并且这控制它们多么快以及多么频繁地响应功率需求，并且从而增加了它们的寿命。这样的策略对电池组162施加更多的瞬时负载。在其他实施例中，固定功率水平之间的一个或多个转换可以是动态的。

在一些其他实施例中，电池组162可以通过更大的放电深度工作，以适应工况循环的功率学。例如，如果燃料电池堆122、124、126将在工况循环期间在小于负载的预定义功率水平下操作，则电池组162可以提供燃料电池堆122、124、126不能提供的平衡功率。在一个实施例中，可以使用开关式操作方法、过程、策略、指令或算法。开关式操作策略或算法涉及燃料电池堆122、124、126在接通时在预定（例如，预设或预定义）的固定功率水平下操作，诸如在峰值效率功率水平下或在平均功率水平下操作。由于燃料电池堆122、124、126在不同的功率水平下以不同的效率操作，因此这种策略涉及在具有最高操作效率的功率水平下操作燃料电池。由于电池组162在该策略中被大量使用，因此随着该策略的实现，电池寿命可能减少。

取决于到控制器190的输入，可以利用这些策略中的一个或全部来适当地平衡系统。控制器190实现平衡燃料电池堆122、124、126的寿命、电池堆162的寿命和作为操作系统100的总成本的一部分的燃料消耗的策略或策略组合。

开关式操作可以等同于燃料电池堆122、124、126在单个预定义功率水平下操作。在其他实施例中，当电池组162中的电荷高（例如，高约80%）时，燃料电池堆122、124、126可以关闭，使得电池组162单独负责为交通工具和/或传动系供电。

在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池堆控制器123、125、127可以实现方法、过程、策略、指令或算法，该方法、过程、策略、指令或算法基于工况循环期间的系统功率需求来确定和/或改变燃料电池系统操作226、227、228的模式。系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127也可以实现基于从一个工况循环到另一个工况循环的系统功率需求的改变速率、基于电池健康、基于FC健康等来确定和/或改变燃料电池系统操作226、227、228的模式的方法、过程、策略、指令或算法。

图3图示了包括燃料电池传动系100的交通工具在实现本公开的功率划分或功率分配方法、过程、策略或算法的一个实施例时的性能。图3图示了包括燃料电池传动系统100的一个实施例的交通工具的交通工具速度302、驱动器需求功率304、燃料电池系统功率306和电池组308的荷电状态（SoC）。在该实施例中，燃料电池传动系统100包括一个燃料电池堆122和一个电池组162。

当系统功率需求（例如，驱动器功率）304低于第一功率阈值310时，燃料电池传动系统100的系统控制器190或者燃料电池系统或燃料电池堆控制器123可以实现开关式操作策略或算法，以保持燃料电池系统或燃料电池堆122在高效率区域中运转，同时减少瞬时操作。

参考图3，在一个实施例中，当系统功率需求（例如，驱动器功率）304高于第一功率阈值310，但低于第二功率阈值320时，燃料电池传动系统100的系统控制器190或者燃料电池系统或燃料电池堆控制器123可以实现以负载跟随方式以固定功率水平操作来操作燃料电池系统或燃料电池堆122的策略或算法。在另一个实施例中，当电池组308的荷电状态（SoC）低于从标称荷电状态（SoC）的SoC阈值（例如，约25%）时，燃料电池传动系统100的系统控制器190或者燃料电池系统或燃料电池堆控制器123可以实现以负载跟随方式以固定功率水平操作来操作燃料电池系统或燃料电池堆122的策略或算法。在一些实施例中，以固定功率水平操作和/或以负载跟随方式操作燃料电池系统或燃料电池堆122可以改进燃料电池传动系统100的性能和/或帮助维持电池组162中的电荷。

在一个实施例中，当系统功率需求（例如，驱动器功率）304高于第一功率阈值310，并且功率需求的改变速率超过改变阈值（P*例如，>约40kW/s）达某一持续时间，诸如（例如，约5秒至约10秒）时，燃料电池传动系统100的系统控制器190或者燃料电池系统或燃料电池堆控制器123可以实现使用严格负载跟随操作来操作燃料电池系统或燃料电池堆123的策略或算法。在一些实施例中，以严格负载跟随方式操作燃料电池系统燃料电池堆122可以满足关于燃料电池系统或燃料电池堆122能力的实时边界条件。在其他实施例中，以严格负载跟随方式操作燃料电池系统或燃料电池堆122可以改进燃料电池传动系统100的性能。

在一个实施例中，燃料电池系统传动系100的负载可以取决于环境温度。在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以实现基于环境温度确定、优化和/或改进燃料电池堆122、124、126之间的功率划分或功率分配250的方法、过程、策略、指令或算法。

在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以实现包括图4中所图示的步骤402-414的方法、过程、策略、指令或算法400。在步骤402中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以启动方法、过程、策略、指令或算法400的实现。在步骤404中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池堆控制器123、125、127可以实现取决于燃料电池燃料电池堆122、124、126的环境条件（例如，温度、压力等）的策略或算法。在步骤406中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池堆控制器123、125、127可以在与处理器192通信的同时确定散热器入口处冷却剂的温度下降速率是否小于第一阈值温度。如果散热器入口处冷却剂的温度下降速率被确定为小于第一阈值温度，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以执行步骤410。在步骤410中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池堆控制器123、125、127可以在最小负载下操作燃料电池堆122、124、126。

在图4的步骤406中，如果处理器192确定散热器入口处冷却剂的温度下降速率等于或大于第一阈值温度，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以执行步骤408。在步骤408中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以在与处理器192通信的同时确定散热器入口处冷却剂的温度下降速率是否大于第二阈值温度。

在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以基于416中列出的特定标准执行步骤406、408。该标准可以包括环境条件，诸如温度、压力和/或海拔。该标准可以包括冷却剂流动条件或散热器条件，诸如入口温度和/或出口温度。在一些实施例中，第一阈值可以基于每分钟约1℃的温度下降到约10℃的下降来确定。在一些实施例中，第二阈值可以大于第一阈值。在其他实施例中，第二阈值可以基于系统100的热惯性来确定。它可以被选择来防止燃料电池燃料电池堆122、124、126的启动/停止循环。

如果散热器入口处冷却剂的温度下降速率被确定为大于第二阈值温度，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以执行步骤412和414。在步骤412中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以部分关闭一个或多个燃料电池燃料电池堆122、124、126，同时维持负载。在步骤412中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以在燃料电池燃料电池堆122、124、126已经关闭之后，在步骤418中结束策略或算法400之前，保持冷却剂通过燃料电池燃料电池堆122、124、126中的一个或多个循环最小时间段。如果处理器192确定散热器入口处冷却剂的温度下降速率等于或小于第二阈值温度，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以在步骤418中结束策略或算法400。

返回参考图2，在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以实现使用基于寿命的操作模式210的方法、过程、策略、指令或算法280。除了燃料电池系统功率限制230之外，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127使用这种基于寿命的操作模式210来确定、优化和/或改进一个以上的燃料电池堆122、124、126和电池组162之间的功率划分或功率分配250。

通过正常操作，燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126和电池组162随着时间不断老化、退化和/或劣化。老化、退化和/或劣化通常降低或阻止燃料电池堆122、124、126和电池组162提供最佳功率。老化、退化和/或劣化通常降低或阻止燃料电池堆122、124、126和电池组162在其各自的使用期限或寿命内高效操作。

在一个实施例中，用于确定、优化、应用和/或管理燃料电池堆122、124、126和电池组162的健康状态（SOH）和/或寿命的方法和系统可以在确定、优化和/或改进燃料电池系统传动系100中的功率划分或功率分配250中实现。在一些实施例中，燃料电池系统传动系100中的燃料电池堆122、124、126的健康状态（SOH）和寿命可以相似，以确保最佳的效率和性能。

在一个实施例中，几个输入或控制元素202可以影响燃料电池堆122、124、126和电池组162的基于寿命的操作模式210。在一个实施例中，每个燃料电池堆122、124、126的操作模式226、227、228可以由包括以下各项的因素来确定：1）燃料电池堆122、124、126的系统瞬时限制212，2）燃料电池堆122、124、126的最小功率限制213，3）燃料电池堆122、124、126的每小时启动和/或停止次数214，4）燃料电池堆122、124、126在峰值功率处所允许的时间215，5）燃料电池堆122、124、126的健康状态216，6）电池组162的电池吞吐量218，7）电池组162的健康状态220，和/或8）燃料电池堆122、124、126的吞吐量222。在其他实施例中，策略或算法280可以包括更少的输入或控制元素202或更多的附加输入或控制元素202。

输入或控制元素202可以由控制器190、一个或多个燃料电池堆控制器123、125、127和/或处理器192录入或接收。输入或控制元素202也可以或进一步并入到由处理器192确定或执行的方法、过程、策略、指令或算法中，以便生成和/或估计燃料电池堆122、124、126和电池组162的基于寿命的操作模式210。

在一个实施例中，输入或控制元素202可以由用户、操作者或控制器自动或手动录入控制器190或处理器192中。输入或控制元素202可以包括数学公式、策略或算法。在其他实施例中，输入或控制元素202可以经由公共或私人可用的信息来访问。在一些其他实施例中，可以实时确定输入或控制元素202。在一些实施例中，输入或控制元素202可以由实时处理和操作者或预定输入的组合来确定。公式、策略或算法可以处理和/或操纵定量或定性输入或控制元素202，以生成基于寿命的操作模式210。

在一个实施例中，每个燃料电池堆122、124、126的操作模式226、227、228可以以基于寿命的操作模式210为基础来确定。在一个实施例中，每个燃料电池堆122、124、126的操作模式226、227、228是以基于寿命的操作模式210为基础生成或标识的，并且每个燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126的燃料电池系统能力224可以用于确定燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126的功率限制230。在其他实施例中，其他因素诸如可能影响燃料电池系统功率限制230的确定和/或优化。

在一个实施例中，除了基于功率需求确定燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126的操作模式226、227、228之外，每个燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126和电池组162的寿命和健康状态（SOH）也可以影响实时功率划分或功率分配250。在一些实施例中，对功率划分或功率分配250的基于寿命的修改可以确保燃料电池传动系统100的长寿和/或平衡电池组162的寿命和每个燃料电池堆122、124、126的寿命。系统控制器190或者一个或多个燃料电池堆控制器123、125、127可以考虑功率源之间的这种寿命平衡，同时确定、优化、实现和/或改进可以能够以燃料电池传动系统100的最大效率为目标的功率划分或功率分配250策略或算法。在一些实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以实现方法来估计或预测交通工具机载的一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126和/或电池组162中的每一个的健康。

基于不同输入或控制元素202对每个燃料电池堆122、124、126的功率限制230的基于寿命的修改可以使得系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127在燃料电池传动系统100中实现功率划分或功率分配策略或算法，使得燃料电池传动系统100可以在一个以上的预定义操作策略或一个或多个功率源之间切换。例如，在一些实施例中，适度策略或算法可以包括可以比标称或最小策略或算法允许燃料电池传动系统100更灵活的操作策略。在一些实施例中，适度策略或算法可以包括一个或多个输入或控制元素202（诸如慢瞬时限制、高最小功率限制、峰值功率处的有限时间、吞吐量能量）和/或可以调节燃料电池堆122、124、126的启动/停止。在其他实施例中，标称或最小策略或算法可以允许标称设置的瞬时操作，并且可以在再生期间切换到较低的最小功率，可以不包括对峰值功率操作的限制，和/或可以不调节燃料电池堆122、124、126的启动/停止。

在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以具有通过实时估计附加调谐、定制或改变适度策略或算法的个体输入或控制元素202的能力。在其他实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以在个体输入或控制元素202的预定义水平之间切换。在一些实施例中，附加调谐适度策略或算法的个体输入或控制元素202的能力可以基于电池组162的健康状态（SOH）和每个燃料电池堆122、124、126的健康状态（SOH）的差异。

在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以实现基于燃料电池堆122、124、126的操作小时数来确定、优化、实现和/或改进燃料电池堆122、124、126之间的功率划分或功率分配250的方法、过程、策略、指令或算法。在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以实现包括图5中所图示的步骤502- 16的策略或算法500。在步骤502中，系统控制器190可以启动策略或算法500。

在步骤504中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以与处理器192通信，以标识燃料电池堆122、124、126运行时间的历史。在步骤506中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以隔离所有的燃料电池堆122、124、126，除了具有最小操作小时数的一个燃料电池系统。在步骤508中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以启动具有最小操作小时数的燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126。在步骤510中，一旦第一燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126达到取决于燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126的类型和/或组成的预定温度，系统控制器190或者一个或多个燃料电池燃料电池堆控制器123、125、127就可以启动具有第二最少操作小时数的燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126。

在步骤512中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以与处理器192通信，以估计荷电状态（SoC）和/或预测一时间段所需的能量。例如，燃料电池传动系统100可能需要能量的说明性时间段的范围可能从约10分钟至约2小时，包括其中包含的任何特定时间或时间范围。在步骤514中，如果接下来的10分钟至约2小时的能量需求（kWh）大于能量阈值，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以依次启动其他燃料电池堆122、124、126，该能量阈值取决于基于卡车的组件选择，但通常可以是额定功率的约5%至约10%，包括其中包含的任何特定百分比或范围。

本公开的一个或多个燃料电池堆122、124、126可以包括但不限于一个或多个燃料电池。一个或多个燃料电池堆122、124、126的燃料电池可以包括但不限于磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。在一个示例性实施例中，一个或多个燃料电池堆122、124、126是SOFC或PEMFC系统。

当燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126正在操作时，PEMFC系统通常具有所需的正最小功率汲取（例如，最小功率限制）213。在一个实施例中，最小功率可以是燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126的空闲功率。在一些实施例中，最小功率可以不是燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126的峰值效率，但是可以是确保稳定操作和避免对燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126的寿命的不利影响所需的最小功率。

在一个实施例中，在包括一个以上PEMFC系统122、124、126的燃料电池传动系统100中，在峰值效率点处操作每个燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126可能是有益的。这样做有助于确保燃料电池传动系统100的更高效率。在一些实施例中，每个燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126可以在峰值效率处操作，只要电池组162、负载和工况循环准许这样的操作即可。

在一个实施例中，除了对功率限制的基于寿命的修改210之外，燃料电池传动系统100的系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127也可以实现涉及燃料电池传动系统100的其他组件的附加策略或算法来影响功率限制。在一些实施例中，燃料电池堆122、124、126和电池组162之间的功率划分或功率分配250可以基于牵引系统150的再生模式。

在一个实施例中，当燃料电池堆122、124、126的寿命在标称范围内时，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以以最小功率操作燃料电池堆122、124、126。当牵引电机154处于牵引模式时，该最小功率是峰值效率点。在其他实施例中，当燃料电池堆122、124、126的寿命在标称范围内时，牵引电机154处于牵引模式，并且电池组162的荷电状态（SoC）和/或电池组162的荷电限制不能维持燃料电池堆122、124、126以峰值效率操作，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以增加/减少附件负载。具体地，燃料电池堆122、124、126可以通过使具有燃料电池传动系统100的交通工具的设定点厢体温度增加或降低几度来增加/减少附件负载。在一些实施例中，可以通过使电池组162过度冷却和/或使功率电子系统过度冷却和/或使燃料电池系统过度冷却来增加或减少附件负载。

在一些实施例中，如果系统功率需求低于总燃料电池功率能力，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以选择关闭一个或多个燃料电池堆122、124、126一时间段。在一些实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以基于个体燃料电池堆122、124、126的健康来确定关闭哪些燃料电池堆122、124、126，以便平衡传动系机载的各种燃料电池堆122、124、126的寿命。

在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以选择循环通过燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126，直到在关键循环中有足够的燃料电池堆122、124、126以历史平均功率操作。关键循环中的历史平均功率是操作时段内的平均功率。在一些实施例中，操作时段的范围可以从约30分钟至约5小时，包括其中包含的任何时间段。在一些实施例中，操作时段可以是约1小时、约2小时或约4小时。为了进一步满足所需的功率需求，系统控制器190还可以关闭一个或多个燃料电池堆122、124、126，而不是以空闲功率操作该特定的燃料电池堆122、124、126。

在一个实施例中，当燃料电池堆122、124、126的寿命在标称范围内时，牵引系统150处于再生模式，并且包括燃料电池传动系统100的交通工具的速度高于可校准的速度阈值。该阈值的范围可以从约20 mph到约40 mph，包括其中包含的任何速度。系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以将燃料电池堆122、124、126的输出斜降至空闲功率。在这些情况下的一些实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以在有限的持续时间内将燃料电池堆122、124、126的输出斜降至比空闲功率更低的功率水平。在这些情况下的一些实施例中，系统控制器190可以关闭一个或多个燃料电池堆122、124、126。这可以允许牵引系统150以更高的功率操作，从而导致燃料电池传动系统100的更高的整体效率。

在一些实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以使燃料电池堆122、124、126的功率电子器件过度冷却几度。在一些实施例中，使燃料电池堆122、124、126的功率电子器件过度冷却包括增加冷却系统泵速。在其他实施例中，通过以最大速度运行热管理系统140中的一个或多个冷却回路142、144、146中的一个或多个风扇来使功率电子器件过度冷却发生。

在其他实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以使电池系统组件160过度冷却几度。在一些实施例中，使电池系统组件160过度冷却包括操作一个或多个制冷机或冷却器。例如，制冷机或冷却器（未示出）可以位于热管理系统140中的一个或多个冷却回路142、144、146中。在附加的实施例中，使电池系统组件160过度冷却包括操作一个或多个冷却回路142、144、146中的一个或多个风扇。例如，热管理系统140的制冷机、冷却器、泵和风扇可以以最大速度操作。在另外的实施例中，热管理系统140中的一个或多个冷却回路142、144、146的制冷机、冷却器、泵和风扇可以以最大速度操作。

在一个实施例中，燃料电池堆122、124、126和电池组162之间的功率划分或功率分配250可以基于燃料电池堆122、124、126和/或电池组162的效率。在一些实施例中，燃料电池传动系统100的系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可能不在燃料电池堆122、124、126和电池组162之间均等地配电。

在一个实施例中，除了基于再生和基于寿命或健康的功率限制修改之外，燃料电池传动系统100的系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以实现将基于燃料电池堆122、124、126和电池组162的效率曲线和/或性能将功率分配给各种燃料电池堆122、124、126和电池组162的方法、过程、策略或算法。

在持续充电的燃料电池传动系统100的一个实施例中，燃料电池堆122、124、126和电池组162可以满足以下条件。

阿尔法（α）是可调谐的、可定制的和动态的参数，其确定燃料电池传动系100的系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以用来对电池组162充电以维持燃料电池传动系统100的操作（例如，最佳操作）的积极性。

是第一燃料电池系统的功率，/>

是第二燃料电池系统的功率，/>

是第N燃料电池系统的功率，/>

是牵引功率，/>

是附件功率，并且/>

是所需的电池电荷功率。

参考图1和2，在一个实施例中，如果每个燃料电池堆122、124、126的效率是已知的，则燃料电池堆122、124、126的操作模式226、227、228是已知的。如果对燃料电池堆122、124、126的功率限制的修改也是已知的，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以为最大系统效率实现在线或离线方法、过程、策略、指令或算法，以估计一个以上燃料电池堆122、124、126和/或电池组162之间的理想功率划分。

策略或算法的在线实施例可以存储在系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可访问的存储器设备中。在其他实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以为最大系统效率实现实时策略或算法来估计一个以上燃料电池堆122、124、126和/或电池组162之间的理想功率划分。在其他实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池堆控制器123、125、127可以为最大系统效率预测、标识或生成策略或算法，以估计一个以上燃料电池堆122、124、126和/或电池组162之间的理想功率划分。

例如，在一个实施例中，燃料电池传动系统100可以包括两个燃料电池系统或燃料电池堆122、124。图6中示出了基于总功率需求和两个燃料电池堆122、124的效率曲线标识功率划分或功率分配的基于规则的方法、过程或途径。曲线图600和610示出了燃料电池系统或燃料电池堆122的效率曲线620、燃料电池系统或燃料电池堆124的效率曲线630。如效率曲线620和630中所示，如果总功率需求小于第一阈值602的两倍（2x），以及先前关于燃料电池系统和电池寿命、启动/停止等提出的条件保持真，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125可以在第一阈值602处操作两个燃料电池系统，并将来自过剩功率的能量存储在电池组162中，直到电池组162的荷电状态（SoC）达到可校准的最大值（例如，直到α为0或α约为80%）。在电池组162的荷电状态（SoC）达到可校准的最大值之后，燃料电池系统或燃料电池堆122、124可以被关闭。

如果总功率需求高于第一阈值602的两倍（2x），但低于第二阈值604的两倍（2x），并且电池组162可能提供不足的功率，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以在第一阈值602处操作两个燃料电池燃料电池堆122、124。燃料电池堆122、124然后可以使用电池组162来提供不足的功率，直到电池组162达到可校准的最小值。阿尔法（α）是类似橡皮筋的函数，它随着电池组162的荷电状态（SoC）进一步偏离其标称荷电状态（SoC）而增加。在一个实施例中，功率不足如下。

功率不足=功率需求-（2 *第一阈值）。

当电池组162达到可校准的最小值时，功率需求可以自动超过第一阈值602的两倍（2x）。如果电池组162不能提供必需的不足功率，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125可以在两个燃料电池堆122、124之间均等地划分功率。如果总功率需求高于第二阈值604的两倍（2x），则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125可以在两个燃料电池堆122、124之间均等地划分功率。替代地，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125可以在两个燃料电池堆122、124之间不均等地划分功率。附加地，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125可以在燃料电池堆122、124和电池组162之间均等或不均等地划分功率。

在一个实施例中，第一阈值602可以是燃料电池系统的峰值功率650的约20%到约30%，包括其中包含的每个百分比。在一个实施例中，第二阈值604可以是燃料电池堆122、124、126的峰值功率650的约30%至约40%，或约40%至约50%，包括其中包含的每个百分比。最小操作功率由640标示。在其他实施例中，第一阈值602和第二阈值604可以取决于相关燃料电池堆122、124、126的特性而变化。

在一个实施例中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以实现包括图7中所图示的步骤702-722的方法、过程、策略、指令或算法700。在步骤702中，系统控制器190可以启动策略或算法700。在步骤704中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以与处理器192通信以标识低功率需求条件。

在一些实施例中，低功率需求条件可以包括当从一个或多个功率源汲取的平均电流小于第一阈值602电流时和/或当功率汲取的时间大于第一阈值602时间段时的条件。在步骤706中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以与处理器192通信以估计能量消耗（例如，由第一阈值时间定义的时间段的持续时间内的第一能量阈值）。

在图7的步骤708中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以与处理器192通信，以确定在当前荷电状态（SoC）下电池组的能量（kWh）是否大于在步骤706中估计的第一能量阈值。如果在当前荷电状态（SoC）下电池组162的能量（kWh）大于在步骤706中估计的第一能量阈值602，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以执行步骤710和712。在一些实施例中，第一能量阈值可以取决于系统100中使用的燃料电池燃料电池堆122、124、126和/或电池组162的额定功率。

在步骤710中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以计算关闭一个燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126的效率惩罚。在步骤712中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以确定效率惩罚是否大于阈值百分比。如果效率惩罚大于阈值百分比，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以在步骤714中关闭具有最高操作小时数的燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126，并执行步骤716。

在图7的步骤712中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以与处理器192通信，以确定是否有至少一个燃料电池堆122、124、126在操作中。如果至少有一个燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126仍在操作中，则系统控制器190可以从步骤704开始执行图7的所有步骤。如果没有燃料电池系统或燃料电池堆122、124、126仍在操作中，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以执行步骤714。在一些实施例中，阈值百分比可以取决于燃料电池燃料电池堆122、124、126的年限。在其他实施例中，阈值百分比可以基于取决于特定系统100应用的效率折衷。

在图7的步骤714中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以与处理器192通信以标识低功率需求条件。在一些实施例中，低功率需求条件可以包括平均电流汲取小于第二阈值604电流时和/或电流汲取的时间段大于第二阈值604时间时的条件。

在图7的步骤716中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以与处理器192通信，以估计由第二阈值时间限定的时间段期间的能量消耗（例如，第二能量阈值）。在步骤718中，系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以与处理器192通信，以确定在当前荷电状态（SoC）下电池组的能量（kWh）是否小于在步骤716中估计的第二能量阈值。

如果在当前荷电状态（SoC）下电池组162的能量（kWh）小于在步骤716中估计的第二能量阈值，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以在步骤720中依次启动燃料电池堆122、124、126。如果在当前荷电状态（SoC）下电池组162的能量（kWh）等于或大于在步骤716中估计的第二能量阈值，则系统控制器190或者一个或多个燃料电池燃料电池堆控制器123、125、127可以在步骤722中结束策略或算法700。在一些实施例中，第二能量阈值可以取决于系统100中使用的燃料电池燃料电池堆122、124、126和/或电池组162的额定功率。

在一些其他实施例中，燃料电池传动系统100可以包括两个以上的燃料电池系统和/或一个以上的电池组162。系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以实现类似的基于规则的功率分配方法，以将功率分配给两个以上的燃料电池堆122、124、126和一个以上的电池组162。

在一个实施例中，系统控制器190或燃料电池传动系统100的一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以基于附加的传感器/信号附加地实现策略或算法，以确定燃料电池系统122、124、126的操作。在一些实施例中，可以利用实时交通工具质量估计器策略来实时确定具有燃料电池传动系统100的交通工具是正在接近整备重量（例如，具有所有标准装备而没有有效负载的交通工具的重量）操作，还是正在作为空牵引车（例如，没有拖车的卡车）操作。系统控制器190或者一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127也可以操作最小数量的燃料电池堆122、124、126，以在该整备重量下维持工况循环。在一些实施例中，燃料电池堆122、124、126和电池组162通常可以定尺寸成贯穿工况循环以其各自的额定交通工具总重（GVWR）支撑交通工具。

在一些实施例中，如果包括燃料电池传动系统100的交通工具正以空牵引车操作，则具有多个燃料电池堆122、124、126可能导致尺寸过大的燃料电池传动系统100。在一些另外的实施例中，仅保持所需的最小数量的燃料电池堆122、124、126活动可能是有益的，以便避免退化效应。此外，仅使用最少数量的燃料电池堆122、124、126也可以积极地影响燃料电池传动系统100中所有燃料电池系统的吞吐量寿命消耗。

图8图示了燃料电池传动系统100中的功率划分或功率分配方法、过程、策略、指令或算法800的一个实施例的示意图。在一些实施例中，为了便于跨燃料电池传动系统100上的数据传递和其他网络通信，系统控制器190可以通过网络816与包括处理器192的计算设备802通信。通信设备802可以与燃料电池传动系统100的其他组件通信，所述其他组件包括但不限于氢存储系统110、高压功率驱动单元170、热管理系统140、附件系统130、牵引系统150和/或机载充电器180。在一些实施例中，系统控制器190可以包括存储器826、处理器828和/或通信子系统822。在一些实施例中，一个或多个燃料电池系统或燃料电池堆控制器123、125、127可以包括存储器、处理器和/或通信子系统（未示出）。

计算设备802可以被体现为能够执行本文描述的功能的任何类型的计算或计算机设备，包括但不限于服务器（例如，独立的、机架式的、刀片式的等等）、网络器具（例如，物理的或虚拟的）、高性能计算设备、web器具、分布式计算系统、计算机、基于处理器的系统、多处理器系统、智能电话、平板计算机、膝上型计算机、笔记本计算机和移动计算设备。

图8的说明性计算设备802可以包括输入/输出（I/O）子系统804、存储器806、处理器192、数据存储设备810、通信子系统812和显示器814中的一个或多个，它们可以彼此连接、彼此通信和/或被配置为通过有线、无线和/或功率线连接和相关联协议（例如，以太网、InfiniBand®、蓝牙®、Wi-Fi®、WiMAX、3G、4G LTE、5G等）彼此连接和/或通信。

在一个实施例中，计算设备802中的处理器192可以标识、确定和/或优化用于优化燃料电池传动系100中的燃料电池系统组件120和/或电池系统组件160之间的功率划分的策略或算法。处理器192可以通过网络816将用于优化燃料电池堆122、124、126和/或电池组162之间的功率划分的策略或算法传送给系统控制器190。

计算设备802还可以包括附加的和/或替代的组件，诸如通常在计算机中发现的那些组件（例如，各种输入/输出设备）。在其他实施例中，示例性计算设备802的组件中的一个或多个可以被并入到另一组件中，或者以其他方式形成另一组件的一部分。例如，存储器806或其部分可以并入处理器192中。

处理器192、828可以体现为能够执行本文描述的功能的任何类型的计算处理工具或装备。例如，处理器192、828可以体现为（一个或多个）单核或多核处理器、数字信号处理器、微控制器或其他处理器或处理/控制电路。存储器806、826可以被体现为能够执行本文描述的功能的任何类型的易失性或非易失性存储器或数据存储装置。

在操作中，存储器806、826可以存储在计算设备802和/或系统控制器190的操作期间使用的各种数据和软件，诸如操作系统、应用、程序、库和驱动程序。存储器806经由I/O子系统804通信地耦合到处理器192，I/O子系统804可以被体现为电路和/或组件，以便于与处理器192、存储器806和计算设备802的其他组件的输入/输出操作。

例如，I/O子系统804可以被体现为或者以其他方式包括存储器控制器集线器、输入/输出控制集线器、传感器集线器、主机控制器、固件设备、通信链路（即，点对点链路、总线链路、电线、电缆、光导、印刷电路板迹线等）和/或其他组件和子系统，以便于输入/输出操作。

在一个实施例中，存储器806可以直接耦合到处理器192，例如经由集成的存储器控制器集线器。附加地，在一些实施例中，I/O子系统804可以形成片上系统的一部分，并且连同处理器192、存储器806和/或计算设备802的其他组件一起被并入在单个集成电路芯片（未示出）上。

存储器826通信地耦合到处理器828，处理器828可以被体现为电路和/或组件，以便于与处理器828、存储器826和系统控制器190的其他组件的输入/输出操作。在一个实施例中，存储器826可以直接耦合到处理器828。在一些组件中，处理器828可以执行处理器192的功能。在其他实施例中，系统控制器可以包括计算设备802。

数据存储设备810可以被体现为被配置用于数据的短期或长期存储的任何类型的一个或多个设备，例如存储器设备和电路、存储卡、硬盘驱动器、固态驱动器或其他数据存储设备。计算设备802还包括通信子系统812，通信子系统812可以被体现为能够通过计算机网络816实现计算设备802和其他远程设备之间的通信的任何通信电路、设备或其集合。

通信子系统812的组件可以被配置为使用任何一种或多种通信技术（例如，有线、无线和/或功率线通信）和相关联的协议（例如，以太网、InfiniBand®、蓝牙®、Wi-Fi®、WiMAX、3G、4G LTE、5G等）来实现系统组件和设备两者间和多者间的这样的通信。

系统控制器190可以与计算设备802、燃料电池系统组件120、电池系统组件160、燃料电池传动系统100的其他组件以及包括燃料电池传动系统100的交通工具的附加特征或组件（未示出）连接和/或通信。上述组件可以使用一种或多种通信技术（例如，有线、无线和/或功率线通信）和相关联的协议（例如，以太网、InfiniBand®、蓝牙®、Wi-Fi®、WiMAX、3G、4G LTE、5G等）通过网络816彼此连接、通信和/或被配置为彼此连接或通信。

计算设备802的显示器814可以被体现为能够显示数字和/或电子信息的任何类型的显示器，诸如液晶显示器（LCD）、发光二极管（LED）、等离子显示器、阴极射线管（CRT）或其他类型的显示设备。在一些实施例中，显示器814可以耦合到或以其他方式包括触摸屏或其他输入设备。

计算设备802还可以包括任何数量的附加输入/输出设备、接口设备、硬件加速器和/或其他外围设备。计算设备802可以被配置为单独的子系统，用于管理数据和协调贯穿燃料电池传动系统100的通信。在一些实施例中，计算系统802可以是系统控制器190的一部分。

本发明的下述方面被设想到且是非限制性的：

本发明的第一方面涉及一种在燃料电池传动系统或装置中实现来自第一和第二功率源的功率的方法。该方法包括以下步骤：接收到燃料电池传动系统或装置的处理器中的输入；由处理器确定输出；由处理器将输出传送到系统控制器；由系统控制器确定功率划分；并实现功率划分。功率划分包括与第一功率源相关联的第一功率和与第二功率源相关联的第二功率。第一功率源包括燃料电池系统，并且第二功率源选自电池系统或发动机。该输入包括第一功率源或第二功率源中至少一个的寿命或健康。

本发明的第二方面涉及一种用于在燃料电池传动系统或装置中的功率源之间实现功率划分的系统或装置。该系统包括：第一功率系统，其包括燃料电池堆，被配置为产生第一功率；第二功率系统，其包括电池系统或发动机，该第二功率系统被配置为产生第二功率；处理器，被配置为响应于接收到与第一功率系统或第二功率系统中的至少一个相关联的输入而产生输出；以及系统控制器，被配置为与第一和第二功率系统通信，以响应于来自处理器的输出来控制第一功率和第二功率之间的划分。

本发明的第三方面涉及一种在燃料电池传动系统或装置中实现来自第一和第二功率源的功率的方法。该方法包括接收到燃料电池传动系统或装置的处理器中的输入；由处理器确定输出；由处理器将输出传送到系统控制器；由系统控制器实现功率划分。功率划分包括与第一功率源相关联的第一功率和与第二功率源相关联的第二功率。

在本发明的第一方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，输入可以包括与燃料电池系统相关联的功率限制。在本发明的第一方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，功率限制可以基于燃料电池系统的操作模式和/或能力来确定。

在本发明的第一方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，输入可以是燃料电池传动系统或装置的附件需求输入、牵引能力输入和/或驱动器需求输入。在本发明的第一方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，输入可以是电池系统的功率能力和/或荷电状态。在本发明的第一方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，健康寿命可以与（一个或多个）相关联功率源的瞬时限制、最小或最大启动或停止次数、健康状态和/或吞吐量相关联。在本发明的第一方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，燃料电池传动系统或装置可以是交通工具的一部分并被配置为移动交通工具。在本发明的第一方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，燃料电池传动系统可以包括配置为接收第一功率和第二功率的牵引系统。在本发明的第一方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，输入可以包括关于燃料电池堆的操作效率的信息。

在本发明的第二方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，输入可以包括功率源的功率限制。在本发明的第二方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，燃料电池堆的功率限制可以基于燃料电池堆的操作模式或能力来确定。在本发明的第二方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，输入可以包括燃料电池传动系统或装置的附件需求、牵引能力和/或驱动器需求。在本发明的第二方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，输入可以包括电池系统的功率能力或荷电状态。

在本发明的第二方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，输入可以包括功率源的寿命或健康。在本发明的第二方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，关于功率源的寿命或健康的输入可以包括功率源的瞬时限制、最小或最大启动或停止次数、健康状态和/或吞吐量。

在本发明的第二方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，燃料电池传动系统或装置可以位于交通工具、固定功率装备或采矿装备中。在本发明的第二方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，燃料电池传动系统或装置可以包括牵引系统，或者输入可以是牵引系统的再生状态。在本发明的第二方面、任何其他合适方面或合适方面的任何组合中，输入可以包括关于燃料电池堆的操作效率的信息。

如本文中所使用的，以单数叙述并且以单词“一（a或an）”开头的元素或步骤应当被理解为不排除多个所述元素或步骤，除非这种排除被明确地声明。此外，对当前描述的主题的“一个实施例”的引用不意图被解释为排除也并入了所叙述的特征的附加实施例的存在。单位、测量结果和/或值的指定数值范围包括如下内容、基本上由如下内容组成、或由如下内容组成：所有数值、单位、测量结果和/或范围（包括这些范围和/或端点或在这些范围和/或端点内），无论那些数值、单位、测量结果和/或范围是否在本公开中被明确地指定。

除非另行定义，否则本文中使用的技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。本文中使用的术语“第一”、“第二”、“第三”等不表示任何次序或重要性，而是用于将一个元素与另一个元素区分开。术语“或”意味着是包含性的，并且意指所列项目中的任一个或全部。此外，术语“连接的”和“耦合的”不限于物理或机械连接或耦合，并且可以包括电连接或耦合，无论是直接的还是间接的。

此外，除非明确地相反声明，否则“包括”、“包含”或“具有”带有特定性质的元素或多个元素的实施例可以包括不具有该性质的附加的这种元素。术语“包括”或“包含”指代包含性的并且不排除附加元素、组分和/或方法步骤的组合物、化合物、配方或方法。术语“包括”还指代包含性的并且不排除附加元素、组分或方法步骤的本公开的组合物、化合物、配方或方法实施例。

短语“由……组成”或“由……构成”指代排除了任何附加元素、组分或方法步骤的存在的化合物、组合物、配方或方法。术语“由……组成”还指代排除了任何附加元素、组分或方法步骤的存在的本公开的化合物、组合物、配方或方法。

短语“基本上由……组成”或“基本上由……构成”指代如下组合物、化合物、配方或方法：其包含不会实质上影响该组合物、化合物、配方或方法的（一个或多个）特性的附加元素、组份或方法步骤。短语“基本上由……组成”也指代本公开的如下组合物、化合物、配方或方法：其包含不会实质上影响该组合物、化合物、配方或方法步骤的（一个或多个）特性的附加元素、组分或方法步骤。

遍及本说明书和权利要求在本文中使用的近似语言可以被应用以修饰任何如下定量表示：该定量表示可以可准许地变化，而不会导致与其相关的基本功能中的改变。因此，由诸如“约”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在一些实例中，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度。这里以及遍及本说明书和权利要求，范围限制可以被组合和/或互换。这种范围是被标识的，并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另行指示。

如本文中所使用，术语“可能”和“可能是”指示在一组情况内的发生的可能性；对指定财产、特性或功能的拥有；和/或通过表达与所限定动词相关联的技能（ability）、能力（capability）或可能性中的一个或多个来限定另一个动词。因此，对“可能”和“可能是”的使用指示经修饰的术语对于所指示的能力、功能或用途是明显适当的、有能力的、或合适的，同时考虑到在一些情况下，经修饰的术语有时可能不是适当的、有能力的、或合适的。

要理解的是，上述描述意图是说明性的，而不是限制性的。例如，上面描述的实施例（和/或其方面）可以单独地使用、一起使用、或彼此组合地使用。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情形或材料适配于本文中阐述的主题的教导。虽然本文中描述的材料的尺寸和类型意图定义所公开的主题的参数，但是它们决不是限制性的并且是示例性实施例。在查阅上述描述后，许多其他实施例对于本领域技术人员来说将是明显的。因此，本文中描述的主题的范围应当参考所附权利要求连同这种权利要求有权享有的等同物的全部范围来确定。

本书面描述使用示例来公开本文中阐述的主题的若干个实施例，包括最佳模式，并且还使得本领域普通技术人员能够实践所公开主题的实施例，包括制造和使用设备或系统以及执行方法。本文中描述的主题的可专利范围由权利要求来定义，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这种其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元素、或者如果这种其他示例包括与权利要求的字面语言不具有实质差异的等同结构元素，则这种其他示例意图在权利要求的范围内。

虽然本文中仅说明和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，要理解的是，所附权利要求意图覆盖落入本发明的真实精神内的所有这种修改和改变。

Claims (15)

1.一种在燃料电池传动系统或装置中实现来自第一和第二功率源的功率的方法，所述方法包括：

接收到燃料电池传动系统或装置的处理器中的输入；

由处理器确定输出；

由处理器将输出传送到系统控制器；

由系统控制器确定功率划分，所述功率划分包括：

与第一功率源相关联的第一功率，和

与第二功率源相关联的第二功率；以及

实现功率划分，

其中第一功率源包括燃料电池系统，并且第二功率源选自电池系统或发动机，并且其中所述输入包括第一功率源或第二功率源中至少一个的寿命或健康。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入包括与燃料电池系统相关联的功率限制，并且其中所述功率限制是基于燃料电池系统的操作模式或能力来确定的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入是燃料电池传动系统或装置的附件需求输入、牵引能力输入或驱动器需求输入。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入是电池系统的功率能力或荷电状态。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述寿命或健康与一个或多个相关联功率源的瞬时限制、最小或最大启动或停止次数、健康状态或吞吐量相关联。

6.根据权利要求1所述的方法，其中燃料电池传动系统包括牵引系统，所述牵引系统被配置为接收第一功率和第二功率。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入包括关于燃料电池堆的操作效率的信息。

8.一种用于在燃料电池传动系统或装置中的功率源之间实现功率划分的系统或装置，所述系统包括：

第一功率系统，其包括燃料电池堆，被配置为产生第一功率；

第二功率系统，其包括电池系统或发动机，所述第二功率系统被配置为产生第二功率；

处理器，被配置为响应于接收到与第一功率系统或第二功率系统中的至少一个相关联的输入而产生输出；以及

系统控制器，被配置为与第一和第二功率系统通信，以响应于来自处理器的输出来控制第一功率和第二功率之间的划分。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述输入包括功率源的功率限制。

10.根据权利要求8所述的系统，其中燃料电池堆的功率限制是基于燃料电池堆的操作模式或能力来确定的。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述输入包括关于燃料电池传动系统或装置的附件需求、牵引能力或驱动器需求。

12.根据权利要求8所述的系统，其中所述输入包括电池系统的功率能力或荷电状态。

13.根据权利要求8所述的系统，其中所述输入包括功率源的寿命或健康，并且其中关于功率源的寿命或健康的输入包括功率源的瞬时限制、最小或最大启动或停止次数、健康状态或吞吐量。

14.根据权利要求8所述的系统，其中燃料电池传动系统或装置包括牵引系统，或者所述输入是牵引系统的再生状态。

15.根据权利要求8所述的系统，其中所述输入包括关于燃料电池堆的操作效率的信息。

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