JP2018530115A - 燃料電池システム用コントローラおよび関連方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
上記燃料電池システムから取り出すことができる最大許容電流を決定するステップと;
現行の上記最大許容電流に対する変化の大きさを、現行許容電流ランプ速度(変動速度)と、上記燃料電池の実際に測定された電流とに基づいて繰り返し決定するステップと;
繰り返し決定される上記変化の大きさに従って、上記最大許容電流を更新するステップと;
上記現行の最大許容電流に従って上記燃料電池の動作パラメータを制御するステップとを有する
・スタックの定格電流、または理論上の最大電流(MaximumCurrentLimit316);
・燃料および/または酸化剤送達システムの能力に基づく最大ランプ速度(MaximumCurrentRampRate320);
・燃料電池スタックの乾燥時間(StackFullyDryTime322)に対応する時間;および
・燃料電池スタックの濡れ時間(StackFullyWetTime332)に対応する期間
・スタック内の1つ以上の電池の温度が所定の温度閾値を超えている;
・1つ以上の電池電圧が所定のセ電池電圧閾値を下回る;
・複数の電池電圧が所定の範囲を超える。
・システムが低温の場合は、電源510が必要である。
・システムが正常な状態でない場合は、電源524が必要である。
・システムが高温になっている場合は、電源520が必要である。
・NominalPowerOutput524
・NominalPowerOutput524から、システムが低温状態で動作している場合に必要とされる電力510を引くことによって得られる差分;および
・システムが高温状態で動作している場合に必要な電力520をNominalPowerOutput524から減算することによって得られる差分
・システムの合計実行時間(SystemDataJJTimeimeHours528);
・所定の低温閾値(LowTempDeratePoint506)を下回る周囲温度(TX01 502);
・所定の高温閾値(UpperTempDeratePoint512)を上回って上昇する周囲温度(TX01 502);および
・スタック電圧(VX10 544)
・燃料電池スタックが受ける、完全な停止開始サイクルの総数のカウント;および
・所定の低湿度閾値を下回る周囲湿度
・負荷に供給される実際の測定電流(SystemGrossCurrent)612;
・負荷によって取り出される電流の増加を検出するために現に取り出されるものを上回って、システムが受け入れる電流量(CurrentLimtOverhead)614;
・負荷に供給される電流の限界(GrossSystemCurrentLimit)616、例えば、図8で後述する論理装置を使用して計算することができるもの;および
・現在の増加が許可されるべきかどうかを示すブール値(PermitCurrentlncrease)618であり、これは例えば図4に関して前に説明した論理装置を使用して計算することができるもの
・例えば図3を参照して先に説明した論理装置を使用して計算することができる現行の許容電流ランプ速度(SystemCurrentRampRate)624;
・電流制限計算制御時間(CurrentLimCalcltrTime)626、これは、図3を参照して先に説明したものと同様であってもよい
・SystemGrossCurrent612;
・CurrentLimtOverhead614;および
・GrossSystemCurrentLimit616
(i)新しい電流制限を作成するために経時的に正規化されたSystemCurrentRampRate624;および
(ii)2Aであってもよい、SystemGrossCurrent612およびCurrentLimtOverhead614を加えたものから、以前の現在の需要からのGrossSystemCurrentLimit616を差し引いたもの。したがって、第2の論理経路606は、InitialCurrentLimit602の近くで動作し、InitialCurrentLimit602のサイクルまたは変動を防止する。
・GrossSystemCurrentLimit616;
・SystemGrossCurrent612;
・始動時に燃料電池システムが生成すると予想される理論電流値(MaximumCurrentLimit)628;
・完全に湿った電池が十分に乾燥して、送風機またはファンが稼動しているときに電流が流れないことを条件にして例えば2%のマージンのエラー内で、乾燥がさらに性能を低下させないようにする期間(StackFullyDryTime)630;
・CurrentLimCalcltrTime328、これは、InitialCurrentLimit602の計算の間の時間間隔である。MaximumCurrentLimit628、StackFullyDryTime630およびCurrentLimCalcltrTime632は、図3を参照して先に説明した対応する値と同様であって良い。
・燃料電池スタックから引き出される最大許容電流(InitialCurrentLimit)804;
・1つ以上の電池電圧(MinActiveCellVoltage)806;
・最小電池電圧閾値(RollbackMinCellVPoint)808;
・電圧が不十分な場合にGrossSystemCurrentLimit802が減少するレート(UndervoltRollbackRate)810;
・電流制限計算制御時間(CurrentLimCalcltrTime)812、これは、図3を参照して先に説明した対応する特徴と同様であってもよい;
・燃料電池スタックの実際の平均温度(MeanTX_Sys)814;これは、図4を参照して先に説明したものと同様であってもよい。
・最大温度制限(RollbackTX03Point)816;
・温度が高すぎる場合、GrossSystemCurrentLimit802が減少するレート(TemperatureRollbackRate)818;および
・所定の最小電流制限(MimimumCurrentLimit)814
・燃料電池システム内の燃料電池(MeanTX03_Sys)910の実際の平均温度;
・水が蒸発するのに十分な熱が燃料電池システム内に存在する予め設定された温度(StackEvaporationTemp)912;
・総システム電流制限(GrossSystemCurrentLimit)914(図8を参照して先に説明した論理構成によって計算されたものなど);
?送風機や送風機で消費される電力など、システム上の現行の寄生負荷(ParasiticLoads_Sys)916の測定値;
・燃料電池システムが、図3を参照して先に説明した対応するMaximumCurrentLimit値に類似し得る、寿命の開始時に生成すると予想される理論的電流値(MaxCurrentLimit)918;
・始動の直後またはブローダウン手順の間(ファンがスタックから水を除去するために使用される場合)など、冷たい燃料電池システムから引き出され得る理論上の最大電流(ColdStackMaxCurrent)922;
・ブローダウン中に冷たい燃料電池システムから引き出される理論上の最大電流(BlowdownStackMaxCurrent)924;
・ブローダウン手順が進行中であることを示すブローダウントリガ(Action_Blowdown)926;
・燃料電池システムが負荷に接続されているかどうかを示す、メイン出力コンタクタの状態(HVRL02_Demand)928;
・シャットダウンが一時停止されたかどうかの表示(Status_ShutdownPaused)930、この場合、ロード要求がない
102 外部電気負荷
104 燃料電池スタック
106 限界計算機
107 負荷コントローラ
108 燃料電池
Claims (21)
- 燃料電池システムを動作させる方法において、
上記燃料電池システムから取り出すことができる最大許容電流を決定するステップと、
現行の上記最大許容電流に対する変化の大きさを、現行許容電流ランプ速度と、上記燃料電池の実際に測定された電流とに基づいて繰り返し決定するステップと、
繰り返し決定される上記変化の大きさに従って、上記最大許容電流を更新するステップと、
上記現行の最大許容電流に従って上記燃料電池の動作パラメータを制御するステップとを有することを特徴とする、上記方法。 - 上記燃料電池の動作パラメータを制御する上記ステップは、上記燃料電池の電気負荷を制御するステップと有する請求項1記載の方法。
- 決定される上記変化の大きさは増分または減分を有する請求項1記載の方法。
- 上記変化の大きさは、上記現行の許容電流ランプ速度に対応する変化の大きさと電流負荷仕様によって変化の大きさのうちの小さい値に従って決定され、決定された値を上記最大許容電流に対して増分として適用する請求項1記載の方法。
- 上記変化の大きさは、上記燃料電池システムの1または複数の燃料電池の乾燥時間に対応する時間間隔の関数として決定される請求項1記載の方法。
- 実際に測定された電流と、現在の現行電流ランプ速度と、上記システムの定格最大電流、燃料および/または酸素搬送システムの能力に基づく、最大ランプ速度、上記燃料電池システムの1または複数の燃料電池の乾燥時間に対応する時間間隔、および、上記燃料電池システムの1または複数の燃料電池の湿潤時間に対応する時間間隔のうちの少なくとも1つとの関数として許容電流ランプ速度を周期的に決定するステップを含む請求項1記載の方法。
- 上記定格最大電流は、上記燃料電池システムの物理構造に対してあらかじめ決定される最大電流を有する請求項6記載の方法。
- 上記許容電流レンプレートは、1または複数の燃料電池の過乾燥から引き起こされる上記システムの過小電圧事象の把握を確実に行う電流レート増加のレベルを表す最小電流ランプ速度に従う請求項6記載の方法。
- (i)1または複数の電池の温度が予め定められた温度閾値を上回ること、
(ii)1または複数の電池の電圧が予めっ定められた電池電圧閾値を下回って下降すること、
(iii)複数の電池の電圧が予め定まられた範囲を超えること、
のうち、1または複数が起こった場合に、上記最大許容電流の増加を禁止するステップをさらに含む請求項1記載の方法。 - 上記最大許容電流を、
(i)総システム稼動時間、
(ii)燃料電池システムが経験した完全開始停止サイクルの総回数のカウント、
(iii)予め定められた低湿度閾値を下回る周囲湿度、
(iv)予め定められ低温閾値を下回る周囲温度、
(v)予め定められ高温閾値を上回る周囲温度閾値、および
(vi)システム電圧
のうちの1または複数の関数として決定するステップをさらに含む請求項1記載の方法。 - 上記最大許容電流を、1または複数の電池電圧の最小電池電圧閾値への近接度および/またはシステム温度の最大温度限界への近接度の関数として決定するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 上記最大許容電流が予め定められた最小電流制限を下回らないと判定するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- (i)システムがシャットダウン手順に入るか、(ii)システムの1または複数の燃料電池が負荷から隔離されるか、の一方または双方の場合に、上記最大許容電流を上書きするステップをさらに含む請求項1記載の方法。
- 上記システムの寄生電流負荷の関数として上記最大許容電流を変更するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法を実行するように構成されたコントローラ。
- 燃料電池システムであって、直列または並列に配置された1または複数の燃料電池と、請求項15に記載のコントローラとを有する燃料電池システム。
- 上記1または複数の燃料電池が空冷式燃料電池である、請求項16に記載の燃料電池システム。
- 上記車両に電力を供給するために請求項16に記載の燃料電池システムを有する車両。
- 請求項1〜14のいずれかに記載の方法を実行するようコントローラに命令するためのコンピュータプログラム。
- 添付の図面を参照して本明細書に実質的に記載されたコントローラまたは燃料電池システム。
- 添付の図面を参照して本明細書に実質的に記載された方法またはコンピュータプログラム。
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