PT2530780E - Método para a gestão das operações de um sistema híbrido - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

MÉTODO PARA A GESTÃO DAS OPERAÇÕES DE UM SISTEMA HÍBRIDO A presente invenção diz respeito a um método para a gestão do funcionamento de uma fonte de corrente continua híbrida, referida fonte de alimentação, incluindo uma pilha de células de combustível, uma bateria e um conversor DC/DC que compreende uma entrada e uma saída, a entrada do conversor está ligada à célula de combustível da pilha de saída e a saída está ligada a uma carga variável em paralelo com a bateria, pilha de células de combustível a ser formada de uma pluralidade de células electroquímicas adaptadas para produzir electricidade a partir de um combustível e de um gás oxidante.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Conjuntos de unidades electroquímicas conectadas em série (muitas vezes chamado de pilhas) são conhecidos. As unidades electroquímicas assim montadas podem ser formadas por exemplo por elementos de acumuladores, ou por células de combustível. Uma célula de combustível é um dispositivo electroquímico para converter energia química directamente em energia eléctrica. Por exemplo, um tipo de célula de combustível inclui um ânodo e um cátodo, entre uma membrana de permuta de protões está disposta, geralmente uma chamada membrana de electrólito polimérico. Este tipo de membrana permite apenas que protões passem entre o ânodo e o cátodo da célula de combustível. No ânodo, o hidrogénio diatómico sofre uma reacção para produzir iões H +, que vão passar pela membrana de polímero. Os electrões gerados por esta reacção juntar o cátodo por um circuito externo à célula de combustível, o que gera uma corrente eléctrica. Como uma única célula de combustível geralmente produz apenas uma tensão baixa (cerca de 1 volt), as células de combustível são muitas vezes ligadas em série de modo a formar pilhas de células de combustível capazes de gerar uma tensão mais alta do gue a soma das voltagens de cada célula.

Quando usadas na indústria automobilística, estas pilhas de células de combustível são normalmente associadas com uma bateria para formar um sistema híbrido. Esta liga o sistema de célula de combustível e a bateria em paralelo de modo a gue a pilha de células de combustível e a bateria simultaneamente ou separadamente alimentem o carro, através de uma secção comum conhecido por bus. Esta hibridação também permite gue a pilha de células de combustível recarregue a bateria. Um sistema híbrido é chamado "activo" guando usa um conversor DC/DC ligado na salda da pilha de células de combustível como pode ser visto na Figura 1. Este conversor DC/DC é usado para adaptar os níveis de tensão da pilha de células de combustível e da bateria e para regular a potência fornecida pela pilha de células de combustível. A regulação da energia reguer a implementação de uma estratégia de controlo para distribuir a energia entre a pilha de células de combustível e a bateria de acordo com a exigência de potência do motor eléctrico e as limitações do carro e do sistema. As restrições do sistema gue a estratégia de controlo tem de ter em conta são as tensões máximas e correntes da pilha de células de combustível e da bateria, as faixas de temperatura gue não devem ser ultrapassadas, o estado de carga da bateria, ou seja, por exemplo, a bateria não deve ser carregada quando ela já está 100% carregada, etc...

Uma das estratégias de controlo deste sistema híbrido consiste na regulação do estado de carga da bateria em torno de um valor nominal, sem nunca atingir a carga máxima ou mínima da referida bateria. Assim, a bateria nunca necessita de ser carregada externamente, uma vez que é recarregada pela pilha de células de combustível e, possivelmente, por meio da recuperação de energia cinética do veículo, quando este último está na fase de travagem. Isto significa que a pilha de células de combustível fornece a potência média consumida pelo motor eléctrico do veículo, enquanto que a bateria é usada como tampão de energia aos meios de carregamento ou descarregamento de energia. Esta estratégia é implementada através da regulação da tensão do barramento em um valor constante usando o conversor DC/DC.

Uma desvantagem desta estratégia conhecida é que nada é implementado para evitar que a pilha de células de combustível opere a uma tensão de circuito aberto ("OCV")."Tensão de circuito aberto", significa a área de actuação em que a tensão por célula é maior do que 0,85 -0.9V/célula. Esta tensão é conhecida por reduzir consideravelmente o tempo de vida da pilha de células de combustível. É, portanto, indesejável que a pilha de células de combustível opere neste modo. O modo de operação de tensão de circuito aberto pode ocorrer quando a pilha de combustível só é controlada por um fluxo de pressão constante. Este método de controlo é derivado da ideia que consiste em reduzir a pressão de funcionamento da pilha de células de combustível de baixa energia para evitar a gama OCV. No entanto, deve considerar-se que a dinâmica de variação da pressão é muito mais lenta do que a dinâmica da variação de corrente (na ordem de um segundo para a pressão e um milissegundo para a corrente). Também deve ser considerado que um decréscimo na pressão da pilha de células de combustível pode ocorrer apenas se a corrente for consumida, e o valor actual influencia directamente a velocidade de redução da pressão. Assim, se a energia da pilha de células de combustível variar instantaneamente (ou rapidamente) de vários quilowatts para 0 kW, não será possível evitar a gama OCV, uma vez que não haverá mais nenhuma corrente para reduzir a pressão e a pilha de células de combustível será danificada.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO É um objecto da presente invenção proporcionar um método para gerir a operação de um sistema híbrido, compreendendo uma pilha de células de combustível e uma bateria, o que optimiza o desempenho do sistema híbrido e aumenta o tempo de vida da pilha de células de combustível.

Por conseguinte, o invento diz respeito a um método para a gestão do funcionamento de uma fonte de corrente contínua híbrida de acordo com a reivindicação 1 em anexo.

Uma vantagem da presente invenção é proporcionar uma vida útil mais longa para a pilha de células de combustível. Na verdade, ao optar por um método de regulação diferente dependendo de se o sistema híbrido está em modo de baixa potência ou em modo de alta potência, o sistema aproveita ambos os modos de regulação ao mesmo tempo que ainda evita os seus inconvenientes. Na verdade, a regulação utilizando variação de pressão é vantajosa em baixa potência, pois a baixa potência significa que a corrente é baixa. Assim, a diferença na reactividade entre a variação de corrente e a variação da pressão não é sentida a baixa potência, enquanto que a alta potência, ou seja, com uma corrente elevada, esta diferença pode levar a um sistema híbrido que entra no intervalo OCV.

Formas de realização vantajosas do método da presente invenção formam o objecto das reivindicações dependentes anexas.

Uma primeira forma de realização vantajosa é definida na reivindicação 2.

Numa segunda forma de realização vantajosa, de acordo com a reivindicação 3, a variável representativa da carga variável é a diferença entre um terceiro valor de referência e a voltagem medida da bateria.

Numa terceira forma de realização vantajosa, de acordo com a reivindicação 4, a variável representativa da carga variável é a diferença entre a energia requerida pela carga variável e a potência de saída da célula de combustível.

Numa outra forma de realização vantajosa, o segundo valor crítico é de 2,45 bar.

Numa outra forma de realização vantajosa, o primeiro valor crítico pré-determinado é de 0,845 volts.

Numa outra forma de realização vantajosa, o segundo valor de referência é de 0,85 volts por célula.

Numa outra forma de realização vantajosa, o primeiro valor de referência é de 2,5 bar.

Em outra forma de realização vantajosa, a pilha de combustível utiliza hidrogénio como combustível e oxigénio como gás oxidante. A presente invenção também diz respeito a um sistema híbrido que inclui uma pilha de células de combustível que compreende uma pluralidade de células em série utilizando um combustível redutor e um agente de oxidação para proporcionar uma tensão de célula de combustível e uma bateria fornecendo uma tensão de bateria, ligados em paralelo a uma carga variável, a pilha de células de combustível sendo ligada à carga variável através de um conversor DC/DC, que controla a referida pilha de células de combustível. 0 sistema híbrido utiliza o método de funcionamento, que é o objecto da presente invenção, a fim de operar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os objectos, vantagens e caracteristicas do sistema híbrido de acordo com a presente invenção surgirão mais claramente da seguinte descrição detalhada de pelo menos uma forma de realização da invenção, dado unicamente a título de exemplo não limitativo e ilustrada nos desenhos anexos, em que: - A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema híbrido conhecido; - A Figura 2 é uma vista esquemática do sistema híbrido que opera de acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção. - A Figura 3 é uma vista esquemática do sistema híbrido que funciona em conformidade com um segundo modo de operação da presente invenção. - A Figura 4 é uma vista esquemática das condições de transição entre os dois modos de funcionamento de acordo com uma forma de realização da presente invenção. - A Figura 5 mostra uma simulação da operação do sistema híbrido de acordo com a presente invenção. - A Figura 6 mostra os pontos de funcionamento da pilha de células de combustível, quando operando de acordo com a aplicação da presente invenção mostrada na Figura 4.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Na seguinte descrição, todos as partes da pilha de células de combustível que são bem conhecidas dos peritos neste campo técnico serão descritas apenas de uma forma simplificada. A Figura 1 mostra uma vista esquemática de um sistema híbrido 1 de acordo com a presente invenção. Este sistema híbrido 1 inclui uma pilha de células de combustível 2, isto é, uma pluralidade de células electroquímicas montadas em série. Esta pilha de células de combustível 2 é alimentada por um combustível de redução como o hidrogénio e por um agente oxidante tal como o oxigénio. A reacção entre o combustível de redução e o agente oxidante gera a tensão da célula de combustível. Os gases provenientes da reacção entre o combustível de redução e o agente oxidante podem ser evacuados através de circuitos de recirculação equipados com bombas de recirculação. Um sistema híbrido também inclui um meio de armazenamento de energia 6, tal como uma ou várias baterias. No restante da descrição, este meio de armazenamento de energia eléctrica irá ser assumido como sendo uma bateria de 6, mas não há nada para impedir que várias baterias sejam usadas. Esta bateria 6 fornece uma tensão da bateria e é ligado em paralelo a uma pilha de células de combustível 2 de modo a que a pilha de células de combustível 2 e da bateria 6 estão ambos ligados a uma carga variável 8. Esta carga variável 8 pode ser, por exemplo, um motor de carro.

Este sistema híbrido 1 também inclui um conversor DC/DC 4, que compreende duas entradas e duas saídas. As saídas da pilha de células de combustível 2 estão ligados às duas entradas do conversor DC/DC 4, o que significa, portanto, que a tensão fornecida pela pilha de células de combustível 2 entra no conversor DC/DC 4. Os pontos de ligação de carga variável e 8 6 estão ligados bateria para as duas saídas do conversor DC/DC 4. 0 conversor DC/DC 4 está também preparado para controlar um sistema híbrido 1 pois o conversor DC/DC 4 é capaz de adaptar o nível de tensão da pilha de células de combustível 2 e também que a bateria 6. Do mesmo modo, o conversor DC/DC pode regular a potência fornecida pela pilha de células de combustível 2.

Na verdade, o papel do conversor DC/DC 4 é controlar um sistema híbrido para que bateria 6 e a pilha de células de combustível 2 operem em conjunto para carregar a energia 8. A função do conversor DC/DC é também distribuir a energia fornecida pela pilha de células de combustível entre a carga, que é o motor em uma aplicação automóvel, e a bateria. 0 controlo do sistema híbrido 1 é, naturalmente, sujeito a restrições, que são os limites de tensão e de corrente da pilha de combustível 2, a tensão e os limites actuals da bateria de 6, o estado de limites de carga da bateria 6, os limites de temperatura que não devem ser excedidos etc.

Uma estratégia de controlo é regular o estado de carga da bateria de 6 em torno de um valor nominal, sem nunca atingir o limite máximo ou mínimo de carga. Em outras palavras, a bateria nunca necessita de ser carregada externamente e é recarregada pela pilha de células de combustível e a recuperação de energia cinética durante as fases de travagem no caso de um veículo. Uma consequência dessa estratégia é que pilha de células de combustível 2 responde à exigência de energia média do motor e bateria de 6 age como um meio de tampão de energia de carregamento ou de descarregamento. Esta estratégia é implementada pelo conversor DC/DC4.

De acordo com a invenção, o conversor DC/DC 4 é disposto de modo a que um sistema híbrido opere em dois modos de funcionamento, de modo a evitar o modo de tensão em circuito aberto. Recorde-se que este modo ocorre quando a energia produzida pela pilha de células de combustível 2 é baixa e é caracterizada por uma tensão de célula de mais de 0,85 volts. Este modo, em seguida, causa danos nas células de pilha de células de combustível 2 e reduz a vida útil da pilha.

Uma pilha de células de combustível é caracterizada por a relação entre a tensão nos terminais das células que formam a dita pilha e a corrente que ela produz. Com efeito cada pilha de células de combustível 2 é caracterizada pela relação entre a corrente e a tensão da célula, ou seja, para uma dada corrente, cada célula produz uma tensão cujo valor está ligado à referida dada corrente. É, portanto, observado que a tensão Vcell nos terminais das células diminui quando a corrente aumenta. Esta relação de tensão de corrente/célula é ainda mais complexa na medida em que também depende da pressão. Isto significa que o desempenho da pilha de células de combustível 2 depende da pressão do combustível de redução e o gás oxidante injectado na referida pilha de células de combustível. O resultado desta variação no desempenho com a pressão é uma relação de voltagem de corrente/célula que existe para cada pressão. Observa-se na Figura 6, que mostra a característica tensão-corrente da célula para várias pressões, que quanto maior for a pressão, menor a inclinação da curva de tensão-corrente célula será. Além disso, observa-se que, para uma dada corrente, maior será a pressão P, quanto maior for a tensão da célula. 0 primeiro modo de operação é o modo de operação de baixa potência do sistema híbrido 1. Este primeiro modo de funcionamento tem um método de regulação específico que consiste em regular a tensão de bateria de 6 e a tensão da pilha de células de combustível 2. Esta regulação é efectuada utilizando primeiro 9 e segundo 11 circuitos de regulação vistos na Figura 2.

0 primeiro circuito de regulação 9 inclui um primeiro comparador 10, que compara um segundo valor de referência, servindo como tensão de referência VcellO com a pilha de células de combustível, com a tensão de medição Vcell da pilha de células de combustível, isto é, a tensão da pilha de células de combustível 2 de saída. Isto significa que a tensão de referência de célula de combustível VcellO é ligada à entrada positiva do primeiro comparador 10 e que a tensão da célula de combustível medido Vcell é ligada à entrada negativa do primeiro comparador 10. A saída do primeiro comparador 10 está ligada a um primeiro controlador de tensão 12. Este primeiro controlador de tensão 12 está disposto para controlar e analisar os dados derivados a partir da comparação entre a tensão de referência de célula de combustível VcellO e a voltagem da célula de combustível medido Vcell e para fornecer um sinal de instrução ou desejado-1 para o conversor DC/DC 4.Esta instrução Signal-1 controla o valor da corrente introduzida na pilha de células de combustível 2. Esta corrente actua sobre a impedância do conversor DC/DC 4, que por sua vez actua sobre a voltagem de cada célula da pilha de células de combustível 2. Consequentemente, a regulação da corrente do conversor DC/DC 4 permite que a tensão de cada célula de pilha de combustível de 2 seja regulada para um valor pré-determinado. No presente exemplo, a voltagem de cada célula será regulada a um segundo valor de referência de 0,85 volts por célula, que é um valor nominal de funcionamento. É claro que este valor pode ser diferente, dependendo do tipo de pilha de células de combustível usada. Este regulamento protege a pilha de combustível a partir da faixa de tensão de circuito aberto. O segundo ciclo de regulação 11 é usado para a variação de energia. Este segundo ciclo 11 inclui um segundo comparador 14, que compara uma tensão de referência VbattO da bateria com uma tensão de bateria medida Vbatt. Isto significa que a voltagem da bateria VbattO de referência está ligada à entrada positiva do segundo comparador 14 e a voltagem da bateria medida Vbatt está ligada à entrada negativa do segundo comparador. A salda do segundo comparador 14 está ligada a um segundo controlador de tensão 16. Este segundo controlador de tensão 16 está disposto de modo a analisar os dados derivados a partir da comparação entre a tensão de bateria referência VbattO e voltagem da bateria medida Vbatt e para agir sobre a pressão de célula de combustível. Para alcançar este objectivo, o segundo controlador de tensão 16 fornece um sinal de Signal-P, que actua sobre as válvulas para aumentar ou diminuir a pressão. O facto de se actuar sobre a pressão controla a potência da pilha de células de combustível 2, uma vez que a tensão da célula constante, a alteração da pressão significa uma alteração da curva tensão-corrente de células. O aumento da pressão aumenta a corrente e vice-versa. A regulação da tensão Vbatt da bateria é útil para a estratégia de controlo de um sistema híbrido. Na verdade, a tensão da bateria é regulada pelo seu valor nominal, de modo a que bateria 6 nunca precisa ser carregada externamente, uma vez que é recarregada por uma pilha de combustível 2 e pela recuperação de energia cinemática do veículo durante a fase de travagem. Consequentemente, a pilha de combustível 2 fornece a energia média do motor elétrico 8 do veículo, enquanto que a bateria 6 é utilizada como um acumulador de energia de meios de tampão de carregamento ou descarregamento de energia.

Assim, durante a operação em modo de baixo consumo ou Modo 1, a tensão da célula Vcell da pilha de células de combustível é regulada para um segundo valor de referência de 0,85 volts por célula e a variação da energia ocorre através da variação da pressão. Um modo de operação é, assim, obtido, o qual permite que a tensão da célula seja superior a 0,85 volts por célula e, portanto, não danifica as células uma vez que a pilha de células de combustível não entra na faixa de tensão em circuito aberto.

No entanto, regulando a tensão da célula de célula de combustível da pilha Vcell a um valor constante reduz o rendimento uma vez que a tensão nos terminais de cada célula é restrito. O rendimento da pilha de células de combustível é máximo quando a pressão P é máxima. No presente caso, uma redução no rendimento é aceitável uma vez que este primeiro modo de funcionamento é caracterizado por uma baixa potência. Um rendimento mais baixo é aceitável neste primeiro modo de regulação, uma vez que a queda no rendimento tenha consequências limitadas. Por exemplo, para uma potência teórica máxima de 500 watts, neste primeiro modo de funcionamento, um rendimento que mude de 90% a 85% mudaria a energia fornecida de 450 watts para 425 watts. O segundo modo de funcionamento ou modo 2 é o modo de funcionamento de um sistema híbrido, quando este opera em alta potência. Este segundo modo de funcionamento consiste em impor pressão pilha de células de combustível P e na regulação da tensão da célula Vcell de pilha de combustível 2 como observado na Figura 3.

Neste segundo modo operacional, há um terceiro circuito de regulação 13, visto na Figura 3. Ele inclui um terceiro comparador 18 compara um ponto de ajuste da tensão da bateria VbattO a uma tensão Vbatt da bateria medida, isto é, a tensão de salda da bateria.Isto significa que o ponto de ajuste da tensão da bateria VbattO é ligado à entrada positiva do terceiro comparador 18 e a voltagem da bateria medida Vbatt é ligada à entrada negativa do terceiro comparador 18.A saida do terceiro comparador 18 está ligada a um terceiro controlador de tensão 20. Este terceiro controlador de tensão 20 é organizado para analisar os dados obtidos a partir da comparação entre o ponto de ajuste da tensão da bateria VbattO e tensão da bateria medido Vbatt e fornece um sinal de Signal-2 para o conversor DC/DC 4. Este objectivo deste sinal do Signal-2 é a variar a corrente de pilha de células de combustível 2, actuando sobre a tensão de cada célula da pilha de células de combustível 2, que, consequentemente, protege a bateria 6. Este circuito de regulação 13 é semelhante ao do segundo circuito de regulação 11 utilizado para fazer variar a pressão P e, assim, poder no primeiro modo de funcionamento. Em uma variante poderia prever que o segundo ciclo de regulação 11 e o terceiro ciclo de regulação 13 têm comparador de tensão de elementos em comum 18 ou 14 e o controlador de tensão de 16 ou 20. O controlador de tensão inclui um meio de selecção para fornecer tanto o sinal de Signal-1 quando o sistema está a funcionar no primeiro modo de funcionamento, ou sinal de Signal-2 quando o sistema 1 está a funcionar no segundo modo de funcionamento. Esta disposição exige menos componentes. Em paralelo a este controlo, a pressão P de combustível de redução, isto é, hidrogénio e a pressão do gás oxidante, ou seja, de oxigénio são mantidos a um nível constante de pressão máxima Pmax.Esta pressão máxima Pmax pode, assim, proporcionar um rendimento máximo para a pilha de células de combustível 2.

Como é lógico, outros tipos de regulação podem ser usados para executar o método de acordo com a presente invenção e os exemplos anteriores não são de modo algum limitantivos.

Obtém-se assim um sistema híbrido 1 operar em dois modos de funcionamento: num primeiro modo de funcionamento em que a tensão é constante e P é pressão variável e um segundo modo de funcionamento em que a tensão é variável e a pressão P é constante. Este sistema 1 tanto protege pilha de células de combustível 2 da faixa de tensão de circuito aberto no primeiro modo de funcionamento e protege a bateria 6 por sobrecarga no segundo modo de operação. No entanto, de preferência, a protecção da bateria 6 terá prioridade sobre a protecção da pilha de células de combustível 2, de modo que no caso de uma corrente de retorno de carga variável 8 ao sistema híbrido 1, a corrente irá ser enviada para alimentar a pilha de células 2 e não para dentro da bateria 6. Isto é devido ao perigo de sobrecarga da bateria 6. Em particular, para uma bateria 6 utilizada em um sistema híbrido de um para um automóvel, a sobrecarga da bateria 6 pode causar que esta última exploda. Por razões de segurança, é, portanto, preferível danificar pilha de combustível 2, em vez de pilhas ou baterias 6.

Este sistema híbrido 1 de acordo com as presentes variação altera de um modo de funcionamento para outro quando são combinadas as condições para a transição. Existem duas condições de transição, um primeiro que, quando atingido, muda o sistema híbrido 1 do primeiro modo de operação para o segundo modo de operação e um segundo que, quando atingido, muda o sistema híbrido de um segundo modo de operação para 0 primeiro modo de operação. A primeira transição utiliza duas variáveis que devem satisfazer dois requisitos para que o sistema híbrido 1 seja capaz de mudar do primeiro para o segundo modo de operação. A primeira destas condições é uma condição de pressão. Esta condição de pressão só é alcançada quando a pressão P na pilha de células de combustível é maior do que ou igual a um segundo valor crítico de 2,45 bar. Com efeito, no primeiro modo de funcionamento chamado de modo de baixa potência, a variação na energia ocorre através da variação da pressão P, de modo que um aumento da pressão P provoca um aumento na potência e vice-versa. Uma vez que a tensão nos terminais de cada célula é regulada ao segundo valor de referência, que é de 0,85 volts aqui, um limite de potência é alcançado, quando a pressão P é máxima. No entanto, este limite não é a potência máxima que pilha de células de combustível 2 pode proporcionar. O modo de funcionamento deve, portanto, ser alterado para introduzir um modo de funcionamento permitindo que mais energia venha a ser fornecida. Este é o segundo modo de operação descrito acima.

No entanto, deve haver um sinal indicando que é necessária mais energia. Com efeito, se a mudança do primeiro modo de operação para o segundo modo de operação foi feita simplesmente quando a pressão P atinge uma pressão máxima, isto poderia conduzir a problemas quanto à comutação prematura de um modo para o outro quando o sistema híbrido 1 desejava operar por energia fornecida quando a tensão é igual a 0,85 volts e para a pressão P tendo o valor máximo de pressão. Um pico na pressão P causaria tal mudança. Uma condição adicional deve ser fixada no local representativo das necessidades de energia. Esta condição indica que o sistema híbrido 1 precisa fornecer mais ou menos energia. Esta condição pode consistir na diferença de tensão entre o valor do ponto estabelecido da bateria VbattO e o valor medido da tensão da bateria Vbatt. Esta condição é representativa da tensão da fonte desejada, desde que a carga da bateria 6 seja controlada de modo a que a referida bateria nunca seja sobrecarregado. Assim, se a bateria de 6 estiver suficientemente carregada, a sua exigência de energia é menor ou zero e a energia deve, então, ser diminuída. No caso da primeira transição, a condição de tensão, a qual se torna uma condição de potência será satisfeita se a diferença ε entre o ponto de ajuste da tensão da bateria e VbattO e a tensão Vbatt da bateria medida for maior do que zero. Isto significa que o sistema híbrido 1 exige um aumento na energia. Assim, quando são preenchidas as primeira e segunda condições, a transição entre o primeiro modo de operação e do segundo modo de operação é efectuada, e um sistema híbrido começa a funcionar no segundo modo de funcionamento que permite que mais energia seja fornecida ao sistema híbrido 1.

No caso da segunda transição, há também duas condições. Uma primeira condição é a condição representante do requisito de energia ou seja, a diferença ε entre o ponto de tensão configurado ou de referência VbattO da bateria de 6 e a tensão da bateria medida Vbatt é menor que zero. Isto significa que o sistema híbrido 1 está a tentar diminuir a energia. Esta condição de tensão está associada com uma segunda condição que é uma condição de tensão. Esta condição de tensão só é alcançada quando a tensão de cada uma das células da pilha de células de combustível é maior do que ou igual a um primeiro valor crítico que é de 0,845 volts. Com efeito, no modo de alta potência, a variação na potência é conseguida através da diminuição da tensão nos terminais de cada célula. Neste modo, a pilha de células de combustível 2 opera seguindo a curva de corrente-tensão da célula para a pressão máxima Pmax. Neste caso, quanto mais a tensão nos terminais de cada célula diminui, o mais corrente e, assim, a potência aumenta. Por outro lado, quando a tensão nos terminais de cada célula aumenta, a corrente diminui e também diminui a potência. No caso de uma diminuição na potência, a tensão nos terminais de cada célula aumenta e esta diminuição pode ir ao ponto de provocar uma tensão de cerca de 0,85 volts nos terminais de cada célula, que é o limite que não deve ser excedido. Se o sistema híbrido 1 exige ainda menor potência, deve mudar para o primeiro modo de operação. Assim, quando são preenchidas as primeira e segunda condições, a transição entre o segundo modo de funcionamento e o primeiro modo de operação é levada a cabo, com um sistema híbrido que opera no primeiro modo de funcionamento.

No entanto, se a diferença ε entre o ponto de configuração da tensão da bateria VbattO e a tensão Vbatt da bateria medida é igual a zero, o sistema híbrido compreende que é necessária a potência fornecida. Consequentemente, um sistema híbrido que assegura que o valor actual e o valor da pressão são definidos e mantidos constantes, enquanto a diferença ε entre a tensão da bateria referência VbattO e a tensão Vbatt da bateria medida é igual a zero.

Os valores dos primeiro e segundo valores críticos de 0,845 volts e 2,45 bar são seleccionados para serem diferentes de 0,85 volts e 2,5 bar, por razões de segurança.Com efeito, uma histerese é criada artificialmente para evitar uma mudança do modo de funcionamento prematura. Se o valor do limiar de pressão P fosse seleccionado para ser de 2,5 bar, haveria uma mudança do modo de operação, se a pressão caiu de 2.495 bar. Pode-se então considerar-se que a tensão de 0,845 volts e a pressão de 2,5 bar, pode ser escrito 0,85 V - x e 2,5 bar - x em que x tem um valor ajustável. A histerese significa, portanto, que estas pequenas variações podem ser removidas e, portanto, o método de operação é tornado mais estável. Será claro que os valores dos primeiro e segundo valores críticos, respectivamente de 0,845 V e 2,45 bar não são limitativos e que outros valores também podem ser seleccionados. É claro que o ponto de ajuste de potência não é necessariamente a diferença ε entre a tensão da bateria referência VbattO e a voltagem da bateria medida Vbatt.Este ponto de ajuste de alimentação pode ser um ponto de ajuste ligado à energia medida de acordo com a corrente e tensão produzidas pela pilha de células de combustível 2.Este ponto configurado representativo das necessidades de energia pode ser a posição do pedal.Assim, se o sistema detectar que o pedal do acelerador não está na sua posição de repouso, deduz que a energia é necessária. Por outro lado, se o sistema detectar que o pedal de acelerador está na sua posição de repouso, um sistema conclui que há necessidade de potência zero e que a potência pode ser diminuída.

Os diferentes passos do método de operação de gestão de acordo com a invenção são os seguintes: a) O fornecimento de um fluxo de gás combustível e de um fluxo de gás oxidante para cada uma das células electroquímicas de modo que a reacção de produção de electricidade química pode ocorrer. b) A definição de um ponto configurado representativo da variável de carga ou de requisito de potência. Este ponto configurado pode ser a diferença entre um valor predeterminado de ponto de tensão da bateria e a tensão da bateria medida. c) 0 controlo da pressão do gás combustível e a pressão do gás de oxidação da pilha de células de combustível 2, utilizando um sensor de pressão. Isto significa que a pressão na pilha de células de combustível 2 é conhecida continuamente. Vários sensores fornecem um valor médio desta pressão e, assim, os valores de pressão mais fiáveis. d) regular a pressão na pilha de células de combustível 2 em um primeiro valor de referência. A pressão P na pilha de células de combustível 2 é mantida no seu valor máximo Pmax, de modo a obter o máximo de potência a partir da pilha de células de combustível. 0 primeiro valor de referência é de 2,5 bar. e) Distribuir a carga variável entre pilha de células de combustível 2 e 6 da bateria em função do ponto de ajuste, através da variação da tensão de saída (Vcell) do conversor DC/DC 4.0 conversor DC/DC 4 actua sobre os níveis de tensão de pilha de células de combustível 2 e particularmente na tensão de saída Vcell da pilha de células de combustível 2, que é a soma das tensões nos terminais de cada célula. A variação da tensão nos terminais de cada célula fornece uma corrente definida e, assim, uma potência definida. f) Controlo de um representante de tensão da tensão nos terminais de pelo menos uma das células electroquímicas da pilha de células de combustível ou também verificar se a tensão da pilha de células de combustível de saída excede um primeiro valor crítico predeterminado. Verifica-se, aqui, se a tensão nos terminais de cada célula é próximo do valor de 0,85 V que é o valor máximo desejado para esta tensão. No caso em apreço, o primeiro valor crítico é 0,845 V. g) Controlo se o ponto configurado representativo do requisito de energia indica que é necessário menos energia.Isto é para ver se o sistema está exigindo mais ou menos energia. Este ponto de ajuste pode ser a diferença entre um valor de ajuste da tensão da bateria ponto VbattO e a tensão da bateria medida Vbatt ou a diferença entre um valor de ponto conjunto de energia e o valor da potência medida.

Se a tensão representativa da tensão nos terminais de pelo menos uma das células excede um primeiro valor critico pré-determinado e se a variável indica uma diminuição da carga variável: h) interromper o passo de manter a pressão na pilha de células de combustível a um valor de referência e interromper o passo de variar e regulando a potência da pilha de células de combustível de saída através da variação da tensão da pilha de células de combustível de saída, através do conversor DC/DC . i) A regulação da tensão representativo da tensão nos terminais de pelo menos uma das células de um segundo valor de referência através da adaptação da impedância de entrada do conversor DC/DC. 0 segundo valor de referência é de 0,85 v. j) distribuir a carga variável entre a pilha de células de combustível e a bateria através da variação da pressão, isto é, variando a potência da pilha de células de combustível de saída por pressão variável. Quando a tensão nos terminais de cada célula é constante, a regulação de corrente que permite que a energia seja regulada depende da pressão. Há uma curva da tensão no terminal de células de acordo com a corrente para cada pressão. Dado que, com uma corrente fixa, a tensão nos terminais de cada célula aumenta com a pressão, segue-se que com uma tensão fixa nos terminais de cada célula, a corrente aumenta com a pressão.

Se a pressão na pilha de células de combustível excede um segundo valor crítico predeterminado e se o ponto de regulação indica um aumento na carga variável: k) Interromper o funcionamento (i) e interromper a operação (j) e repetir a operação (d) e a operação (e). A Figura 5 mostra, assim, as curvas que representam as diferentes variáveis caracteristicas de um sistema híbrido em operação simulada.

Será claro que várias alterações e/ou melhoramentos e/ou combinações evidentes para os peritos na arte podem ser feitas para as várias formas de realização da invenção com o acima exposto, sem nos afastarmos do âmbito da invenção definido pelas reivindicações anexas.

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Método para a gestão do funcionamento de uma fonte de corrente contínua híbrida, compreendendo o fornecimento uma pilha de células de combustível (2), uma bateria (6) e um conversor DC/DC (4) incluindo uma entrada e uma saída, o conversor (4) de entrada sendo ligado à saída da pilha de células de combustível e a salda sendo ligada a uma carga variável (8) em paralelo com a bateria, pilha de células de combustível a ser formada de uma pluralidade de células electroquimicas adaptadas para produzir energia eléctrica a partir de um combustível e um oxidante gás, caracterizado por o referido método incluir as seguintes operações. a) 0 fornecimento de um fluxo de combustível e um fluxo de gás oxidante a cada uma das células electroquimicas; b) A definição de um ponto configurado representativo da carga variável; c) Controlo da pressão de combustível e da pressão do gás oxidante na pilha de células de combustível d) A regulação da pressão (P) na pilha de células de combustível a um primeiro valor de referência; e) Distribuir a carga variável entre a pilha de células de combustível (2) e a bateria (6) como uma função do ponto de ajuste, através da variação da tensão de salda (Vcell) do conversor DC/DC (4); f) Controlo de uma tensão representativa da tensão nos terminais de pelo menos uma das células electroquimicas da pilha de células de combustível; g) 0 controlo da variável; Se a tensão representativa da tensão nos terminais de pelo menos uma das células excede um primeiro valor critico pré-determinado e se a variável indica uma diminuição da carga variável: h) A interrupção da operação (d) e a interrupção da operação (e) ; e i) A regulação da tensão representativa da tensão nos terminais de pelo menos uma das células de pelo menos um segundo valor de referência através da adaptação da impedância de entrada do conversor DC/DC; j) A distribuição da carga variável entre a pilha de células de combustível e a bateria por pressão variável.
2. 2. Método de gestão acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o método incluir ainda as operações de: Se a pressão na pilha de células de combustível exceder um segundo valor crítico predeterminado e se a variável indicar um aumento na carga variável: k) Interromper a operação (i) e interromper a operação (j) e repetir a operação (d) e operação (e).
3. 3. Método de gestão de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a variável representativa da carga variável ser a diferença (ε) entre um terceiro valor de referência e a voltagem medida da bateria (Vbatt).
4. 4. Método de gestão de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a variável representativa da carga variável ser a diferença entre a energia requerida pela carga variável e a potência da pilha de células de combustível de saída.
5. 5. Método de gestão de acordo com qualquer das reivindicações 2, 3 dependente da 2 ou 4 dependente 2, caracterizado por o segundo valor crítico ser 2,45 bar.
6. 6. Método de gestão de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o primeiro valor crítico predeterminado ser 0,845 volts.
7. 7. Método de gestão de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o segundo valor de referência ser um valor de 0,85 volts por célula.
8. 8. Método de gestão de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o primeiro valor de referência ser de 2,5 bar.
9. 9. Método de gestão de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de a pilha de células de combustível (2) utilizar hidrogénio como combustível e oxigénio como gás oxidante.
10. 10. Sistema para a gestão de uma alimentação de corrente contínua híbrida, compreendendo o referido fornecimento uma pilha de células de combustível (2), uma bateria (6) e um conversor DC/DC (4) incluindo uma entrada e uma saída, a entrada do conversor estando ligada à saída da pilha de células de combustível e a saída estando ligada a uma carga variável em paralelo com a bateria (6) , a pilha de células de combustível sendo formada de uma pluralidade de células electroquímicas adaptadas para produzir electricidade a partir de um combustível e de um gás oxidante.