TWI535176B - 燃料電池控制裝置及方法 - Google Patents

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Description

燃料電池控制裝置及方法
本申請案主張2010年10月25日申請之美國臨時專利申請案61/406,265號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。
燃料電池通常組合為稱作「堆疊」之單元，其中燃料電池係以串聯方式電連接且藉由導電互連件分隔，諸如用作互連件之氣體隔板。一燃料電池堆疊在其末端上可含有導電端板。一燃料電池堆疊之一般化係所謂燃料電池區段或行，其可含有一或多個串聯連接之燃料電池堆疊(例如，其中一堆疊之端板電連接至下一堆疊之一端板)。一燃料電池區段或行可含有從區段或行輸出直流電流至一電力調節系統的電引線。一燃料電池系統可包含一或多個燃料電池行，其等之各者可含有一或多個燃料電池堆疊，諸如固態氧化物燃料電池堆疊。組成燃料電池系統之個別燃料電池之數量可基於燃料電池系統所要產生之電力量。題為Ripple Cancellation之美國專利第7,705,490號(其揭示內容之全文以引用的方式併入本文中)中描述一例示性燃料系統。
燃料電池產生在一燃料電池電力轉換系統(亦稱作一電力調節系統)中轉換之電力。一電力轉換系統係以某種方式變更一源所產生之電力之特性之一系統。對於產生DC(直流電)電力之燃料電池之情況，這可意味著DC電力轉換為不同(例如更高)電壓及/或電流位準、轉換為具有特定RMS(均方根)電壓之AC(交流電)電力、產生三相AC電力或上述之所有。通常可使用一DC/DC(直流電/直流電)轉換器完成一DC電源之電壓位準之改變，而使用一DC/AC(直流電/交流電)轉換器或換流器完成從DC至AC之改變。
本實施例係關於用於在燃料電池系統中運作換流器之架構及方法。
在一第一實施例中，提供一換流器結構及控制方法，其中藉由一主控制器控制多個網路化輸入-平行/輸出-平行換流器作為單一換流器總成。
在一第二實施例中，一控制方法在具有多個區段(該等區段具有不同電力容量以在不同電力位準下傳遞多個負載)之燃料電池系統中使用容錯控制使分流匯電條換流器架構之燃料電池輸出最大化。
在一第三實施例中，一控制方法控制來自供應多個負載之多個區段之燃料電池電流。
在使用多個換流器之大系統中，總系統之效率可藉由以下而改良：控制換流器以達成一供電應用之一特定目標、平衡具有平行化輸入及輸出之換流器之間之負載及回應於設備狀態、負載要求及其他因素之改變而改變電力模組之架構。
第一實施例
在本實施例中，藉由一主控制器控制多個網路化輸入-平行/輸出-平行換流器作為單一換流器總成。
在換流器係由輸入-平行/輸出-平行換流器之一網路組成之一燃料電池系統中，提供用於控制之一裝置以在各換流器上建立負載。在無此等裝置以控制輸入-平行換流器之情況下，輸入無法平行化。當輸入無法平行化時，單一換流器故障將使燃料電池系統輸出功率限制為N-1。
在一典型燃料電池系統中，可將一換流器視為一單塊結構，其中提供單組載入命令。或者，一燃料電池系統可僅利用平行換流器輸出使得換流器輸入不被共享。在此替代方法中，無須考慮至網路中之各換流器之相關功率命令。
圖1係圖解說明根據一實施例之具有平行化輸入及平行化輸出之一換流器網路之一方塊圖。
運作中之一換流器主控制器102發送功率命令至網路化換流器諸如換流器#1至9(方塊116至132)。雖然繪示九個換流器，但是可控制之換流器之數量不受此限制。因此，可能存在舉例而言2至20個單獨換流器。換流器主控制器102可為一通用或專用電腦或一專門控制裝置或電路。換流器主控制器102包含一效率最佳化單元104及一功率輸出計算單元106。效率最佳化單元104及功率輸出計算單元106可為換流器主控制器102中之單獨裝置或電路或其等可包括儲存在電腦或換流器主控制器102上之基於軟體或硬體之演算法。換流器主控制器102從調控整體燃料電池系統之燃料電池系統總控制器(為簡潔起見未繪示)接收一功率命 令108(例如功率設定點及功率因數設定點)及一分流匯電條電壓值110。系統控制器可包括與換流器主控制器102相同之電腦或裝置或一不同電腦或裝置。若系統控制器包括與換流器主控制器相同之電腦或裝置，則在電腦或裝置內部傳達功率命令108及電壓值110。若系統控制器包括與換流器主控制器102不同之電腦或裝置，則經由線或無線地或使用任何其他適當通信方法傳達命令108及值110。
換流器主控制器102係與換流器之各者有線或無線通信(方塊116至132)。主控制器可使用換流器開/關112及功率設定點114命令控制各個別換流器之功率設定點及開/關狀態。因此，各換流器116至132之開/關狀態及/或各換流器之功率設定點可與一或多個其他換流器不同。換流器116至132之所有接收來自一或多個燃料電池堆疊或行(圖1中未繪示)之相同直流電(DC)輸入134。舉例而言，如圖1所示，換流器116至132之所有如下文更詳細所述及/或如美國專利第7,705,490號所述接收來自正極、負極及視需要中性線之相同400V分流匯電條輸入134作為平行輸入。換流器116至132之所有輸出一共同交流電(AC)平行輸出136諸如400V三相AC平行輸出至一負載。
換流器主控制器102可發送開/關命令112以指定一特定換流器是否應使用效率最佳化單元104而開啟或關閉。
換流器主控制器102可基於匯電條電壓輸入110感測至換流器之分流匯電條輸入134之情況並確保至換流器116至132之功率命令112、114受限制使得分流匯電條輸入134不崩潰。
換流器主控制器102可接收來自換流器116至132之輸入，該輸入傳訊各換流器單元116至132之健康狀態(為簡潔起見未繪示換流器與換流器主控制器102之間之雙向連接)。
效率最佳化單元104評估所計算之功率輸出並為換流器網路提供開-關命令以使效率最佳化。舉例而言，若負載係滿載，則所有換流器開啟。若負載僅為最大設計負載之50%，則如圖2所示藉由效率最佳化單元104使用命令112關閉某些換流器之(例如方塊128至132所示之9個換流器中之3個)以減小非運作寄生換流器之分率。
功率輸出計算單元106判定並提供輸出功率設定命令至換流器作為兩個所計算之參數之較小者：a)來自燃料電池系統總控制器之調控燃料電池系統之功率命令108；及b)可在分流匯電條134不崩潰之情況下維持之功率。功率輸出計算單元106隨後提供功率設定點命令114至各換流器以設定各換流器之輸出功率。
若換流器主控制器102偵測到一換流器故障，則其將自動提供新輸出功率命令112及/或114至其餘換流器。若負載設定點除以換流器總數小於換流器模組之能力，則在新的最終狀態中，各換流器將被命令取得更多功率以(在一換流器不工作的情況下)達成原始設定點。若負載設定點除以換流器數目等於換流器模組之額定值，則換流器主控制器將降低系統可得輸出並將此資訊傳遞至系統控制器從而可減小至區段之燃料電池之燃料輸入。
在一實施例中，換流器模組結構可由盲目匹配總成組 成。換言之，各換流器116至132係定位在一電力調節模組外殼中之一支架之一不同層面上。現場維修人員可「架出」一故障換流器並替換及「架入」一新換流器。當新換流器向主控制器傳達其健康且可用於負載時，換流器主控制器102將命令新換流器開啟並恢復換流器之間先前之負載分擔。
若效率最佳化單元104已關閉一些換流器(諸如關閉換流器7、8及9)且系統隨後遭受一換流器(諸如換流器1)之喪失，則效率最佳化單元104可撤銷保持換流器7為關閉狀態之命令、重啟該換流器並建立相同負載分擔。本實施例係繪示在圖2中。
在另一實施例中，除命令108及值110外，系統控制器亦提供一功率因數命令至換流器主控制器102。換流器主控制器102將功率因數命令連同功率設定點命令114及開/關命令112傳遞給換流器模組(方塊116至132)之各者。
在一替代實施例中，圖1及圖2所示之元件可用作一不斷電模組(UPM)中之一換流器網路(其等經連接以在無網格參考之情況下支持一負載)。在本情況中，至換流器之命令稍有不同：
藉由主控制器產生一正弦波作為參考。監控換流器網路之輸出並與正弦波參考比較。一PI控制器(未繪示)可計算將發送至換流器之電流命令值以使輸出電壓與參考電壓之間之誤差最小化。在輸入匯電條開始崩潰且輸入匯電條電壓與輸出匯電條電壓兩者無法維持的情況中，換流器主控制器102將發送一信號至系統總控制器以提供關於用戶負載將被斷電之警告及指示。在一些情況中，這可能容許一大樓管理系統(BMS)隨後關閉大樓負載之一些分率。
第二實施例
在一實施例中，一控制方法使用容錯控制使分流匯電條換流器架構之燃料電池輸出最大化。
圖3係圖解說明一典型分流匯電條換流器組態之一方塊圖。在本組態中，透過視需要之DC/DC轉換器從燃料電池區段提供至換流器之正極匯電條(標注為「+ve Vdc匯電條」或+ve匯電條)及負極匯電條(標注為「-ve Vdc匯電條」或-ve匯電條)上之電力應針對一平衡換流器負載而為平衡。如圖3所示，燃料電池區段#1 302及燃料電池區段#2 304透過各自DC/DC轉換器310、312為+ve匯電條供電，而燃料電池區段#3 306及燃料電池區段#4 308透過各自DC/DC轉換器314、316為-ve匯電條供電。若燃料電池區段#1較弱，則從燃料電池區段#3及燃料電池區段#4產生之電力將減小相同量。為使發電最大化，須調換燃料電池區段。
在圖4所示之本實施例中，各燃料電池區段(方塊302至308)具有兩個DC/DC轉換器，一者在+ve匯電條上產生電流且一者在-ve匯電條上產生電流。換言之，各燃料電池區段302至308輸出係連接至兩個DC/DC轉換器。專用於一特定區段之該對DC/DC轉換器之各者係連接至提供至換流器330之相反極性匯電條。舉例而言，區段#1 302之輸出係分流為DC/DC轉換器#1 310及DC/DC轉換器#2 312。轉換器310之輸出係提供至+ve匯電條且轉換器312之輸出係提供至-ve匯電條。其他區段304至308及其等各自對之DC/DC轉換器314至324情況相同。+ve匯電條及-ve匯電條係提供作為至換流器330之輸入。換流器330輸出一AC輸出。換流器330可包括第一實施例之換流器總成或本技術中已知之任何適當複數個或單一換流器。雖然圖4中繪示4個區段，但是可使用任何數量之區段諸如2至20個，舉例而言6至12個區段。此外，雖然美國專利第7,705,490號描述從一區段提供正極及負極引線以分隔DC/DC轉換器，但是在本實施例中，該對轉換器中之各DC/DC轉換器接收來自各區段之正極及負極引線兩者之輸出。因此，來自區段302之正極及負極引線輸出係提供至轉換器310及轉換器312。
因此，各燃料電池區段302至308直流電可個別控制用於發電，使其獨立於其他燃料電池區段。可命令DC/DC轉換器以汲取一燃料電池區段基於其情況及健康所能汲取之最大電流。若一DC/DC轉換器故障，則可藉由將電流命令重新分配至其他DC/DC轉換器而使功率最大化以用於最大功率運作。
下文參考特定例示性方法及實例描述圖4所示之組態之運作。但是，本描述並不旨在限制。
方法1
若連接至一導電性(例如+ve或-ve)匯電條之一DC/DC轉換器故障，則關閉連接至一相反導電性(例如-ve或+ve)匯電條之一DC/DC轉換器以補償該故障。舉例而言若連接至正極匯電條之DC/DC轉換器#1 310故障，則可藉由關閉DC/DC #2 312、DC/DC #4 316、DC/DC #6 320或DC/DC #8 324(其等係連接至負極匯電條)之任一者使功率最大化並仍使相同電流穿過所有燃料電池區段。可將DC/DC #2增大至其最大電流或負載能力。
方法1之實例。
各轉換器上之一例示性負載為10 Amps，且各轉換器之負載能力為15 Amps。
表1圖解說明故障前(例如轉換器310故障前)系統之運作：
表2繪示DC/DC1故障後(即轉換器310故障後)之情況：
方法2
方法2包含回應於連接至一導電性匯電條之一對DC/DC轉換器中之一者之故障，增大該對DC/DC轉換器之另一者之輸出電流至最大值、增大連接至一導電性匯電條之其餘DC/DC轉換器之輸出電流至高於故障前電流但低於最大電流、及減小連接至相反導電性匯電條之其餘DC/DC轉換器之輸出電流至低於故障前電流。系統總負載保持與故障前總負載相同。
若DC/DC轉換器#1 310故障，則可藉由一DC/DC轉換器主控制器(為簡潔起見未繪示)執行下列步驟。控制器可為一通用或專用電腦、一專門裝置或一電路。
a)　使DC/DC轉換器2輸出最大電流以提供燃料電池區段#1 302之最大負載情況；
b)　藉由其餘「正極」匯電條DC/DC轉換器-即DC/DC轉換器3、5及7(即314、318及322)劃分所須「正極」匯電條功率。這需要多於標稱之電流穿過DC/DC轉換器3、5及7且可能受限於DC/DC轉換器之各者之最大輸出。
c)　負極匯電條上之其餘區段304至308之DC/DC轉換器#4、6及8(即316、320及324)以稍低設定而負載至達到全功率或最大功率，因為來自燃料電池區段#1 302之DC/DC轉換器#2 312正取得負載。DC/DC轉換器#4、6及8之各者之負載之具體值可等於：[總電流目標-來自2號DC/DC轉換器之電流]/3。
燃料電池系統預計有能力使燃料再循環以提供所提供但未在燃料電池區段#1 302中反應之燃料之分配至其他三個區段。除非2號DC/DC轉換器之最大額定電流=2x標稱值，否則方法2將產生區段上之負載稍微減小且其他區段上之負載稍微增大之情況。若如舉例而言2006年7月24日申請且全文以引用的方式併入本文中之美國申請案第11/491,487號所述，燃料透過一方法諸如陽極排出流再循環(經淨化或未淨化)再分配回到燃料電池堆疊燃料進口流，則燃料流不會增大以支持此情況。但是，若分配不足，則須增大燃料流以支持此最大輸出功率情況。這意味著雖然維持功率設定點，但是在此模式運作的同時單元之運作效率降低。
方法2之實例。
各轉換器上之例示性負載為10 Amps，且各轉換器之負載能力為15 Amps。
表3圖解說明故障前(例如轉換器310故障前)系統之運作：
表4圖解說明DC/DC轉換器#1 310故障後之運作
方法3
在所有燃料電池區段電流必須始終相等之情況中，諸如一燃料電池系統無陽極再循環或其他方法以在所有電池內具有高化學計量條件之情況中，若DC/DC轉換器#1故障，則執行下列情況：
使DC/DC 2取得最大電流
(如上文規定所有燃料電池區段電流相等，DC/DC 3+4；5+6；7+8必須等於DC/DC 2電流。)
燃料電池總電流=4xDC/DC最大電流
正極匯電條電流=4xDC/DC最大電流/2
負極匯電條電流=4xDC/DC最大電流/2
DC/DC3、5、7=正極匯電條電流/3=4xDC/DC最大電流/2/3
DC/DC4、6、8=負極匯電條電流-DC/DC 2設定/3=(4xDC/DC最大電流/2-DC/DC #2)/3。
為使上述內容一般化，回應於連接至一導電性匯電條之一對DC/DC轉換器之一者之故障，增大該對DC/DC轉換器之另一者之輸出電流至最大值、保持連接至一導電性匯電條之其餘DC/DC轉換器之輸出電流與故障前電流相同、及減小連接至相反導電性匯電條之其餘DC/DC轉換器之輸出電流至低於故障前電流。在本方法中，故障後系統總負載低於故障前總負載。
方法3之實例。
各轉換器上之例示性負載為10 Amps，且各轉換器之負載能力為15 Amps。
表5圖解說明故障前(例如轉換器310故障前)系統之運作：
表6圖解說明DC/DC轉換器#1 310故障後之運作
在一實施例中，可以「運作中」方式(即當燃料電池系統運作時)執行負載之調整。
在一實施例中，圖4所示之DC/DC轉換器係經由一「盲目匹配」總成連接至一背面。轉換器可配置在一支架或其他適當外殼中。較佳，無連接線固定至DC/DC轉換器模組之正面部分。如此，可在不影響其他DC/DC模組運作的情況下移除一故障DC/DC轉換器模組。當一DC/DC轉換器故障時，DC/DC主控制器如方法1、2或3所述改變電流。當DC/DC轉換器被更換並再通電時，DC/DC轉換器偵測到此情況並恢復適當運作。可在燃料電池系統運作並提供電流至一負載時由維修人員完成更換。
在一實施例中，如應用至DC/DC轉換器故障之上述邏輯及實例亦可一般化並應用至較弱或故障堆疊區段(堆疊行)。可依據本文所述之方法根據需要改變其餘區段之電流攜載能力。
在一實施例中，如應用至燃料電池區段之上述邏輯可應用至複數個熱匣之一組態。在本實施例中，複數個熱匣可組態為一DC平行架構，其容許一燃料電池系統之功率之最佳化。換言之，各區段302至308可代表含有一或多個區段之一單獨熱匣，其中熱匣之電輸出係連接至相同換流器。
第三實施例
圖5係圖解說明用於控制一燃料電池系統中之負載平衡之一個架構之方塊圖。藉由DC BOP(廠內其他系統)負載1(506)及2(508)(例如燃料電池系統燃料或鼓風機)平衡分流匯電條上之負載。換言之，DC負載506與508兩者係連接至圖4所示之分流匯電條之+ve及-ve匯電條。或者，可在分流匯電條與DC負載1及2(506及508)之間添加視需要之額外轉換器A(502)及B(504)。舉例而言，轉換器A 502可連接至+ve匯電條且轉換器B 504可連接至-ve匯電條。將轉換器A與B(502與504)之DC輸出合併且將所合併的DC輸出提供至DC負載1及2(506及508)。
若在無適當控制的情況下負載1及2不平衡(相等)，則燃料電池區段無法完全負載，因此降低燃料利用率，其導致效率降低。
圖6係圖解說明根據一實施例之一負載平衡架構之一方塊圖。
在本實施例中，一控制方法按分流匯電條上之BOP負載606及608成比例地分流燃料電池區段電流，因此使在分流匯電條上工作的換流器330能夠輸出可從燃料電池區段獲得之最大電力。因此，如圖6所示，一DC負載606係連接至+ve匯電條且另一DC負載608係連接至-ve匯電條。為使其一般化，在含有複數個DC負載諸如BOP負載606及608之一燃料電池系統中，一第一組DC負載僅連接至一分流匯電條之一導電性匯電條且一第二組DC負載(例如其餘DC負載之一些或所有)僅連接至一分流匯電條之另一導電性匯電條。若需要，可如圖5所示將一第三組DC負載連接至兩個匯電條。
根據本實施例之一元素，使用一燃料電池區段電流總控制器及一電壓迴路PI控制器偵測一負載需求。
圖7及圖8係進一步圖解說明根據一實施例之一方法之元素之方塊圖。
參考圖7及圖8，針對連接至分流匯電條之負載，存在控制分流匯電條電壓之兩個電壓迴路。比例/積分(PI)控制器係用於控制一外電壓迴路及一內電流迴路。燃料電池區段總電流迴路控制燃料電池區段總電流。參考圖7，藉由一比較器704將一DC參考電壓與一DC正回饋電壓(等於DC/DC轉換器1 720在一時點上之輸出)作比較，該比較器判定兩個輸入之間之一差異之量級。將一轉移函數應用至比較器704之輸出。
藉由一加法器708將至DC/DC轉換器1 720及DC/DC轉換器2 750之輸入電流加總。藉由一比較器706將總電流與命令自區段之一電流作比較，該比較器判定兩個輸入之間之一差異之量級。將一轉移函數應用至比較器706之輸出。
參考DC/DC轉換器1 720之示意圖(DC/DC轉換器2 750以與DC/DC轉換器1 720類似之方式運作且不單獨描述)，一比較器712(在應用合適轉移函數後)接收比較器704及706之輸出並判定兩個輸出之較小者。將比較器712之輸出施加至一比較器722作為至DC/DC轉換器1 720之電流命令輸入。比較器722判定兩個輸入之間之一差異之量級。比較器722將電流命令輸入與一回饋電流(等於DC/DC轉換器1 720在一時點上之電流輸入)作比較。將一轉移函數應用至比較器722之輸出。
藉由一比較器724將一DC參考電壓與一DC正回饋電壓(等於DC/DC轉換器1 720在一時點上之輸出)作比較，該比較器判定兩個輸入之間之一差異之量級。將一轉移函數應用至比較器724之輸出。一比較器726(在應用合適轉移函數後)接收比較器722及724之輸出並判定兩個輸出之較小者。將比較器726之輸出應用至比較器728及730。比較器728亦接收來自DC/DC轉換器1 720之一通道A之一回饋電流。比較器728比較兩個輸入以判定兩個輸入之間之一差異之量級。將一轉移函數應用至比較器728之輸出。類似地，比較器730接收來自DC/DC轉換器1 720之一通道B之一回饋電流。比較器730判定兩個輸入之間之一差異之量級。將一轉移函數應用至比較器730之輸出。
將比較器728及730之輸出各自供應至峰值電流控制器732及736。峰值電流控制器分別操作比較器734及738。比較器734(在應用一轉移函數後)接收比較器728之輸出、斜坡比較信號及通道A回饋電流並判定比較器728之輸出與兩個輸入之間之一差異之量級。比較器738(在應用一轉移函數後)接收比較器730之輸出、一斜坡比較信號及通道B回饋電流並判定比較器730之輸出與兩個輸入之間之一差異之量級。藉由一DC/DC轉換器1工廠樣式740接收峰值控制器732及峰值控制器736之輸出。藉由工廠樣式740應用轉移函數。工廠樣式740之輸出係各種比較器所使用之DC正回饋電壓。
提供電壓迴路PI及燃料電池區段電流迴路PI之最小值作為DC/DC轉換器之各者之輸入電流命令。若負載總需求小於燃料電池區段總電流命令，則個別電壓迴路PI處理燃料電池區段電流分佈以確保滿足負載需求。若總負載大於燃料電池區段電流命令且若-ve匯電條負載小於+ve匯電條負載，則-ve電壓迴路PI命令所需之燃料電池區段電流以供應連接至-ve匯電條之負載且燃料電池區段總電流迴路PI將判定藉由DC/DC轉換器1供應至連接至+ve匯電條之負載之電流。若存在n個燃料電池區段，則可在將一燃料電池區段指派給電壓迴路以維持負載電壓的同時將本控制方法應用至所有n-1個燃料電池區段。
圖8圖解說明四個燃料電池區段之一控制方法。圖7中詳細圖解說明DC/DC轉換器1 720及DC/DC轉換器2 750。DC/DC轉換器3、5及7係連接至一正極匯電條且等效於DC/DC 1 720。DC/DC轉換器4、6及8係連接至一負極匯電條且等效於DC/DC 2 750。雖然圖8圖解說明四個燃料電池區段之控制方法，但是方法並不受限於此且可擴展至任何數量之燃料電池區段及任何數量之燃料電池系統。
該方法提供將放置在分流匯電條架構之一或另一匯電條上之計劃負載之平衡而無須仔細平衡負載並確保可從燃料電池堆疊汲取最大功率。無此能力，無法達到各DC/DC及堆疊燃料電池區段之最大輸出電流設定。
雖然上文描述許多實施例，但是任何實施例之各特徵或步驟可以任何適當組合於與一或多個其他實施例之一或多個特徵或步驟組合使用。
上述方法描述及製程流程圖僅提供作為闡釋性實例且不旨在要求或暗示各種實施例之步驟必須按所展示之順序執行。如熟習此項技術者所瞭解，上述實施例中之步驟之順序可按任何順序執行。此外，詞諸如「此後」、「隨後」、「接下來」等不旨在限制步驟之順序；這些詞僅用於在描述方法過程中指導讀者。
已使用一或多個方塊圖/流程圖描述例示性實施例。方塊圖/流程圖之使用並不意味著針對所執行之操作之順序進行限制。已為闡釋及描述之目的提供例示性實施例之上述描述。其並非旨在徹底詳盡或針對所揭示之準確形式進行限制，且變更及變化對於上述教示可行或可從所揭示之實施例之實踐中獲得。本發明之範圍旨在由隨附之申請專利範圍及其等等效物界定。
控制元件可使用包括已用指令程式化以執行特定功能之處理器、記憶體及其他組件之計算裝置(諸如電腦)實施或可實施在經設計以執行指定功能之處理器中。一處理器可為可藉由軟體指令(應用程式)組態以執行多種功能，包含本文所述之各種實施例之功能之任何可程式化微處理器、微電腦或多處理器晶片或諸多處理器晶片。在一些計算裝置中，可提供多個處理器。通常，在軟體應用程式被存取並載入處理器前可將軟體應用程式儲存在內部記憶體中。在一些計算裝置中，處理器可包含足以儲存應用軟體指令之內部記憶體。
結合本文所揭示之實施例描述之各種闡釋性邏輯塊、模組、電路及演算法步驟可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。為清楚闡釋硬體與軟體之此可互換性，已在上文大致針對其等之功能性描述各種闡釋性組件、方塊、模組、電路及步驟。此功能性是實施為硬體或軟體取決於特定應用及強加在總系統上之設計限制。熟習技術者可針對各特定應用以不同方式實施所描述之功能性，但是此等實施方案決定不得解釋為導致偏離本發明之範圍。
用於實施結合本文所述之態樣描述之各種闡釋性邏輯、邏輯塊、模組及電路之硬體可用經設計以執行本文所述之功能之一通用處理器、一數位信號處理器(DSP)、一應用專用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯裝置、離散閘極或電晶體邏輯、離散硬體組件或其等之任何組合實施或執行。通用處理器可為一微處理器，但是作為替代，處理器可為任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。一處理器亦可實施為計算裝置之組合，例如一DSP與一微處理器之一組合、複數個微處理器、與一DSP核心結合之一或多個微處理器或任何其他此組態。或者，可藉由專用於一給定功能之電路執行一些方塊或方法。
提供所揭示實施例之上述描述以使任何熟習此項技術者能製作或使用所描述之實施例。熟習此項技術者易於瞭解這些實施例之各種變更且本文所界定之類屬原理可應用於其他實施例而不脫離本揭示內容之範圍。因此，本發明不旨在受限於本文所示之實施例而與符合下列申請專利範圍及本文所揭示之原理及新穎特徵之最寬範圍一致。
102‧‧‧換流器主控制器
104‧‧‧效率最佳化單元
106‧‧‧功率輸出計算單元
108‧‧‧功率命令
110‧‧‧分流匯電條電壓值
112‧‧‧換流器開/關
114‧‧‧功率設定點
116‧‧‧換流器#1
118‧‧‧換流器#2
120‧‧‧換流器#3
122‧‧‧換流器#4
124‧‧‧換流器#5
126‧‧‧換流器#6
128‧‧‧換流器#7
130‧‧‧換流器#8
132‧‧‧換流器#9
134‧‧‧400V分流匯電條輸入
136‧‧‧共同交流電(AC)平行輸出/400V三相AC平行輸出
302‧‧‧區段#1
304‧‧‧區段#2
306‧‧‧區段#3
308‧‧‧區段#4
310‧‧‧DC/DC轉換器#1
312‧‧‧DC/DC轉換器#2
314‧‧‧DC/DC轉換器#3
316‧‧‧DC/DC轉換器#3/DC/DC轉換器#4
318‧‧‧DC/DC轉換器#5
320‧‧‧DC/DC轉換器#6
322‧‧‧DC/DC轉換器#7
324‧‧‧DC/DC轉換器#7/DC/DC轉換器#8
330‧‧‧換流器
502‧‧‧DC/DC轉換器A
504‧‧‧DC/DC轉換器B
506‧‧‧BOP負載1
508‧‧‧BOP負載2
606‧‧‧BOP負載1
608‧‧‧BOP負載2
704‧‧‧比較器
706‧‧‧比較器
708‧‧‧加法器
712‧‧‧比較器
720．．．DC/DC轉換器1
722．．．比較器
724．．．比較器
726．．．比較器
728．．．比較器
730．．．比較器
732．．．峰值電流控制器
734．．．比較器
736．．．峰值電流控制器
738．．．比較器
750．．．DC/DC轉換器2
圖1係圖解說明根據一實施例之具有平行化輸入及平行化輸出之一換流器網路之一方塊圖。
圖2係圖解說明具有平行化輸入及平行化輸出之一換流器網路(其中九個換流器之三個已被命令為關閉狀態)之一方塊圖。
圖3係圖解說明一典型分流匯電條換流器組態之一方塊圖。
圖4係圖解說明根據一實施例之一分流匯電條換流器組態之一方塊圖。
圖5係圖解說明用於控制一燃料電池系統中之負載平衡之一架構之一方塊圖。
圖6係圖解說明根據一實施例之一負載平衡架構之一方塊圖。
圖7及圖8係進一步圖解說明根據一實施例之一方法之元素。
102‧‧‧換流器主控制器
104‧‧‧效率最佳化單元
106‧‧‧功率輸出計算單元
108‧‧‧功率命令
110‧‧‧分流匯電條電壓值
112‧‧‧換流器開/關
114‧‧‧功率設定點
116‧‧‧換流器#1
118‧‧‧換流器#2
120‧‧‧換流器#3
122‧‧‧換流器#4
124‧‧‧換流器#5
126‧‧‧換流器#6
128‧‧‧換流器#7
130‧‧‧換流器#8
132‧‧‧換流器#9
134‧‧‧400V分流匯電條輸入
136‧‧‧共同交流電(AC)平行輸出/400V三相AC平行輸出

Claims (6)

  1. 一種用於調控一燃料電池系統之系統，其包括：一分流匯電條；複數個換流器，其中將該複數個換流器之一第一組指派至該分流匯電條之一第一區段及將該複數個換流器之一第二組指派至該分流匯電條之一第二區段；一主控制器，其中該主控制器包括經組態具有軟體可執行指令以使該主控制器執行操作之一處理器，該等操作包括：接收來自該複數個換流器之各者之輸入，其中一輸入指示一換流器之一健康狀態；及回應於來自該複數個換流器之該等輸入，發送命令至該複數個換流器以指示各換流器之一輸出及該複數個換流器之特定一者是處於「開」或「關」狀態。
  2. 一種燃料電池系統，其包括複數個燃料電池區段、複數個DC/DC轉換器及至少一DC/AC換流器，其中該複數個燃料電池區段之各者之一輸出係連接至一對DC/DC轉換器且該對DC/DC轉換器之各者係連接至經提供至該換流器之一相反極性匯電條。
  3. 一種使用如請求項2之系統之方法，其包括回應於連接至一導電性匯電條之一DC/DC轉換器之故障，關閉連接至一相反導電性匯電條之一DC/DC轉換器。
  4. 一種使用如請求項2之系統之方法，其包括回應於連接至一導電性匯電條之一對DC/DC轉換器之一者之故障， 增大該對DC/DC轉換器之另一者之輸出電流至最大值、增大連接至該一導電性匯電條之其餘DC/DC轉換器之輸出電流至高於故障前電流但低於最大電流、及減小連接至相反導電性匯電條之其餘DC/DC轉換器之輸出電流至低於故障前電流，其中一系統總負載保持與故障前總負載相同。
  5. 一種使用如請求項2之系統之方法，其包括回應於連接至一導電性匯電條之一對DC/DC轉換器之一者之故障，增大該對DC/DC轉換器之另一者之輸出電流至最大值、保持連接至該一導電性匯電條之其餘DC/DC轉換器之輸出電流與故障前電流相同、及減小連接至相反導電性匯電條之其餘DC/DC轉換器之輸出電流至低於故障前電流，其中一系統總負載低於故障前總負載。
  6. 一種燃料電池系統，其包括複數個燃料電池區段、複數個DC/DC轉換器、連接至該複數個DC/DC轉換器之一分流匯電條輸出之至少一DC/AC換流器、及複數個DC負載，其中該複數個DC負載之一第一組僅連接至該分流匯電條之一導電性匯電條且該複數個DC負載之一第二組僅連接至該分流匯電條之另一導電性匯電條。
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