本發(fā)明涉及用于控制燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行的設(shè)備和方法，并且更具體地，涉及用于運(yùn)行燃料電池系統(tǒng)以提高燃料電池系統(tǒng)的瞬時(shí)功率并降低燃料電池間的性能偏差的設(shè)備和方法。

背景技術(shù)：

燃料電池系統(tǒng)包括產(chǎn)生電能的燃料電池組、向燃料電池組供應(yīng)燃料(例如，氫)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)、向燃料電池組提供空氣中的氧(其為電化學(xué)反應(yīng)所需的氧化劑)的空氣供應(yīng)系統(tǒng)、調(diào)整燃料電池組的溫度的熱與水管理系統(tǒng)等。

因此，當(dāng)作為燃料的氫供應(yīng)至燃料電池組的陽(yáng)極，且作為氧化劑的空氣供應(yīng)至陰極時(shí)，所供應(yīng)的氫通過(guò)陽(yáng)極中陽(yáng)極的催化劑層的氧化反應(yīng)分離為氫離子和電子，并且在這種情況下，生成的氫離子通過(guò)電池組內(nèi)的聚合物電解質(zhì)層供應(yīng)至陰極，生成的電子通過(guò)外部電路供應(yīng)至陰極。所供應(yīng)的氧和電子在陰極中相遇，通過(guò)催化劑層的還原反應(yīng)生成氧離子，并且通過(guò)氫離子與氧離子結(jié)合生成水的原理產(chǎn)生電。

具體地，當(dāng)在通過(guò)向燃料電池組的陽(yáng)極供應(yīng)氫并向陰極供應(yīng)空氣而形成電池組的開路電壓(OCV)產(chǎn)生狀態(tài)時(shí)中斷空氣的供應(yīng)，使用電阻器、電池、二極管、另一電壓降低設(shè)備和/或另一方法，將電壓降低至與0V相當(dāng)?shù)乃?，并且然后通過(guò)再次增大電壓來(lái)測(cè)量電池組的輸出，發(fā)現(xiàn)電池組的輸出瞬時(shí)提高的現(xiàn)象，該現(xiàn)象在本領(lǐng)域中稱為“鋸齒”現(xiàn)象。

類似地，在一般的I-V評(píng)估過(guò)程中產(chǎn)生“滯后現(xiàn)象”(例如，當(dāng)電流以100A→200A→300A→400A→300A→200A→100A…的順序施加到燃料電池組時(shí)，在電流降低區(qū)段(400→300→200→100A)中測(cè)量的電池組性能比在電流增大區(qū)段(100→200→300→400A)更好，并且構(gòu)成燃料電池組的各個(gè)電池之間的性能偏差減小)。

當(dāng)對(duì)于供應(yīng)至燃料電池組的材料如反應(yīng)氣體的運(yùn)行條件例如流量 和潤(rùn)濕條件未得到改善時(shí)，即，當(dāng)沒(méi)有應(yīng)用對(duì)包含氫和空氣的反應(yīng)氣體的各種運(yùn)行控制條件，如流量控制和潤(rùn)濕條件控制時(shí)，通過(guò)這兩種現(xiàn)象，即，鋸齒現(xiàn)象和滯后現(xiàn)象，電池組的性能可以瞬時(shí)改善并且電池之間的性能偏差可以減小。

通常而言，為改善燃料電池系統(tǒng)的輸出并減小電池的性能偏差，可以調(diào)整各種運(yùn)行條件，如溫度、壓力和濕度至最佳水平，或可以增大反應(yīng)氣體的流入量。

然而，由于運(yùn)行條件的改善(例如，增大濕度至預(yù)定水平或更高)或另外地插入反應(yīng)氣體(例如，增大流量和壓力至預(yù)定的水平或更高)無(wú)法超出燃料電池系統(tǒng)的有限硬件配置條件，除非增大相應(yīng)燃料電池系統(tǒng)的硬件配置的容量，否則無(wú)法獲得預(yù)定輸出或更大的值，或者當(dāng)產(chǎn)生電池間的性能偏差時(shí)性能偏差可能無(wú)法減小。

隨著燃料電池系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的流逝，燃料電池組本身的輸出趨于劣化，因此，經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間或更長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行的燃料電池系統(tǒng)形成與初始性能相比較低水平的輸出，并且燃料電池之間的性能偏差也增大。如上所述，當(dāng)燃料電池組的輸出降低并且電池之間的偏差增大時(shí)，根據(jù)燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行條件，由于輸出限制等，無(wú)法確保并調(diào)整包括燃料電池車的加速/超車特征的正常運(yùn)行性能。

然而，典型的燃料電池系統(tǒng)不具有除停止燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行并進(jìn)行單獨(dú)的后處理的一般方法以外的用于解決該問(wèn)題的具體替換方案，其中后處理為例如燃料電池系統(tǒng)中部件的更換或?qū)θ剂想姵氐目赡嫘阅芰踊男阅芑謴?fù)過(guò)程，并且存在的問(wèn)題是，該過(guò)程需要拆卸和重裝燃料電池系統(tǒng)的額外過(guò)程，因此降低可使用性。

在該部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此，其可能包含不構(gòu)成該國(guó)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于控制燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行的設(shè)備和方法，其瞬時(shí)地降低燃料電池的電池電壓或運(yùn)行燃料電池系統(tǒng)至接近關(guān)閉的狀態(tài)，使燃料電池系統(tǒng)再次回到正常狀況，并然后通過(guò)應(yīng)用“鋸齒現(xiàn)象”和“滯后現(xiàn)象”使燃料電池系統(tǒng)能夠正常地運(yùn)行，從而將燃料電池系 統(tǒng)的瞬時(shí)功率提高至先前狀態(tài)中的最高輸出水平或更具表現(xiàn)力的性能并降低燃料電池間的性能偏差。

在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于控制燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行的設(shè)備，其可以包括：檢測(cè)裝置，其配置成確定需要改善燃料電池的性能以及降低電池間性能偏差的時(shí)間；控制器，其配置成在需要改善燃料電池的性能以及降低電池間性能偏差的時(shí)間，將燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式調(diào)整為輔助電力模式并同時(shí)將燃料電池的電池電壓調(diào)整為降低至約0V，并然后將燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式再次調(diào)整為正常運(yùn)行模式；以及電壓降低設(shè)備，其配置成通過(guò)控制器的命令將燃料電池的電池電壓降低至約0V。

在示例性實(shí)施方式中，當(dāng)燃料電池的對(duì)于燃料電池系統(tǒng)中各個(gè)運(yùn)行電流的總電壓(例如，對(duì)用于燃料電池車高輸出行駛的各個(gè)運(yùn)行電流的燃料電池總電壓)等于或小于閾值，并且燃料電池的平均電壓等于或小于閾值時(shí)，檢測(cè)裝置可以配置成確定在此時(shí)需要改善燃料電池的性能。

此外，當(dāng)作為燃料電池的平均電壓與最小電池電壓之間的差值的電池偏差等于或大于閾值時(shí)，檢測(cè)裝置可以配置成確定在此時(shí)需要降低電池間性能偏差。選自電阻器、二極管和電池中的任一種可以采用作為電壓降低設(shè)備，其中電阻器、二極管和電池通過(guò)在阻斷用于燃料電池的陰極的空氣后，消耗燃料電池的電池電流來(lái)將燃料電池的電壓降低至約0V。

用于陰極的氫吹掃管道可以采用作為電壓降低設(shè)備，該氫吹掃管道通過(guò)將用于燃料電池陰極的空氣供應(yīng)流量降低至最小流量范圍并同時(shí)向陰極供應(yīng)氫來(lái)將電池電壓降低至約0V。另外的電源可以采用作為電壓降低設(shè)備，該另外的電源通過(guò)在燃料電池的正常運(yùn)行期間向燃料電池施加高電流來(lái)將燃料電池的電壓降低至預(yù)定水平或更低。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于控制燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行的方法，其可以包括：確定需要改善燃料電池的性能以及降低電池間性能偏差的時(shí)間；在需要改善燃料電池的性能以及降低電池間性能偏差的時(shí)間，將燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式改變?yōu)閮H輔助電力模式并同時(shí)將燃料電池的電池電壓調(diào)整為降低至約0V；以及將燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行 模式調(diào)整為正常運(yùn)行模式。

當(dāng)燃料電池的對(duì)于燃料電池系統(tǒng)中各個(gè)運(yùn)行電流的總電壓(例如，對(duì)用于燃料電池車高輸出行駛的各個(gè)運(yùn)行電流的燃料電池總電壓)等于或小于閾值，并且燃料電池的平均電壓等于或小于閾值時(shí)，確定在此時(shí)需要改善燃料電池的性能。

當(dāng)作為燃料電池的平均電壓與最小電池電壓之間的差值的電池偏差等于或大于閾值時(shí)，可以確定在此時(shí)需要降低電池間性能偏差。燃料電池的電池電壓的調(diào)整可以通過(guò)由選自電阻器、二極管和電池中的任一種在阻斷用于燃料電池的陰極的空氣后消耗燃料電池的電流而進(jìn)行。

此外，燃料電池的電池電壓的調(diào)整可以通過(guò)使用用于陰極的氫吹掃管道將用于燃料電池陰極的空氣供應(yīng)流量降低至最小流量范圍并同時(shí)向陰極供應(yīng)氫而執(zhí)行。燃料電池的電池電壓的調(diào)整還可以通過(guò)在燃料電池的正常運(yùn)行期間向燃料電池施加高電流來(lái)將燃料電池的電壓降低至預(yù)定水平或更低而執(zhí)行。

通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的效果提供以下。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在需要改善燃料電池的性能以及降低電池間性能偏差的時(shí)間瞬時(shí)降低燃料電池的電池電壓至特定電壓(例如，約0V)，并然后通過(guò)應(yīng)用“鋸齒現(xiàn)象”和“滯后現(xiàn)象”，通過(guò)使燃料電池系統(tǒng)再次回到正常狀況而使燃料電池系統(tǒng)能夠正常地運(yùn)行，從而可以將燃料電池系統(tǒng)的瞬時(shí)功率提高至先前狀態(tài)中的最高輸出水平或更具表現(xiàn)力的性能并降低燃料電池間的性能偏差。

換言之，在包括多個(gè)燃料電池的燃料電池的性能降低至限制值或更低值或者燃料電池間的性能偏差增大時(shí)，例如在需要短時(shí)間段內(nèi)有高輸出(包括瞬時(shí)突然加速)或燃料電池處于較差運(yùn)行條件(例如，燃料電池在低溫或高溫、低濕度條件、氫濃度降低和脫水條件下，如長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)行，以及在燃料電池車長(zhǎng)時(shí)間停放后重新起動(dòng)的初始時(shí)間)的運(yùn)行區(qū)段，可以改善燃料電池的性能(例如，輸出)并降低燃料電池間的性能偏差。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參考在附圖中圖示的示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的以上和其他特征進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，這些實(shí)施方式僅以示例說(shuō)明的方式在下文給出，因此不是對(duì)本發(fā)明的限制，其中：

圖1為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的控制燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行的方法的流程圖；

圖2至圖4為示出當(dāng)應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)(比較例)和本發(fā)明(示例性實(shí)施方式)時(shí)燃料電池組的測(cè)量性能的比較圖表；以及

圖5、圖6A和圖6B為示出當(dāng)應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)(長(zhǎng)時(shí)間停放后重新起動(dòng)的初始時(shí)間)和本發(fā)明(在降低電池電壓后重新起動(dòng))時(shí)燃料電池的所測(cè)量電池性能的比較圖表。

應(yīng)當(dāng)理解，所附的附圖并非必然是按比例的，而只是呈現(xiàn)說(shuō)明本發(fā)明的基本原理的各種優(yōu)選特征的一定程度的簡(jiǎn)化表示。本文公開的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征，包括，例如，具體尺寸、方向、位置和形狀將部分取決于特定的既定用途和使用環(huán)境。在附圖中，附圖標(biāo)記在附圖的幾張圖中通篇指代本發(fā)明的相同或等同部件。

具體實(shí)施方式

應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)“車輛”或“車輛的”或其他類似術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插入式混合電動(dòng)車、氫動(dòng)力車和其他代用燃料車(例如，來(lái)源于石油以外的資源的燃料)。本文中提到的混合動(dòng)力車是具有兩種或更多種動(dòng)力來(lái)源的車，例如同時(shí)為汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車。

盡管示例性實(shí)施方式被描述為使用多個(gè)單元以執(zhí)行示例性進(jìn)程，但應(yīng)理解的是，示例性進(jìn)程還可以由一個(gè)或多個(gè)模塊執(zhí)行。另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語(yǔ)“控制器/控制單元”是指包括存儲(chǔ)器和處理器的硬件設(shè)備。存儲(chǔ)器配置成對(duì)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，處理器具體配置成執(zhí)行該模塊以執(zhí)行將在以下進(jìn)一步描述的一個(gè)或更多進(jìn)程。

此外，本發(fā)明的控制邏輯可以具體表現(xiàn)為，在含有由處理器、控制器等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的非瞬時(shí)性計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的例子包括但不限于ROM、RAM、光盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、閃存驅(qū)動(dòng)器、智能卡和光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)也可以在連接網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中分布，從而計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以通過(guò)例如遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)器或控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)以分布方式進(jìn)行存儲(chǔ)并執(zhí)行。

本文使用的術(shù)語(yǔ)僅為說(shuō)明具體實(shí)施方式，而不是意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)、一種、該”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中另外明確指明。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)“包括、包含、含有”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或部件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、部件和/或其群組。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的任何和所有結(jié)合。

除非特別指出或從上下文清晰得到，本文使用的術(shù)語(yǔ)“約”應(yīng)理解為在本領(lǐng)域的正常容忍范圍內(nèi)，例如在均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)。“約”可以理解為在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內(nèi)。除非另外從上下文清晰得出，本文中提供的所有數(shù)值都被術(shù)語(yǔ)“約”修飾。

在下文中，將詳細(xì)參考本發(fā)明的各種示例性實(shí)施方式，實(shí)施方式的實(shí)例在附圖中示出并在下文中描述。盡管將結(jié)合示例性實(shí)施方式來(lái)描述本發(fā)明，但應(yīng)理解，當(dāng)前的描述并不意在將本發(fā)明限制于那些示例性實(shí)施方式。相反，本發(fā)明意在不僅涵蓋示例性實(shí)施方式，而且還涵蓋包含在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)的各種替代、修改、等效物及其他實(shí)施方式。

在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。

本發(fā)明著重于在需要改善燃料電池的性能以及降低燃料電池間性能偏差的時(shí)間，在燃料電池間的性能偏差增大的情況下，促進(jìn)燃料電池系統(tǒng)的瞬時(shí)功率的提高并降低性能偏差，而無(wú)需改變或改善各種形式的運(yùn)行條件，如向燃料電池組供應(yīng)另外的材料，調(diào)整燃料電池組的潮濕量，或?qū)τ糜谌剂想姵亟M的氫或空氣增壓。

圖1為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的控制燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行的方法的流程圖。首先，為調(diào)整本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行，控 制器可以配置成檢測(cè)燃料電池車是否起動(dòng)，檢測(cè)運(yùn)行信息，或檢測(cè)駕駛員是否進(jìn)入車輛(S101)。

更具體地，燃料電池系統(tǒng)可以包括：配置成產(chǎn)生電能的燃料電池組、配置成向燃料電池組供應(yīng)燃料(例如，氫)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)、配置成向燃料電池組供應(yīng)空氣中的作為電化學(xué)反應(yīng)所需的氧化劑的氧的空氣供應(yīng)系統(tǒng)、配置成調(diào)整燃料電池組的運(yùn)行溫度的熱與水管理系統(tǒng)等。當(dāng)燃料電池系統(tǒng)安裝在燃料電池車中時(shí)，控制器可以配置成檢測(cè)燃料電池車是否起動(dòng)、其運(yùn)行信息、或駕駛員是否進(jìn)入車輛以運(yùn)行本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)。

此外，檢測(cè)裝置(例如，傳感器)可以配置成確定需要燃料電池性能改善和電池間性能偏差降低的時(shí)間(S102)。具體地，當(dāng)燃料電池的電池性能等于或小于閾值時(shí)，檢測(cè)裝置可以配置成確定在此時(shí)的燃料電池性能的改善需求。換言之，當(dāng)燃料電池的對(duì)于燃料電池系統(tǒng)的各運(yùn)行電流的總電壓(例如，對(duì)于燃料電池車高輸出行駛的各運(yùn)行電流的燃料電池總電壓)等于或小于閾值，且燃料電池的平均電壓等于或小于閾值時(shí)，檢測(cè)裝置可以配置成確定在此時(shí)的燃料電池性能的改善需求。

當(dāng)燃料電池間的電壓偏差等于或大于閾值時(shí)，由控制器執(zhí)行的檢測(cè)裝置可以配置成確定在此時(shí)的降低電池間性能偏差的需求。換言之，當(dāng)作為燃料電池的平均電壓與最小電池電壓之間的差值的電池偏差等于或大于閾值時(shí)，檢測(cè)裝置可以配置成確定在此時(shí)的對(duì)降低電池間性能偏差的需求。具體地，在燃料電池車停放相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后的起動(dòng)之時(shí)、在怠速行駛相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后的加速模式中、以及在普通行駛過(guò)程中的超車加速模式中，會(huì)大大產(chǎn)生需要改善燃料電池性能的時(shí)候、或需要降低燃料電池間電壓偏差的時(shí)候。

響應(yīng)于對(duì)在燃料電池的電池性能等于或低于閾值時(shí)的改善燃料電池性能的需求、或在燃料電池間電壓偏差等于或大于預(yù)定值時(shí)的降低電池間性能偏差的需求的確定，控制器可以配置成切換或調(diào)整燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式以改變?yōu)槭褂幂o助電力的輔助電力模式(例如，以使用燃料電池車的電池電力的電動(dòng)車(EV)模式行駛)(S103)，并且控制器可以同時(shí)配置成調(diào)整燃料電池的電池電壓，以降低至特定電壓 (例如，約0.1V或0V的水平)(S104)。具體地，電壓降低設(shè)備可以配置成通過(guò)控制器的命令，將燃料電池的電池電壓降低至約0V。

作為電壓降低設(shè)備的第一個(gè)示例性實(shí)施方式，可以使用降低燃料電池電壓的選自電阻器、二極管和電池中的任一種，以將燃料電池的電池電壓降低至特定電壓或更低。從電阻器、二極管和電池中選擇的設(shè)備可以在阻斷用于燃料電池陰極的空氣后消耗燃料電池的電流來(lái)將燃料電池的電壓降低至特定電壓或更低。

作為電壓降低設(shè)備的第二個(gè)示例性實(shí)施方式，可以采用配置成將電池電壓降低至特定電壓(例如，約0.1V或0V的水平)的用于陰極的氫吹掃管道，通過(guò)使用用于陰極的氫吹掃管道，將用于燃料電池陰極的空氣供應(yīng)流量降低至最小流量范圍，并同時(shí)向陰極供應(yīng)氫而非空氣，燃料電池的電壓可以降低至特定電壓或更低。

更具體地，在燃料電池系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)中，可以通過(guò)向燃料電池的陰極供應(yīng)空氣并向陽(yáng)極提供氫來(lái)產(chǎn)生電。為將燃料電池的電壓降低至特定電壓或更低，可以通過(guò)將另外的用于陰極的氫吹掃管道連接至陰極來(lái)將氫供應(yīng)至陰極，以減少燃料電池的用于產(chǎn)生電的反應(yīng)，因此，燃料電池的電壓可以降低至例如約0.1V或0V的水平。

作為電壓降低設(shè)備的第三個(gè)示例性實(shí)施方式，可以使用另外的電源，其配置成通過(guò)在燃料電池的正常運(yùn)行期間向燃料電池施加高電流，從而將燃料電池的電壓降低至預(yù)定水平或更低，并且通過(guò)使用另外的電力，與正常運(yùn)行相比，燃料電池的電壓可以至少降低約50mV或更多。

此外，當(dāng)通過(guò)電壓降低設(shè)備而將燃料電池的電壓降低至特定電壓或更低時(shí)，可以解除根據(jù)各示例性實(shí)施方式的電壓降低設(shè)備的電壓降低程序(S105)。同時(shí)，控制器可以配置成將燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行模式由輔助電力供應(yīng)模式變?yōu)檎＿\(yùn)行模式(S106)，并且在這種情況下，響應(yīng)于對(duì)改善燃料電池的輸出性能以及降低燃料電池組電壓的電池電壓偏差的需求的確定，可以反復(fù)地再次進(jìn)行上述程序(S107)。

當(dāng)由于燃料電池系統(tǒng)的先前運(yùn)行狀態(tài)，燃料電池組的輸出瞬時(shí)減小(例如，可逆的性能劣化)，電池間的性能偏差增大至特定水平或更高，或者通過(guò)駕駛員操作的方法、使用車輛診斷/控制設(shè)備的方法以及 監(jiān)控車輛運(yùn)行狀態(tài)的方法來(lái)請(qǐng)求瞬時(shí)性能改善如包括超車加速的突然加速時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的用于控制燃料電池的運(yùn)行的設(shè)備和方法，可以改善燃料電池系統(tǒng)的瞬時(shí)輸出并降低燃料電池間的性能偏差而無(wú)需另外變更/增補(bǔ)硬件元件，從而使燃料電池車能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)利用本發(fā)明的用于控制燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行的設(shè)備和方法時(shí)，可以預(yù)期更大性能改善的效果，特別當(dāng)燃料電池組的性能由于異常運(yùn)行條件而非正常運(yùn)行狀態(tài)而劣化時(shí)，且這些條件描述如下。

第一，不可逆劣化的情況，即在燃料電池系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)預(yù)定時(shí)間或更長(zhǎng)時(shí)間后以及在可能損壞電池組的異常狀態(tài)后，燃料電池組性能的劣化/電池間性能偏差嚴(yán)重。

第二，當(dāng)在車輛停放相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后起動(dòng)/運(yùn)行的初始時(shí)間，可逆的性能劣化和電池間性能偏差嚴(yán)重時(shí)，以及基于下坡路行駛相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的氫濃度降低或電池組脫水、高溫和低濕度運(yùn)行的保持、和當(dāng)燃料電池組在異常運(yùn)行條件后可逆地劣化時(shí)的低速怠速運(yùn)行的保持。具體地，可以使用一般的性能測(cè)量裝備來(lái)測(cè)量燃料電池組的性能，并且當(dāng)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明以及現(xiàn)有技術(shù)來(lái)改變?nèi)剂想姵叵到y(tǒng)的運(yùn)行的方法時(shí)比較燃料電池組的性能，其結(jié)果示于圖2至圖4。

參考圖2，當(dāng)在應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)的情況與應(yīng)用本發(fā)明方法的情況之間比較燃料電池組的輸出時(shí)，可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中電池組的輸出提高了約5％或更多，其中在現(xiàn)有技術(shù)中，在一般的運(yùn)行區(qū)段中將運(yùn)行電流瞬時(shí)且立即地增大至高輸出區(qū)段(例如，約1.2A/cm²)，在本發(fā)明的方法中，在電流增大之前將電池組電壓降低至約0V。參考圖3，可以看出，在城市行駛?cè)舾煞昼娀蚋玫那闆r中(例如，低輸出運(yùn)行：約0.6A/cm²)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中電池組的輸出可以提高約10％或更多。

參考圖4，可以看出，當(dāng)根據(jù)怠速運(yùn)行的保持由燃料電池的脫水現(xiàn)象急劇地發(fā)生可逆的性能劣化或由運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間引起的電池組耐久性能劣化時(shí)，通過(guò)向電阻器或陽(yáng)極供應(yīng)氫來(lái)降低燃料電池的電池電壓至約0V并然后重新起動(dòng)車輛的本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相比，表現(xiàn)出進(jìn)一步提高輸出(約5％～10％或更多)的效果。具體地，作為本發(fā)明的另一測(cè)試示例，當(dāng)燃料電池車停止相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間并然后重新起動(dòng)時(shí)，可 以測(cè)量在低輸出區(qū)段中的電池電壓，其結(jié)果示于圖5。

圖5為當(dāng)燃料電池車停放預(yù)定時(shí)間或更久并然后處于重新起動(dòng)的初始時(shí)間(例如，低溫)時(shí)，在電流密度等于或小于50mA/cm²的低輸出區(qū)段中，構(gòu)成電池組的燃料電池的性能測(cè)量結(jié)果，(a)示出現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池車停放相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后的電池性能，且(b)示出當(dāng)使用本發(fā)明的降低電壓的方法將電池電壓降低至0.1V或更低并然后重新起動(dòng)燃料電池車時(shí)的電池性能。

參考圖5，可以看出，由于在燃料電池車停放相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間期間燃料電池組電池內(nèi)的干燥和流入燃料電池組的空氣，在燃料電池車停放相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后起動(dòng)的初始時(shí)間，與正常狀態(tài)相比，燃料電池組的性能略微下降，并且在層疊數(shù)百個(gè)或更多個(gè)電池的燃料電池組中，性能自身較低，且電池間性能偏差趨于嚴(yán)重，但在本發(fā)明中，當(dāng)憑借如上所述的電壓降低方式(例如，使用電阻器降低電壓)降低電壓，燃料電池組的電壓降低至預(yù)定水平或更多，并然后重新起動(dòng)燃料電池車時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，燃料電池的電池性能可以提高約5％。作為本發(fā)明的另一個(gè)測(cè)試示例，當(dāng)燃料電池車停放相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間并然后處于重新起動(dòng)的初試時(shí)間時(shí)，可以測(cè)量電池性能，其結(jié)果示于圖6。

圖6示出當(dāng)燃料電池車停放15小時(shí)或更久并然后處于重新起動(dòng)的初始時(shí)間時(shí)，燃料電池組的電池性能的測(cè)量結(jié)果，(a)示出現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)燃料電池車停放相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后不經(jīng)任何措施重新起動(dòng)時(shí)進(jìn)行性能測(cè)量的電池性能，且(b)示出當(dāng)使用本發(fā)明的降低電壓的方法將燃料電池組的電壓降低至預(yù)定水平或更低并然后重新起動(dòng)燃料電池車輛時(shí)的電池性能。

參考圖6，可以看出，在現(xiàn)有技術(shù)中，一些電池中性能劣化(以隱線框表示)，從而電池間的性能偏差具有相當(dāng)大的值，但在本發(fā)明中，可以解決電池間的約0.1V或更高的電壓偏差。

如上所述，當(dāng)利用本發(fā)明的改善燃料電池系統(tǒng)性能的方法時(shí)，可以在需要瞬時(shí)地或短時(shí)間高輸出的運(yùn)行區(qū)段中以及當(dāng)電池組的燃料電池間的性能偏差增大時(shí)，提高燃料電池組的輸出并降低電池間的性能偏差，從而使燃料電池車能夠更穩(wěn)定地運(yùn)行。在相對(duì)較差運(yùn)行條件中產(chǎn)生的電池間性能偏差可以降低，因此，可以防止燃料電池組的性能 異常地降低/劣化并在燃料電池組劣化時(shí)提高輸出，從而改善燃料電池的耐久性性能。

本發(fā)明已經(jīng)參考其示例性實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，可以在這些示例性實(shí)施方式中做出改變而不偏離本發(fā)明的原理和精神，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等效物中定義。