Система топливных элементов и способ управления топливными элементами

 

Изобретение относится к химическим источникам тока. Система топливных элементов, состоящая из топливных элементов, которые соединены с источником газообразного топлива и вырабатывают электроэнергию для питания нагрузки, содержит блок измерения расхода газа, который измеряет величину, относящуюся к расходу газа, подаваемого к топливным элементам, и блок управления, который определяет точку наивысшего кпд преобразования энергии на выходной электрической характеристике тока-напряжения топливных элементов, соответствующей наблюдаемой величине, относящейся к расходу газа, как к рабочей точке, и регулирует электроэнергию, вырабатываемую топливными элементами с тем, чтобы активизировать топливные элементы в рабочей точке. Технический результат - повышение кпд преобразования энергии. Блок управления вычисляет требуемую мощность инвертора в зависимости от хода педали акселератора, определяет характеристику выходного электрического тока-выходного напряжения, соответствующей расходу газа, получает точку наивысшего кпд преобразования энергии на указанной характеристике, чтобы определить рабочую точку топливных элементов, и вычисляет выходную электрическую мощность топливных элементов в заданной рабочей точке. Блок управления 20 определяет выходное напряжение, требуемое для заряда аккумуляторной батареи на основе разницы между расчетной требуемой мощностью инвертора и вычисленной выходной электрической мощностью топливных элементов и состояния заряда аккумуляторной батареи. Блок управления 20 управляет преобразователем постоянного тока и регулирует выходное напряжение преобразователя постоянного тока, благодаря чему аккумуляторная батарея 40 вырабатывает мощность с определенным выходным напряжением. Блок управления 20 последовательно регулирует инвертор 44, чтобы подать питание на двигатель 46, потребляемая мощность которого соответствует требуемой мощности (стадия S30). Такое устройство позволяет ввести в действие топливные элементы 36 с их активизацией в рабочей точке высокого кпд преобразования энергии. 5 с. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть).

Формула изобретения

1. Система топливных элементов, имеющая топливные элементы, которые получают газ и вырабатывают электроэнергию для питания нагрузки, содержащая блок измерения расхода газа, который измеряет величину, относящуюся к расходу газа, подаваемого к топливным элементам, и блок управления, который определяет точку наивысшего кпд преобразования энергии на выходной электрической характеристике тока-напряжения топливных элементов, соответствующей наблюдаемой величине, относящейся к расходу газа, как к рабочей точке, и регулирует электроэнергию, вырабатываемую топливными элементами с тем, чтобы активизировать топливные элементы в рабочей точке.

2. Система топливных элементов, имеющая топливные элементы, которые получают газ и вырабатывают электроэнергию, и вторичную аккумуляторную батарею, которая накапливает электроэнергию и выдает накопленную электроэнергию, причем система топливных элементов обеспечивает, по меньшей мере, одну электроэнергию, вырабатываемую топливными элементами, выход электроэнергии от вторичной аккумуляторной батареи подключен к нагрузке, содержащая блок измерения расхода газа, который измеряет величину, относящуюся к расходу газа, подаваемого к топливным элементам, и блок управления, который определяет точку наивысшего кпд преобразования энергии на выходной электрической характеристике тока-напряжения топливных элементов, соответствующей наблюдаемой величине, относящейся к расходу газа, как к рабочей точке, определяет количество электроэнергии, отбираемой от топливных элементов, которая требуется для активизации указанных топливных элементов в заданной рабочей точке, а также количество электроэнергии, подаваемой к нагрузке, и регулирует, по меньшей мере, одну электроэнергию, получаемую от вторичной аккумуляторной батареи, и электроэнергию, накапливаемую в указанной вторичной аккумуляторной батарее.

3. Система топливных элементов по п.2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик состояния заряда, который измеряет состояние заряда вторичной аккумуляторной батареи, блок управления выполнен так, что регулирует, по меньшей мере, одну электроэнергию, полученную от вторичной аккумуляторной батареи, которая накоплена во вторичной аккумуляторной батарее, на основании наблюдаемого состояния заряда и двух ранее определенных электроэнергий.

4. Система топливных элементов, содержащая топливные элементы, которые получают газ и вырабатывают электроэнергию посредством электрохимической реакции газообразного топлива и окислительного газа, датчик расхода, который измеряет расход, по меньшей мере, одного газообразного топлива и окислительного газа, подаваемого к указанным топливным элементам, вторичную аккумуляторную батарею, которая накапливает электроэнергию и отдает на выходе накопленную электроэнергию, датчик состояния заряда, который измеряет состояние заряда вторичной аккумуляторной батареи, инвертор, который получает электроэнергию, по меньшей мере, от одного из топливных элементов и вторичной аккумуляторной батареи для привода двигателя, преобразователь, который изменяет выходное напряжения от топливных элементов и подает измененное напряжение параллельно вторичной аккумуляторной батарее и инвертеру, и блок управления, который определяет точку наивысшего кпд преобразования энергии на выходной электрической характеристике тока-напряжения топливных элементов, соответствующей наблюдаемому расходу, как к рабочей точке, определяет количество электроэнергии, отбираемой от топливных элементов, которая требуется для активизации топливных элементов в рабочей точке, определяет количество электроэнергии, подаваемой на инвертер, на основе электроэнергии, требуемой для работы двигателя, и для регулирования выхода напряжения от преобразователя, на основе двух количеств определенной таким образом электроэнергии и наблюдаемого состояния заряда.

5. Способ управления топливными элементами, которые получают газ и вырабатывают электроэнергию, включающий следующие стадии: (а) измерение величины, относящейся к расходу газа, подаваемого к топливным элементам, (b) определение точки наивысшего кпд преобразования энергии выходной электрической характеристикой тока-напряжения топливных элементов, соответствующей наблюдаемой величине расхода газа, как к рабочей точке, и (с) регулирование электроэнергии, которая отводится от топливных элементов с целью активизации указанных топливных элементов в заданной рабочей точке.

6. Способ управления вторичной аккумуляторной батареей в системе топливных элементов, имеющей топливные элементы, которые получают газ и вырабатывают электроэнергию, и вторичную аккумуляторную батарею, которая накаливает электроэнергию и выдает накопленную электроэнергию, обеспечивающая, по меньшей мере, одну электроэнергию, выработанную топливными элементами, и имеет выход электроэнергии от вторичной аккумуляторной батареи к нагрузке, включающий следующие стадии: (а) измерение величины расхода газа, которая относится к расходу газа, подаваемого к топливным элементам, (b) определение точки наивысшего кпд преобразования энергии выходной электрической характеристикой тока-напряжения топливных элементов, соответствующей величине расхода газа, как к рабочей точке, (с) определение количества электроэнергии, отбираемой от топливных элементов, которое требуется для активизации указанных топливных элементов в заданной рабочей точке, а также количество электроэнергии, которое будет подано к нагрузке, и (d) регулирование, по меньшей мере, одной электроэнергии в качестве выхода вторичной аккумуляторной батареи и электроэнергии, которая будет накоплена во вторичной аккумуляторной батарее.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что дополнительно включает следующие стадии: (е) измерение состояния заряда вторичной аккумуляторной батареи, причем стадия (d) включает стадию регулирования, по меньшей мере, одной электроэнергии, полученной с выхода вторичной аккумуляторной батареи и электроэнергии, которая будет накоплена во вторичной аккумуляторной батарее, на основании наблюдаемого состояния заряда и двух ранее определенных электроэнергии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34