[发明专利]过载保护设备

说明书

本申请公开一种燃料电池单元系统，其包括用于生成电力的电化学燃料电池单元堆。负载电路可切换地耦合到燃料电池单元堆，用于周期性地在能量耗散阶段(诸如用于调节燃料电池单元堆的空气失速操作)期间从燃料电池单元堆接收放电电流。保护电路被耦合到负载电路，保护电路被配置为在能量耗散阶段期间监测累积能量耗散水平，并且被配置为如果累积能量水平达到预定阈值则中止能量耗散阶段。以这种方式，较低规格的电阻器组件可被用于进行堆调节。

技术领域

本发明涉及燃料电池单元系统，并且具体涉及这种燃料电池单元系统的性能管理。

背景技术

为了提供电化学燃料电池单元堆的最佳性能，期望在堆上或在堆内的单个电池单元或电池单元组上常规地执行堆调节操作和/或电池单元调节操作，以将电池单元保持在最佳执行状况。

尽管有益于保持燃料电池单元堆的最大、改进和最佳效率的目的，但是这种性能管理系统在燃料电池单元堆上仍然存在相当大的额外开销，特别是考虑到燃料电池单元堆支撑基础设施所需的额外硬件，以及相关的额外制造成本和空间利用率。

由于堆支撑基础设施对诸如每单位发电容量的系统成本以及每单位发电容量的系统重量或体积的重要参数有直接影响，期望尽可能可行地减少这种基础设施开销。

发明内容

本发明的目的是提供用于燃料电池单元或燃料电池单元堆的性能管理的改进系统。

根据一个方面，本发明提供了一种燃料电池单元系统，其包括用于生成电能的电化学燃料电池单元、负载电路和耦合到负载电路的保护电路，负载电路可切换地耦合到燃料电池单元，用于周期性地在能量耗散阶段期间从燃料电池单元接收放电电流，保护电路被配置为在能量耗散阶段期间监测累积能量耗散水平，并且被配置为如果累积能量水平达到预定阈值则中止能量耗散阶段。

负载电路可以包括电阻器。保护电路可以包括电压传感器和被配置为在能量耗散阶段期间对感测电压的函数进行积分的模块，该保护电路进一步被配置为如果积分达到所述预定阈值则中止能量耗散阶段。电压传感器可以被配置为感测负载电路的电阻器两端的电压。

保护电路可以包括电流传感器和被配置为在能量耗散阶段期间对感测电流的函数进行积分的模块，保护电路进一步被配置为如果积分达到所述预定阈值则中止能量耗散阶段。电流传感器可以被配置为感测流经负载电路的电阻器的电流。

保护电路可以包括电压传感器和电流传感器，以及配置为在能量耗散阶段期间根据感测的电压和电流来确定负载电路中的所述累积能量耗散水平的模块。电压传感器可以被配置为感测负载电路的电阻器两端的电压，并且电流传感器可以被配置为感测流过负载电路的电阻器的电流。

燃料电池单元系统可以包括系统控制器，该系统控制器被配置为通过切换跨过燃料电池单元系统中的一个或多个燃料电池单元的负载电路而周期性地启动能量耗散阶段。系统控制器可以进一步被配置为周期性地在能量耗散阶段期间停止通过一个或多个燃料电池单元的气流，并且在能量耗散阶段之后恢复气流。系统控制器可以被配置为在能量耗散阶段之前停止通过一个或多个燃料电池单元的气流，以便在能量耗散阶段开始之前允许一个或多个燃料电池单元达到缺氧状况。系统控制器可以被配置为在中止的能量耗散阶段的情况下，阻止启动进一步的能量耗散阶段达预定的时间段。系统控制器可以被配置为在中止的能量耗散阶段的情况下，限制后续能量耗散阶段的持续时间。

电化学燃料电池单元可以包括串联连接的燃料电池单元堆。电化学燃料电池单元可以包括并联连接的燃料电池单元阵列。

根据另一方面，本发明提供了一种受保护的电力负载设备，该负载设备包括负载电路和耦合到负载电路的保护电路，负载电路用于可切换地耦合到电源，以周期性地在能量耗散阶段期间从电源接收放电电流，保护电路被配置为在能量耗散阶段期间监测负载电路中的累积能量耗散水平，并且被配置为如果累积能量水平达到预定阈值则中止能量耗散阶段。