CN102136587B - 燃料电池的优化阴极装填策略 - Google Patents

燃料电池的优化阴极装填策略 Download PDF

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Abstract

本发明涉及燃料电池的优化阴极装填策略。一种用于通过控制堆旁通阀来控制系统启动时的阴极空气流动的方法。该方法包括确定所述燃料电池系统的阴极侧内的氢浓度。该方法还包括确定通过阴极压缩机的体积流率、确定通过堆阴极的体积流率以及确定通过阴极的体积流率与通过压缩机的总流量之间的比值。该方法基于通过所述压缩机的所述体积流率、通过所述压缩机的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的所述比值以及所述阴极内的所述氢浓度来确定来自所述燃料电池堆的模型化氢出口浓度。该方法使用通过所述阴极的体积流率和通过所述压缩机的所述总流量的理想比值来确定所述旁通阀的位置。

Description

燃料电池的优化阴极装填策略
技术领域
本发明总体涉及用于优化系统启动时燃料电池堆的阴极装填策略的方法，并且更具体地涉及如下方法，其在堆的阴极侧上使用氢浓度的阴极模型来在系统启动时向燃料电池堆的阴极侧提供适当的阴极空气量。
背景技术
氢是非常引人注意的燃料，因为其是清洁的并且可以被用于在燃料电池中有效地产生电。氢燃料电池是包括阳极和阴极以及其间的电解质的电化学装置。阳极接收氢气并且阴极接收氧或空气。氢气在阳极中离解从而产生自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。质子与阴极中的氧和电子反应从而产生水。来自阳极的电子不能穿过电解质，并且因而被引导通过负载从而在被传送到阴极之前做功。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是车辆常用的燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极和阴极通常包括被支撑在碳颗粒上且与离聚物混合的磨碎的催化颗粒，通常是铂（Pt）。催化混合物被沉积在膜的相对侧上。阳极催化混合物、阴极催化混合物和膜的组合限定了膜电极组件（MEA）。MEA的制造是相对昂贵的并且需要特定条件来有效操作。
在燃料电池堆中通常组合多个燃料电池来产生所需功率。例如，用于车辆的常用燃料电池堆可以具有两百个或更多个堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入反应物气体（通常是被压缩机驱动通过堆的空气流）。并不是所有的氧均被堆所消耗，一些空气作为阴极排出气体被输出，该阴极排出气体可以包括水作为堆副产品。燃料电池堆也接收流入堆阳极侧的阳极氢反应物气体。所述堆也包括冷却流体所流动通过的流动通道。
燃料电池堆包括位于堆内的多个MEA之间的一系列双极板，其中双极板和MEA位于两个端板之间。双极板包括堆中相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。阳极气体流动通道被设置在双极板的阳极侧上从而允许阳极反应物气体流动到相应MEA。阴极气体流动通道被设置在双极板的阴极侧上从而允许阴极反应物气体流动到相应MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，而另一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板是传导性材料制成，例如不锈钢或导电合成物。端板将燃料电池产生的电传导到堆之外。双极板也包括冷却流体所流动通过的流动通道。
与用于发电的燃料电池所产生的电流相比，PEM燃料电池中现有技术膜的气体渗透率相对较低。当燃料电池系统停机时，气体继续渗透通过膜，直到膜两侧上的气体组分分压平衡。氢从阳极通过膜到阴极的扩散率是氮从阴极到阳极的速率的大约三倍。较大的氢扩散速率意味着，相比于氮分压的相对较慢的平衡，氢分压会快速平衡。气体扩散率的不同导致了阳极子系统绝对压力下降直到阴极氢分压达到阳极氢分压。通常，燃料电池堆的阳极侧在高氢浓度的情况（例如大于60%）下操作，并且大量的富氢气体存在于堆的阳极的外侧。随着阳极绝对压力下降，更多的氢被抽出阳极子系统进入到堆的阳极流场中。
在系统停机之后的氢分压平衡的最终结果是，至少在停机之后一段时间内在燃料电池堆的阴极侧的氢浓度增加。当系统启动时，压缩机起动，不过从阴极离开燃料电池堆的氢的浓度必须被限制为不会违反排放要求。因此，当使用新鲜空气装填燃料电池的阴极时，离开堆的阴极侧的富氢气体必须被稀释。为了满足起动时间和噪音要求，需要优化堆阴极的装填。因为通过压缩机可用动力来限制阴极流，所以装填方法必须适应整体压缩机流率的变化。
已知的燃料电池系统通常使用旁通阀，该旁通阀允许阴极空气绕过燃料电池堆并且从压缩机直接被引导到系统出口。启动策略可以使用机构来打开旁通阀，从而相当大量的空气不会经过燃料电池堆的阴极并且在堆出口处可用，从而稀释可被驱动通过堆的阴极侧的氢。通常，这些启动策略是过度保守的从而在启动期间的任意点处均不会超过所需的氢排放浓度。因为实际系统启动必须在堆起动前等待稀释氢排放，所以这些保守的启动策略增加了系统从点火开始起动的时间。
发明内容
根据本发明的教导，公开了通过控制堆旁通阀来控制系统启动时流向燃料电池堆的阴极空气流的方法。该方法包括：确定燃料电池系统的阴极侧内的氢的浓度梯度。该方法还包括：确定通过将空气传送到燃料电池系统的阴极侧的压缩机的体积流率；确定通过燃料电池堆的阴极的体积流率；以及，使用通过所述压缩机的所述体积流率和通过所述阴极的所述体积流率来确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的总流量之间的比值。该方法基于通过所述压缩机的所述体积流率、通过所述压缩机的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的所述比值以及离开所述阴极的所述氢的浓度来确定来自所述燃料电池堆的模型化氢出口浓度。该方法使用理想最大系统氢出口排放和阴极的模型化氢出口浓度来确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值，并且之后使用通过所述阴极的体积流率和通过所述压缩机的所述总流量的所述理想比值来确定所述旁通阀的位置。
本发明还提供了以下技术方案。
方案1. 一种确定燃料电池系统中阴极旁通阀的位置的方法，所述阴极旁通阀允许阴极空气绕过燃料电池堆，所述方法包括：
确定所述燃料电池系统的阴极侧内的氢浓度；
确定通过压缩机的体积流率，该压缩机将空气传送到所述燃料电池系统的所述阴极侧；
确定通过所述燃料电池堆的所述阴极的体积流率；
使用通过所述压缩机的所述体积流率和通过所述阴极的所述体积流率来确定通过所述阴极的所述体积流率与通过所述压缩机的总流量之间的比值；
基于通过所述压缩机的所述体积流率、通过所述压缩机的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值以及所述阴极内的所述氢浓度来确定来自所述燃料电池堆的模型化氢出口浓度；
使用理想最大阴极出口排放和所述模型化氢出口浓度来确定通过所述阴极的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值；以及
使用通过所述阴极的所述体积流率和通过所述压缩机的所述总流量的所述理想比值来确定所述旁通阀的位置。
方案2. 根据方案1所述的方法，其中确定所阴极侧内的所述氢浓度包括使用浓度传感器。
方案3. 根据方案1所述的方法，其中确定所述阴极侧内的所述氢浓度包括确定所述旁通阀内的孔口两端的压降。
方案4. 根据方案1所述的方法，其中确定所阴极侧内的所述氢浓度包括测量当所述堆的阳极侧被装填或正在被装填时的堆电压。
方案5. 根据方案1所述的方法，其中确定所阴极侧内的所述氢浓度包括使用用于确定所述浓度的模型。
方案6. 根据方案1所述的方法，其中确定通过所述阴极的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值包括使用等式：
Figure 2011100267771100002DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure 400250DEST_PATH_IMAGE002
是以线性或角度尺寸表述的所述旁通阀的打开百分度，
Figure 2011100267771100002DEST_PATH_IMAGE003
是通过所述压缩机的空气的体积流率，
Figure 379707DEST_PATH_IMAGE004
是通过所述堆的所述阴极侧的空气的体积流率，以及是通过所述堆的所述阴极侧的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值。
方案7. 根据方案1所述的方法，其中确定所述模型化氢出口浓度包括使用等式：
Figure 159444DEST_PATH_IMAGE006
其中
Figure 2011100267771100002DEST_PATH_IMAGE007
是所述模型化氢出口浓度，
Figure 367703DEST_PATH_IMAGE008
是通过所述压缩机的空气的体积流率，是通过所述堆的所述阴极侧的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值。
方案8. 根据方案1所述的方法，其中确定通过所述阴极的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值包括使用等式：
Figure 244392DEST_PATH_IMAGE010
其中
Figure 2011100267771100002DEST_PATH_IMAGE011
是通过所述堆的所述阴极侧的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值，
Figure 66854DEST_PATH_IMAGE012
是所述阴极出口内的理想最大氢浓度，并且
Figure 2011100267771100002DEST_PATH_IMAGE013
是所述模型化氢出口浓度。
方案9. 一种确定燃料电池系统中阴极旁通阀的位置的方法，所述阴极旁通阀允许阴极空气绕过燃料电池堆，所述方法包括：
确定所述燃料电池系统的阴极侧内的氢浓度；
基于通过阴极空气源的体积流率、通过所述阴极空气源的所述体积流率与通过所述阴极空气源的总流量之间的比值以及所述阴极内的所述氢浓度来确定来自所述燃料电池堆的模型化氢出口浓度；
通过使用理想最大阴极出口排放和所述模型化氢出口浓度来确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的总流量之间的理想比值；以及
使用通过所述阴极的体积流率与通过所述空气源的所述总流量之间的理想比值来确定所述旁通阀的位置。
方案10. 根据方案9所述的方法，其中确定所述阴极侧内的所述氢浓度包括使用浓度传感器。
方案11. 根据方案9所述的方法，其中确定所述阴极侧内的所述氢浓度包括测量当所述堆的阳极侧被装填或正在被装填时的堆电压。
方案12. 根据方案9所述的方法，其中确定所述阴极侧内的所述氢浓度包括使用用于确定所述浓度的模型。
方案13. 一种确定燃料电池系统中阴极旁通阀的位置的系统，所述阴极旁通阀允许阴极空气绕过燃料电池堆，所述系统包括：
用于确定所述燃料电池系统的阴极侧内的氢浓度的器件；
用于确定通过压缩机的体积流率的器件，该压缩机将空气传送到所述燃料电池系统的所述阴极侧；
用于确定通过所述燃料电池堆的阴极的体积流率的器件；
用于通过使用通过所述压缩机的体积流率和通过所述阴极的体积流率来确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的总流量之间的比值的器件；
用于基于通过所述压缩机的所述体积流率、通过所述压缩机的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值以及所述阴极内的所述氢浓度来确定来自所述燃料电池堆的模型化氢出口浓度的器件；
用于使用理想最大阴极出口排放和所述模型化氢出口浓度来确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值的器件；以及
用于使用通过所述阴极的体积流率和通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值来确定所述旁通阀的位置的器件。
方案14. 根据方案13所述的方法，其中用于确定所述阴极侧内的所述氢浓度的器件使用浓度传感器。
方案15. 根据方案13所述的系统，其中用于确定所阴极侧内的所述氢浓度的器件确定所述旁通阀内的孔口两端的压降。
方案16. 根据方案13所述的系统，其中用于确定所阴极侧内的所述氢浓度的器件测量当所述堆的阳极侧被装填或正在被装填时的堆电压。
方案17. 根据方案13所述的系统，其中用于确定所阴极侧内的所述氢浓度的器件使用用于确定所述浓度的模型。
方案18. 根据方案13所述的系统，其中用于确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的总流量之间的比值的器件使用等式：
Figure 146937DEST_PATH_IMAGE014
其中
Figure 2011100267771100002DEST_PATH_IMAGE015
是以线性或角度尺寸表述的所述旁通阀的打开百分度，
Figure 408154DEST_PATH_IMAGE016
是通过所述压缩机的空气的体积流率，
Figure 77033DEST_PATH_IMAGE004
是通过所述堆的所述阴极侧的空气的体积流率，以及
Figure 2011100267771100002DEST_PATH_IMAGE017
是通过所述堆的所述阴极侧的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值。
方案19. 根据方案13所述的系统，其中用于确定所述模型化氢出口浓度的器件使用等式：
其中
Figure 637775DEST_PATH_IMAGE007
是所述模型化氢出口浓度，
Figure 2011100267771100002DEST_PATH_IMAGE019
是通过所述压缩机的空气的体积流率，
Figure 437104DEST_PATH_IMAGE020
是通过所述堆的所述阴极侧的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值。
方案20. 根据方案13所述的系统，其中用于确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值的器件使用等式：
其中
Figure 960489DEST_PATH_IMAGE022
是通过所述堆的所述阴极侧的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值，是所述阴极出口内的理想最大氢浓度，并且
Figure 2011100267771100002DEST_PATH_IMAGE023
是所述模型化氢出口浓度。
结合附图从下述说明和所附权利要求中可以显而易见到本发明的附加特征。
附图说明
图1是燃料电池系统中的阴极子系统的平面示意图。
具体实施方式
对于本发明实施例（涉及用于控制燃料电池系统启动时的阴极流的方法）的下述讨论实质上仅是示例性的并且不以任何方式限制本发明或其应用或使用。
如下面将要讨论的，本发明提出了用于控制系统启动期间阴极流的氢浓度的阴极模型的用法和实施方式。这种方法减少了燃料电池系统阴极启动时间且同时将任意排气氢排放维持在低的目标范围内。
图1是燃料电池系统10的平面示意图，该燃料电池系统10包括燃料电池堆12。压缩机14在阴极输入管线16上向燃料电池堆12的阴极侧提供压缩空气。阴极排气在阴极排气管线18上从燃料电池堆12输出。压力传感器28测量排气管线18内的环境压力。旁通阀20设置在旁通管线22内，该旁通管线22将阴极输入管线16直接连接到阴极输出管线18从而绕过堆12。因此，选择性地控制旁通阀20确定了多少阴极空气将流经堆12且多少阴极空气将绕过堆12。压缩机流量计（CFM）24被设置在通到压缩机14的输入管线26中，并且测量通过压缩机14的空气流。气体浓度传感器30被设置在阴极排气管线18中并且能够应用来测量离开系统10的特定气体（例如氢）的浓度。
注射器-喷射器32在阳极输入管线34上将氢气从氢源36（例如高压箱）注射到燃料电池堆12的阳极侧。从燃料电池堆12排出的阳极气体在再循环管线38上再循环返回注射器-喷射器32。如本领域很好理解的，周期性地需要排放阳极排气从而从堆12的阳极侧去除氮。排出阀40为此被设置在阳极排气管线42内，其中被排放的阳极排气在管线18上与阴极排气结合从而将阳极排气中的氢稀释到小于该非限制性实施例中的可燃限制之下。在其他系统构造中，管线42可以联接到阴极输入管线16从而提供阴极催化燃烧。压力传感器44被设置在再循环管线38内并且提供对于阳极子系统中压力的测量。虽然在本实施例中压力传感器44处于再循环管线38内，不过压力传感器44可以被设置在阳极子系统中适于准确读取压力的任意位置处。
系统10还包括堆电压测量处理器46，其接收来自堆12中的燃料电池中的一个或更多个燃料电池的电压信号从而提供适当的电压测量。
阴极子系统包括旁通阀和/或排气阀来允许控制围绕燃料电池堆12的空气旁通。各种阀的控制可以被优化成维持氢的最大所需阴极排放，以便可能在特定空气流的情况下在最小时间内装填堆12的阴极侧。因为阴极子系统是庞大的，所以在阴极子系统中的氢气浓度是不均匀的。此外，在最后系统停机之后燃料电池堆12和各管线内的氢将持续减少，从而氢气浓度不仅根据位置而改变而且其将随时间持续减小。
本发明提供了用于确定系统启动时阴极子系统内的氢浓度的方法，以便阴极空气可以被有效控制来根据需要经过燃料电池堆12或在旁通管线22上绕过燃料电池堆12，从而控制氢排放。
为了优化离开阴极排气的氢浓度，确定贯穿阴极子系统的氢的摩尔分数。可行的是，可以使用传感器或者使用气体浓度模型来近似从而测量这种浓度。对于传感器技术，可以使用气体浓度传感器（可以是声学传感器）来进行浓度测量，或者该浓度测量可以由其他传感器推断得出。可推断出氢浓度的两种方法是，在燃料电池堆12的阳极侧的氢装填期间使用孔口两端的测量压降并且提供堆电压测量值。
对于测量压降的方法并且对于气体流经的给定孔口尺寸，孔口两端的压降随气体成分而变。在给定流率，在气体是氢时的压降将低于气体是空气、氧或氮时的压降。对于具有氢混合物的气体，对于特定摩尔流率的压降与混合物中的氢浓度成比例。这样，可以确定气体中的氢浓度。
对于堆电压测量方法，如果当使用氢装填堆阳极时例如用处理器46测量到显著堆电压，则阴极必然包含一些氧。如果堆12的阴极侧上存在任意氧，则可以假定在阴极侧上的氢分压足够小从而不限制基于排放原因的阴极装填。
在使用气体浓度模型方法来优化氢浓度的方法中，高度准确的模型或阴极氢浓度测量是理想的以便最小化系统启动。对于阳极氢浓度的了解可以被用于给阴极氢浓度建模。阴极子系统中的取决于位置的氢浓度的固定校准可以被用于代替模型。
一旦已经确定阴极侧氢浓度，则可以针对旁通阀20构造阀模型以便准确地预测实现旁通管线22和通过堆12的阴极流动路径之间的理想流量划分所需的阀位置。给定排气氢排放目标，则理想流量划分可以被确定作为阴极流量的函数。
阴极流量划分控制方法的示例性计算如下：
Figure 459657DEST_PATH_IMAGE024
其中是以线性或角度尺寸表述的旁通阀20的打开百分度，是通过压缩机14的空气的体积流率，
Figure 440568DEST_PATH_IMAGE004
是通过堆12的阴极侧的空气的体积流率，以及
Figure 588784DEST_PATH_IMAGE027
是通过堆12的阴极侧的体积流率与通过压缩机14的总流量的比值。
此外，是阴极子系统中的氢的位置和浓度，其被示意性地确定为：
其中
Figure 956814DEST_PATH_IMAGE030
是模型化氢出口浓度。
如果理想的阴极出口排放是，则理想的
Figure 679100DEST_PATH_IMAGE032
可以被确定为：
Figure 374654DEST_PATH_IMAGE033
其中被限制在42-100%的范围内，
Figure 669686DEST_PATH_IMAGE012
是阴极出口内的理想最大氢浓度，并且
Figure 169938DEST_PATH_IMAGE035
是基于理想
Figure 590555DEST_PATH_IMAGE036
的理想阴极划分。
使用等式（3）的结果，可以重置等式（1）来确定旁通阀20随时间的理想位置
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，以便控制阴极装填期间阴极出口氢百分比。
上述讨论公开且描述了仅仅本发明的示例性实施例。本领域的技术人员从这些讨论以及从附图和权利要求中可以容易地认识到在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以做出各种变化、改进和变型。

Claims (20)

1.一种确定燃料电池系统中阴极旁通阀的位置的方法，所述阴极旁通阀允许阴极空气绕过燃料电池堆，所述方法包括：
确定所述燃料电池系统的阴极侧内的氢浓度；
确定通过压缩机的体积流率，该压缩机将空气传送到所述燃料电池系统的所述阴极侧；
确定通过所述燃料电池堆的所述阴极的体积流率；
使用通过所述压缩机的所述体积流率和通过所述阴极的所述体积流率来确定通过所述阴极的所述体积流率与通过所述压缩机的总流量之间的比值；
基于通过所述压缩机的所述体积流率、通过所述压缩机的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值以及所述阴极内的所述氢浓度来确定来自所述燃料电池堆的模型化氢出口浓度；
使用理想最大阴极出口排放和所述模型化氢出口浓度来确定通过所述阴极的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值；以及
使用通过所述阴极的所述体积流率和通过所述压缩机的所述总流量的所述理想比值来确定所述旁通阀的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所阴极侧内的所述氢浓度包括使用浓度传感器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述阴极侧内的所述氢浓度包括确定所述旁通阀内的孔口两端的压降。
4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所阴极侧内的所述氢浓度包括测量当所述堆的阳极侧被装填或正在被装填时的堆电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所阴极侧内的所述氢浓度包括使用用于确定所述浓度的模型。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定通过所述阴极的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值包括使用等式：
其中
Figure 2011100267771100001DEST_PATH_IMAGE002
是以线性或角度尺寸表述的所述旁通阀的打开百分度，
Figure 2011100267771100001DEST_PATH_IMAGE003
是通过所述压缩机的空气的体积流率，是通过所述堆的所述阴极侧的空气的体积流率，以及
Figure 2011100267771100001DEST_PATH_IMAGE005
是通过所述堆的所述阴极侧的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值。
7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述模型化氢出口浓度包括使用等式：
Figure 2011100267771100001DEST_PATH_IMAGE006
其中
Figure 2011100267771100001DEST_PATH_IMAGE007
是所述模型化氢出口浓度，
Figure 2011100267771100001DEST_PATH_IMAGE008
是通过所述压缩机的空气的体积流率，
Figure 2011100267771100001DEST_PATH_IMAGE009
是通过所述堆的所述阴极侧的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值。
8.根据权利要求1所述的方法，其中确定通过所述阴极的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值包括使用等式：
Figure 2011100267771100001DEST_PATH_IMAGE010
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE011
是通过所述堆的所述阴极侧的所述体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
是所述阴极出口内的理想最大氢浓度，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE013
是所述模型化氢出口浓度。
9.一种确定燃料电池系统中阴极旁通阀的位置的方法，所述阴极旁通阀允许阴极空气绕过燃料电池堆，所述方法包括：
确定所述燃料电池系统的阴极侧内的氢浓度；
基于通过阴极空气源的体积流率、通过所述阴极空气源的所述体积流率与通过所述阴极空气源的总流量之间的比值以及所述阴极内的所述氢浓度来确定来自所述燃料电池堆的模型化氢出口浓度；
通过使用理想最大阴极出口排放和所述模型化氢出口浓度来确定通过所述阴极的体积流率与通过压缩机的总流量之间的理想比值；以及
使用通过所述阴极的体积流率与通过所述空气源的所述总流量之间的理想比值来确定所述旁通阀的位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述阴极侧内的所述氢浓度包括使用浓度传感器。
11.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述阴极侧内的所述氢浓度包括测量当所述堆的阳极侧被装填或正在被装填时的堆电压。
12.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述阴极侧内的所述氢浓度包括使用用于确定所述浓度的模型。
13.一种确定燃料电池系统中阴极旁通阀的位置的系统，所述阴极旁通阀允许阴极空气绕过燃料电池堆，所述系统包括：
用于确定所述燃料电池系统的阴极侧内的氢浓度的器件；
用于确定通过压缩机的体积流率的器件，该压缩机将空气传送到所述燃料电池系统的所述阴极侧；
用于确定通过所述燃料电池堆的阴极的体积流率的器件；
用于通过使用通过所述压缩机的体积流率和通过所述阴极的体积流率来确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的总流量之间的比值的器件；
用于基于通过所述压缩机的所述体积流率、通过所述压缩机的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值以及所述阴极内的所述氢浓度来确定来自所述燃料电池堆的模型化氢出口浓度的器件；
用于使用理想最大阴极出口排放和所述模型化氢出口浓度来确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值的器件；以及
用于使用通过所述阴极的体积流率和通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值来确定所述旁通阀的位置的器件。
14.根据权利要求13所述的系统，其中用于确定所述阴极侧内的所述氢浓度的器件使用浓度传感器。
15.根据权利要求13所述的系统，其中用于确定所阴极侧内的所述氢浓度的器件确定所述旁通阀内的孔口两端的压降。
16.根据权利要求13所述的系统，其中用于确定所阴极侧内的所述氢浓度的器件测量当所述堆的阳极侧被装填或正在被装填时的堆电压。
17.根据权利要求13所述的系统，其中用于确定所阴极侧内的所述氢浓度的器件使用用于确定所述浓度的模型。
18.根据权利要求13所述的系统，其中用于确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的总流量之间的比值的器件使用等式：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE015
是以线性或角度尺寸表述的所述旁通阀的打开百分度，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
是通过所述压缩机的空气的体积流率，是通过所述堆的所述阴极侧的空气的体积流率，以及
Figure DEST_PATH_IMAGE017
是通过所述堆的所述阴极侧的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值。
19.根据权利要求13所述的系统，其中用于确定所述模型化氢出口浓度的器件使用等式：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
其中
Figure 503166DEST_PATH_IMAGE007
是所述模型化氢出口浓度，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
是通过所述压缩机的空气的体积流率，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
是通过所述堆的所述阴极侧的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值。
20.根据权利要求13所述的系统，其中用于确定通过所述阴极的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的理想比值的器件使用等式：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE022
是通过所述堆的所述阴极侧的体积流率与通过所述压缩机的所述总流量之间的比值，
Figure 33635DEST_PATH_IMAGE012
是所述阴极出口内的理想最大氢浓度，并且是所述模型化氢出口浓度。
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