CN109671963A - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

燃料电池系统及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109671963A
CN109671963A CN201711248577.4A CN201711248577A CN109671963A CN 109671963 A CN109671963 A CN 109671963A CN 201711248577 A CN201711248577 A CN 201711248577A CN 109671963 A CN109671963 A CN 109671963A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
value
anode
hydrogen
target differential
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711248577.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109671963B (zh
Inventor
李贤宰
金大钟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyundai Motor Co, Kia Motors Corp filed Critical Hyundai Motor Co
Publication of CN109671963A publication Critical patent/CN109671963A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109671963B publication Critical patent/CN109671963B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04783Pressure differences, e.g. between anode and cathode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104Regulation of differential pressures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04753Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04776Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种燃料电池系统及其控制方法。该控制方法包括获取与起动前即刻的阳极压力对应的第一压力,并基于所获取的第一压力的强度确定与在起动该系统时因供应给阳极的氢气而在阳极中升高的压力值对应的氢气供应目标压差值。然后调整连接到阳极的氢气供应阀的开度以供应充足的氢气,从而升高与氢气供应目标压差值对应的阳极压力。

Description

燃料电池系统及其控制方法
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2017年10月17日提交的韩国专利申请第 10-2017-0134761号的优先权权益,该申请的公开内容全部并入本文以 供参考。
技术领域
本公开内容涉及一种燃料电池系统及其控制方法,并且更特别地, 涉及一种在起动燃料电池系统时能够减少氢气的消耗量的燃料电池系 统及其控制方法。
背景技术
燃料电池通过从阳极引入的氢气和从阴极引入的氧气的反应而产 生动力(power)。在如上所述的燃料电池系统中,应该确保在起动的 早期阶段中阳极中的氢气浓度以及燃料电池的性能,以防止内部催化 剂损坏。随着阳极中的氢气在燃料电池的操作期间通过氧气和氢气在 燃料电池堆中的电化学反应而朝向阴极移动,阳极压力减小变成负压。 另外,在燃料电池关闭之后,处于形成负压状态下的阳极压力缓慢地 恢复到常压。
作为根据相关技术的起动氢气到燃料电池的供应方法,应用了将 氢气目标压力设置为绝对压力以满足氢气浓度的方法。图1是示出根 据现有技术的起动氢气的供应方法的图。在图1的图中,X轴指示燃 料电池的操作停止时间,并且Y轴指示阳极压力。此外,A是在起动 之前即刻的阳极压力,并且B1是与绝对压力相对应的氢气目标压力。 D1是在阳极中升高以达到氢气目标压力的压力,并且C1是在起动之 后的阳极压力。
如图1中所示,由于将绝对压力应用于氢气目标压力(B1),氢气 经供应使压力达到固定目标压力,而不管起动之前即刻的阳极压力 (A)。因此,当起动之前即刻的阳极压力(A)是负压时,过度地供 应不必要的氢气(参见图1中的斜线部分)。
根据现有技术的起动氢气的供应方法是一种基于起动之前即刻的 阳极压力是常压这一假设的方法,并且在现有的燃料电池车辆中,阴 极压力在关闭或停车之后即刻恢复到常压,并且因此,阳极压力也在 短时间内恢复到常压。
然而,随着燃料电池系统的设计和每个组件的密封改善成增强阴 极的密封,与其中阳极压力在若干分钟至最多约20分钟内达到常压的 现有技术不同,负压保持约100小时或更多,起动之前即刻的阳极压 力大多处于负压状态。因此,当使用根据现有技术的方法供应起动氢 气时,在起动时可能过度地供应氢气的消耗量。因此,一直需要一种 能够在起动系统时使燃料电池中的氢气的消耗量最小化而不影响燃料 电池的耐久性的氢气供应方法。
发明内容
本公开内容提供一种燃料电池系统及其控制方法,其通过反映阳 极中的负压形成和到常压的恢复模式基于燃料电池的操作状态或操作 停止时间或阴极的密封状态和该系统的配置而不同这一事实,能够使 在起动之前即刻的阳极压力状态下,特别是负压状态下的起动氢气的 消耗量最小化。
本公开内容的一方面还提供一种燃料电池系统及其控制方法,其 通过在车辆中使用燃料电池时使由起动之前的负压引起的氢气的额外 消耗最小化而能够与现有技术相比增加实际驱动燃料效率。本公开内 容的一方面还提供一种燃料电池系统及其控制方法,其通过防止起动 氢气的超压而能够保护燃料电池堆并改善燃料电池的操作的安全性。
根据本公开内容的示例性实施方式,燃料电池系统的控制方法可 以包括:获取第一压力,所述第一压力对应于起动之前即刻的阳极压 力;基于所获取的第一压力的强度确定氢气供应目标压差值,所述氢 气供应目标压差值对应于在起动期间因供应给阳极的氢气而在阳极中 升高的压力值;以及调整连接到阳极的氢气供应阀的开度,从而供应 充足的氢气以升高与氢气供应目标压差值对应的阳极压力。
根据本公开内容的另一示例性实施方式,燃料电池系统可以包括: 压力获取器,其配置成获取与起动之前即刻的阳极压力对应的第一压 力;氢气供应器,其包括连接到阳极的氢气供应阀并配置成基于氢气 供应阀的开度升高阳极压力;和控制器,其配置成基于所获取的第一 压力的强度确定与在起动时因供应给阳极的氢气而在阳极中升高的压 力值对应的氢气供应目标压差值并调整氢气供应阀的开度从而向阳极 供应充足的氢气,以升高与氢气供应目标压差值对应的阳极压力。
附图说明
本公开内容的上述及其他目的、特征和优点将根据与附图结合的 下列详细描述变得更明显。
图1是应用根据现有技术的起动氢气的供应方法的图;
图2是根据本公开内容的示例性实施方式的燃料电池系统的控制 方法的流程图;
图3是根据本公开内容的另一个示例性实施方式的燃料电池系统 的控制方法的流程图;
图4是根据本公开内容的另一个示例性实施方式的燃料电池系统 的控制方法的流程图;且
图5是在使用根据本公开内容的示例性实施方式的燃料电池系统 的控制方法供应起动氢气的情况下的图。
附图中的每个元件的符号
A:第一压力
B2:氢气供应目标压差值
C2:起动系统之后的阳极压力
D2:阳极中升高的压力
具体实施方式
应理解,本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语 包括通常的机动车,例如,包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡 车、各种商务车的客车,包括各种船只和船舶的水运工具,飞行器等 等,并且包括混合动力车、电动车、插入式混合动力电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如,来源于石油以外的资源的燃料)。如本文 所提到的,混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆,例如,具有 汽油动力和电动力的车辆。
虽然示例性实施方式描述为使用多个单元执行示例性过程,但是 应理解的是示例性过程也可以由一个或多个模块执行。此外,应理解 的是术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。该存 储器配置成存储模块,并且该处理器具体地配置成执行所述模块,以 执行在下面进一步描述的一个或多个过程。
此外,本公开内容的控制逻辑可实施为含有通过处理器、控制器/ 控制单元等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算 机可读介质的例子包括但不限于,ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、 磁带、软盘、优盘、智能卡和光学数据存储装置。还能够在网络耦合 的计算机系统中分布计算机可读记录介质,使得例如通过远程信息处 理服务器或控制器局域网(CAN)以分散的方式存储并且执行计算机 可读介质。
本文所用的术语仅是为了描述具体实施方式的目的,并不意在限 制本公开内容。如本文所用,单数形式“一”、“一个”和“该”意在 也包括复数形式,除非上下文另有明确说明。还将理解的是,术语“包 括”和/或“包含”在本说明书中使用时是指存在所述特征、整数、步 骤、操作、元件和/或部件,但是不排除存在或添加一个或多个其它特 征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的, 术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
除非特别说明或从上下文明显得到,否则本文所用的术语“约” 理解为在本领域的正常容许范围内,例如在均值的2个标准偏差内。 “约”可以理解为在所述数值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、 3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01%内。除非另外从上下文清 楚得到,本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。
在下文中,本公开内容的示例性实施方式将参照附图详细描述。
首先,下面描述的以下示例性实施方式是适合于理解根据本公开 内容的燃料电池系统及其控制方法的技术特征的示例性实施方式。然 而,本公开内容不限制用于将要在下面描述的示例性实施方式,或者 本公开内容的技术特征不受将要在下面描述的示例性实施方式的限 制,并且可以在不背离本公开内容的范围或精神的情况下做出各种修 改。
参照图2至图4,根据本公开内容的示例性实施方式的燃料电池系 统的控制方法可以包括:阳极压力获取步骤(S110)、氢气供应目标压 差值确定步骤(S130)和氢气供应步骤(S510)。
首先,当输入燃料电池的起动命令时,可以执行阳极压力获取步 骤(S110)。特别地,阳极压力获取步骤(S110)和氢气供应目标压差 值确定步骤(S130)可以在起动燃料电池系统的操作之前即刻执行。 此外,氢气供应步骤(S150)可以在如上所述的起动之前即刻执行或 者与如上所述的起动同时执行。当在车辆中使用燃料电池时,起动之 前即刻的状态可以指停车的状态。换句话说,起动之前即刻的燃料电 池状态可以指在终止车辆的驱动和停放车辆之后重新起动车辆的情况 下起动之前即刻的状态。
在阳极压力获取步骤(S110)中,可以获取与起动之前即刻的阳 极压力对应的第一压力。特别地,随着阳极中的氢气在燃料电池的操 作期间由氧气和氢气在燃料电池堆中的电化学反应而朝向阴极移动, 阳极压力可以减小变成负压(例如,小于大气压力的压力)。在燃料电 池关闭之后(例如,在停放车辆之后),处于形成负压状态下的阳极压 力可以缓慢地恢复到常压(例如,等于或大于大气压力的压力),并且 恢复速率可以基于外部空气向阴极引入的程度,即密封水平而改变(参 见图1和图5中的A)。更具体地,在车辆中,与起动之前即刻的阳极 压力对应的第一压力可以基于燃料电池的阴极的密封程度、在停止车 辆之前的驱动状态和停放时间,而不同地改变为例如负压、常压等。
因此,在根据本公开内容的阳极压力获取步骤(S110)中,当输 入起动命令时,上面描述的第一压力可以在起动之前即刻测量。特别 地,为了获取阳极压力,可以使用各种方法。例如,在阳极中提供压 力传感器之后,第一压力可以由阳极的压力传感器直接地测量。安装 在阳极中的压力传感器可以是配置成测量直到负压的压力传感器。或 者,阳极压力可以通过安装在阴极中的压力传感器间接地测量。特别 地,当阳极压力在停车之后恢复且停车时间超过预定时间时,阴极压 力和阳极压力可以变得彼此类似。在此时,阳极压力可以通过使用阴 极中的压力传感器测量阴极压力而间接地测量。
作为另一方法,电池堆中的阳极压力可以通过供应给电池堆/从电 池堆排放的空气等的压力来估计。例如,通过空气压缩机供应给电池 堆的空气的供应流速可以由空气流速传感器测量,并且因此,可以估 计阴极压力。此外,如上所述,当停车时间超过预定时间时,阳极压 力达到阴极压力,阳极压力可以通过阴极压力估计。然而,阳极压力 的获取方法不限于上面提到的方法,但是只要阳极压力可以测量或估 计,也可以使用除上面提到的方法以外的各种方法。
在氢气供应目标压差值确定步骤(S130)中,与在起动系统时因 供应给阳极的氢气而在阳极中升高的压力值相对应的氢气供应目标压 差值可以基于所获取的第一压力的强度而确定。特别地,在起动的早 期阶段,鉴于防止燃料电池中的催化剂损坏的耐久性,需要确保阳极 中的氢气浓度以及燃料电池的性能。因此,在系统的起动期间,氢气 可以供应给阳极。氢气供应目标压差值是指在起动时因供应给阳极的 氢气而在阳极中升高的压力。
在氢气供应目标压差值确定步骤(S130)中,氢气供应目标压差 值可以基于所获取的第一压力的强度而确定。话句话说,如上所述, 由于第一压力在起动之前即刻可以具有各种值,因此基于阴极的密封 系统的水平、操作停止时间等,考虑到如上所述第一压力的值,可以 确定将要在阳极中升高的压力程度。
在氢气供应步骤(S150)中,可以供应充足的氢气,以通过调整 连接到阳极的氢气供应阀的开度,升高与氢气供应目标压差值对应的 阳极压力。更具体地,当在氢气供应目标压差值确定步骤(S130)中 确定氢气供应目标压差值时,氢气供应阀可以打开,直到在阳极中升 高的压力达到氢气供应目标压差值。另外,当压力达到氢气供应目标 压差值时,氢气供应阀的开度可以减小,或者氢气供应阀可以关闭。
如上所述,由于当确定氢气供应目标压差值时通过考虑起动之前 即刻的阳极压力,根据本公开内容中的示例性实施方式的燃料电池系 统的控制方法可以反映负压在阳极中的形成和到常压的恢复模式基于 燃料电池的操作状态或操作停止时间或阴极的密封状态和系统的配置 而不同这一事实,因此起动氢气的消耗量可以在起动之前即刻的阳极的压力状态,特别是负压状态下得到最小化。
因此,当在车辆中使用燃料电池时,由于在起动之前由负压引起 的氢气的额外消耗得到最小化,因此实际驱动燃料效率与现有方法相 比可以增大。此外,根据本公开内容,由于可以防止起动氢气的超压, 因此可以保护燃料电池堆并且可以改善燃料电池的操作安全性。
同时,在下文中,氢气供应目标压差值确定步骤(S130)将参照 图2至图4详细描述。在下文中,其中预设参考压力是大气压力的情 况(例如约100kPa(1Bar))将通过示例的方式描述。此外,其中常 压是等于或大于大气压力的压力且负压是小于大气压力的压力的情况 将通过示例的方式描述。然而,应用于本公开内容的参考压力不限于 大气压力,而是可以不同地改变,只要其是用作为能够识别阳极压力 状态的基础的压力即可。
首先,在图2中所示的示例性实施方式中,使用基于第一压力是 否是负压而应用与固定值对应的第一设定压力(Target_ΔP(默认值), 参见图2)或第二设定压力(Target_P,参见图2)的方法。参照图2, 在氢气供应目标压差值确定步骤(S130)中,当第一压力小于预设参 考压力时,与预设目标压差值(Target_ΔP(默认值),参见图2)对应 的第一设定压力可以确定为氢气供应目标压差值。此外,在氢气供应 目标压差值确定步骤(S130)中,当第一压力等于或大于参考压力时, 通过从与阳极的预设目标压力值(Target_P)对应的第二设定压力减去 第一压力而计算的值可以确定为氢气供应目标压差值。
具体地,当在阳极压力获取步骤(S110)中获取的第一压力是负 压时,氢气供应目标压差值可以是第一设定压力。作为预设目标压差 值的第一设定压力可以是固定值。因此,在图2的示例性实施方式中, 当第一压力是负压时,可以一致地施加第一设定压力。例如,当预设 目标压差值是约20kPa,并且起动之前即刻的阳极压力是约80kPa时, 氢气供应目标压差值可以是约20kPa。因此,可以供应充足的氢气以 升高阳极压力约20kPa。
同时,当在阳极压力获取步骤(S110)中获取的第一压力是常压 时,氢气供应目标压差值可以是通过从阳极的第二设定压力(Target_P) 减去第一压力而计算的值。特别地,作为阳极的预设目标压力值的第 二设定压力(Target_P)可以是固定值。因此,当第一压力是常压时, 可以一致地施加第二设定压力。例如,当第二设定压力是约120kPa, 并且起动之前即刻的阳极的内部压力是约105kPa时,氢气供应目标压 差值可以是约15kPa,这是通过从120kPa减去105kPa而计算的值。 因此,可以供应充足的氢气,以升高阳极压力约15kPa。
此外,在图3中所示的另一个示例性实施方式中,固定值可以与 上述示例性实施方式中类似地基于第一压力是否是负压而加以应用, 但是当第一压力小于预设参考压力值时,该另一个示例性实施方式和 上述示例性实施方式之间有差异。参照图3,在氢气供应目标压差值确 定步骤(S130)中,当第一压力小于预设参考压力时,通过从预设参 考值减去第一压力而计算的值可以确定为氢气供应目标压差值。此外, 当第一压力等于或大于参考压力时,通过从与阳极的预设目标压力值 (Target_P)对应的第二设定压力减去第一压力而计算的值可以确定为 氢气供应目标压差值。
具体地,当第一压力小于参考压力时,通过从参考值减去第一压 力而计算的值可以确定为氢气供应目标压差值。更具体地,当在阳极 压力获取步骤(S110)中获取的第一压力是负压时,氢气供应目标压 差值可以确定为通过从大气压力减去第一压力而计算的值,也就是, 在达到大气压力的水平处的压差。
在图4中所示的另一个示例性实施方式中,使用一种基于第一压 力是否是负压以及大气压力与第一压力之间的差值是等于还是大于第 一设定压力(Target_△P(默认值))而可变化地应用氢气供应目标压 差值的方法。参照图4,在氢气供应目标压差值确定步骤(S130)中, 当第一压力小于预设参考压力时,氢气供应目标压差值可以通过比较 第一压力和参考压力之间的差值与和预设目标压差值(Target_△P(默 认值))对应的第一设定压力而确定。
当第一压力小于参考压力并且第一压力和参考压力之间的差值等 于或大于第一设定压力时,氢气供应目标压差值可以确定为通过从参 考压力减去第一压力而计算的值。具体地,当在阳极压力获取步骤 (S110)中获取的第一压力是负压并且通过从大气压力减去第一压力 而计算的值等于或大于第一设定压力(Target_△P(默认值))时,氢 气供应目标压差值可以确定为通过从大气压力减去第一压力而计算的 值,也就是在达到大气压力的水平处的压差。
例如,当第一压力是约60kPa并且第一设定压力是约15kPa时, 由于通过从大气压力减去第一压力而计算的值大于第一设定压力,氢 气供应目标压差值可以是约40kPa。此外,当第一压力小于参考压力 并且第一压力和参考压力之间的差值小于第一设定压力时,氢气供应 目标压差值可以确定为第一设定压力。
当在阳极压力获取步骤(S110)中获取的第一压力是负压,并且 通过从大气压力减去第一压力而计算的值小于第一设定压力时,氢气 供应目标压差值可以确定为第一设定压力,也就是,预设目标压差值。 例如,当第一压力是约90kPa并且第一设定压力是约15kPa时,由于 通过从大气压力减去第一压力而计算的值是约10kPa,小于第一设定 压力,因此氢气供应目标压差值可以是约15kPa,是第一设定压力。
同时,参照图4,在氢气供应目标压差确定步骤(S130)中,当第 一压力等于或大于预设参考压力时,氢气供应目标压差值可以确定为 通过从第一设定压力减去第一压力和参考压力之间的差值而计算的 值。具体地,当第一压力等于或大于大气压力时,氢气供应目标压差 值可以确定为通过从预设目标压差值减去通过从第一压力减去大气压 力而计算的值计算的值。例如,当第一压力是约105kPa并且第一设定 压力是约15kPa时,氢气供应目标压差值可以是通过从15kPa减去5 kPa获得的约10kPa,所述约5kPa是通过从105kPa减去大气压力而 计算的值。
如上所述,在图2中所示的示例性实施方式中,当确定氢气供应 目标压差值时,基于起动系统之前即刻的阳极压力是否是负压而分别 应用固定值,但是在图4中所示的另一个示例性实施方式中,当确定 氢气供应目标压差值时,氢气供应目标压差值可以使用起动之前即刻 的阳极压力而可变地改变。
当在重新起动燃料电池的情况下确定氢气供应目标压差值时,可 以适当地应用在图2至图4中所示的示例性实施方式中的方法,并且 氢气供应目标压差值得到最小化的示例性实施方式中的方法可以在示 例性实施方式中的这两个方法之间应用。因此,在确保阳极的氢气浓 度而不影响燃料电池的耐久性的范围内,可以使氢气的消耗量最小化。
图5是示出基于应用根据本公开内容的燃料电池系统的控制方法 的时间的阳极压力和氢气供应目标压差值的图。在图5的图中,X轴 指示燃料电池的操作停止时间,并且Y轴指示阳极压力。此外,A是 第一压力,B2是氢气供应目标压差值,并且C2是通过供应氢气而升 高的在起动该系统之后的阳极压力。D2是通过基于所确定的B2值供 应氢气而在阳极中升高的压力,等于B2。
参照图5,由于B2基于起动之前即刻的阳极压力A(第一压力) 而确定,因此特别是当起动之前即刻的阳极压力A是负压时可以使氢 气过度供应的问题最小化。换句话说,当压力在起动之前即刻是负压 时,与作为根据现有技术的在阳极中升高的压力的图1的D1相比,阳 极中升高的压力较小。因此,根据本公开内容,由于可以使起动时的 氢气的消耗量最小化,因此可以获得改善实际驱动燃料效率的效果。
同时,根据本公开内容的另一个示例性实施方式的燃料电池系统 可以包括压力获取器、氢气供应器和控制器。该控制器可以配置成操 作压力获取器和氢气供应器。此外,压力获取器可以是一种类型的传 感器。该压力获取器可以配置成获取第一压力,该第一压力是起动之 前即刻的阳极压力。特别地,在压力获取器中获取压力的方法不受限 制。例如,压力传感器可以配置成感测阳极压力,但是获取该压力的 方法不限于此。
氢气供应器可以包括连接到阳极的氢气供应阀,并基于氢气供应 阀的开度升高阳极压力。同时,控制器可以配置成基于在压力获取器 中获取的第一压力的强度确定与在起动系统时因供应给阳极的氢气而 在阳极中升高的压力值相对应的氢气供应目标压差值,并且调整氢气 供应阀的开度以向阳极提供充足的氢气,从而升高与氢气供应目标压差值对应的阳极压力。
特别地,当第一压力小于预设参考压力时,控制器可以配置成将 氢气供应目标压差值确定为与预设目标压差值对应的第一设定压力, 并且当第一压力等于或大于参考压力时,控制器可以配置成将氢气供 应目标压差值确定为通过从与阳极的预设目标压力值对应的第二设定 压力减去第一压力而计算的值(参见图2)。
同时,当第一压力小于预设参考压力时,控制器可以配置成比较 第一压力和参考压力之间的差值与和预设目标压差值对应的第一设定 压力,从而确定氢气供应目标压差值。当第一压力等于或大于预设参 考压力时,控制器可以配置成将氢气供应目标压差值确定为通过从第 一设定压力减去第一压力和参考压力之间的差值而计算的值(参见图 4)。
如上所述,由于通过在确定氢气供应目标压差值时考虑起动之前 即刻的阳极压力,根据本公开内容中的示例性实施方式的燃料电池系 统的控制方法可以反映负压在阳极中的形成和到常压的恢复模式基于 燃料电池的操作状态或操作停止时间或阴极的密封状态和该系统的配 置而不同这一事实,因此可以使在起动之前即刻的阳极的压力状态,特别是负压状态下的起动氢气的消耗量最小化。
因此,当在车辆中使用燃料电池时,由于由在起动之前的负压引 起的氢气的额外消耗得以最小化,因此实际驱动燃料效率与现有技术 中的现有方法相比可以增大。此外,根据本公开内容,由于防止起动 氢气的超压,可以保护燃料电池堆并改善燃料电池的操作安全性。
在上文中,虽然本公开内容已经参照示例性实施方式和附图加以 描述,但是本公开内容不限于此,而是可以由本公开内容相关领域的 技术人员在不背离随附权利要求中加以保护的本公开内容的精神和范 围的情况下不同地修改和改变。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统的控制方法,所述方法包括:
由控制器获取第一压力,所述第一压力对应于起动所述系统之前即刻的阳极压力;
由所述控制器基于所获取的第一压力的强度确定氢气供应目标压差值,所述氢气供应目标压差值对应于在起动期间因供应给所述阳极的氢气而在所述阳极中升高的压力值;以及
由所述控制器调整连接到所述阳极的氢气供应阀的开度,从而供应充足的氢气以升高与所述氢气供应目标压差值对应的阳极压力。
2.根据权利要求1所述的控制方法,其中当所述第一压力小于预设参考压力时,将对应于预设目标压差值的第一设定压力确定为所述氢气供应目标压差值,并且当所述第一压力等于或大于所述参考压力时,将通过从与所述阳极的预设目标压力值对应的第二设定压力减去所述第一压力而计算的值确定为所述氢气供应目标压差值。
3.根据权利要求1所述的控制方法,其中当所述第一压力小于预设参考压力时,将通过从所述预设参考压力减去所述第一压力而计算的值确定为所述氢气供应目标压差值,并且当所述第一压力等于或大于所述参考压力时,将通过从与所述阳极的预设目标压力值对应的第二设定压力减去所述第一压力而计算的值确定为所述氢气供应目标压差值。
4.根据权利要求1所述的控制方法,其中当所述第一压力小于预设参考压力时,通过比较所述第一压力和所述参考压力之间的差值与对应于预设目标压差值的第一设定压力,确定所述氢气供应目标压差值。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其中当所述第一压力小于所述参考压力并且所述第一压力和所述参考压力之间的差值等于或大于所述第一设定压力时,将所述氢气供应目标压差值确定为通过从所述参考压力减去所述第一压力而计算的值。
6.根据权利要求4所述的控制方法,其中当所述第一压力小于所述参考压力并且所述第一压力和所述参考压力之间的差值小于所述第一设定压力时,将所述氢气供应目标压差值确定为所述第一设定压力。
7.根据权利要求4所述的控制方法,其中当所述第一压力等于或大于所述预设参考压力时,将所述氢气供应目标压差值确定为通过从所述第一设定压力减去所述第一压力和所述参考压力之间的差值而计算的值。
8.一种燃料电池系统,所述系统包括:
压力传感器,其配置成获取与起动之前即刻的阳极压力对应的第一压力;
氢气供应器,其包括连接到所述阳极的氢气供应阀并配置成基于所述氢气供应阀的开度升高阳极压力;和
控制器,其配置成基于所获取的第一压力的强度确定与在起动所述系统时因供应给所述阳极的氢气而在所述阳极中升高的压力值对应的氢气供应目标压差值,并调整所述氢气供应阀的开度,从而向所述阳极供应充足的氢气以升高与所述氢气供应目标压差值对应的阳极压力。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统,其中当所述第一压力小于预设参考压力时,所述控制器配置成将所述氢气供应目标压差值确定为与预设目标压差值对应的第一设定压力,并且当所述第一压力等于或大于所述参考压力时,所述控制器配置成将所述氢气供应目标压差值确定为通过从与所述阳极的预设目标压力值对应的第二设定压力减去所述第一压力而计算的值。
10.根据权利要求8所述的燃料电池系统,其中当所述第一压力小于预设参考压力时,所述控制器配置成比较所述第一压力和所述参考压力之间的差值与对应于预设目标压差值的第一设定压力,以确定所述氢气供应目标压差值,并且当所述第一压力等于或大于所述预设参考压力时,所述控制器配置成将所述氢气供应目标压差值确定为通过从所述第一设定压力减去所述第一压力和所述参考压力之间的差值而计算的值。
CN201711248577.4A 2017-10-17 2017-12-01 燃料电池系统及其控制方法 Active CN109671963B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2017-0134761 2017-10-17
KR1020170134761A KR102496644B1 (ko) 2017-10-17 2017-10-17 연료전지 시스템 및 그 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109671963A true CN109671963A (zh) 2019-04-23
CN109671963B CN109671963B (zh) 2022-08-09

Family

ID=65910040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711248577.4A Active CN109671963B (zh) 2017-10-17 2017-12-01 燃料电池系统及其控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10930945B2 (zh)
KR (1) KR102496644B1 (zh)
CN (1) CN109671963B (zh)
DE (1) DE102017221338A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113571744A (zh) * 2021-07-15 2021-10-29 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池系统气体压力控制方法
CN116014192A (zh) * 2022-12-13 2023-04-25 中联重科股份有限公司 氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法、系统及装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114765268B (zh) * 2021-01-15 2023-08-01 宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统的效率优化控制方法

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1572039A (zh) * 2002-05-14 2005-01-26 日产自动车株式会社 燃料电池系统和相关的启动方法
JP2005310435A (ja) * 2004-04-19 2005-11-04 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2007059321A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN1998103A (zh) * 2003-12-25 2007-07-11 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及其控制方法
US20070243437A1 (en) * 2004-05-14 2007-10-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel Cell System
CN101120477A (zh) * 2005-02-25 2008-02-06 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及其运转方法
CN101546839A (zh) * 2008-01-15 2009-09-30 通用汽车环球科技运作公司 利用氢充注燃料电池阳极供应歧管以用于启动的方法
CN101933183A (zh) * 2008-03-26 2010-12-29 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及燃料电池的操作方法
US20110086285A1 (en) * 2008-06-11 2011-04-14 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
CN102163725A (zh) * 2010-02-17 2011-08-24 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于降低燃料电池汽车启动时间的前馈燃料控制算法
JP2011233538A (ja) * 2011-07-19 2011-11-17 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御方法
CN102324536A (zh) * 2011-07-26 2012-01-18 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种车用pemfc压力控制系统
CN102347499A (zh) * 2010-07-27 2012-02-08 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Pem燃料电池系统中的低阳极氢分压的诊断和补救
KR20120045819A (ko) * 2010-11-01 2012-05-09 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 수소 공급 압력 설정 방법
US20140212780A1 (en) * 2013-01-29 2014-07-31 Honda Motor Co., Ltd. Method of starting fuel cell system
CN104409751A (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 同济大学 一种燃料电池阳极压力控制方法及装置
US20160141905A1 (en) * 2014-11-15 2016-05-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power supply system and voltage control method for fuel cell
US20160164124A1 (en) * 2014-12-09 2016-06-09 Hyundai Motor Company Apparatus and method for controlling hydrogen purging
CN106159298A (zh) * 2015-05-11 2016-11-23 现代自动车株式会社 用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置和方法
CN106207229A (zh) * 2014-12-09 2016-12-07 现代自动车株式会社 燃料电池系统的控制方法和系统

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4254213B2 (ja) 2002-11-27 2009-04-15 日産自動車株式会社 燃料電池システム
KR20060123776A (ko) 2004-03-17 2006-12-04 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 연료전지 시스템
JP4665436B2 (ja) 2004-05-19 2011-04-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4687023B2 (ja) 2004-07-06 2011-05-25 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2006079891A (ja) * 2004-09-08 2006-03-23 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR100962384B1 (ko) 2007-12-05 2010-06-10 (주)퓨얼셀 파워 연료전지 시스템 및 그 수소 퍼지 방법
JP5113634B2 (ja) 2008-06-06 2013-01-09 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
EP2360631A1 (en) * 2010-01-19 2011-08-24 Pocket Kings, Limited Player-entry assignment and ordering
JP5665628B2 (ja) 2011-03-31 2015-02-04 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの起動制御方法
KR101459815B1 (ko) 2011-11-30 2014-11-12 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 수소농도 제어 장치 및 방법
KR20150078793A (ko) * 2013-12-31 2015-07-08 현대자동차주식회사 연료전지 애노드 캐소드 간의 압력차 조절 방법 및 압력차 조절 장치
KR101637478B1 (ko) 2014-07-30 2016-07-08 서울대학교산학협력단 연료전지 시스템 및 그의 제어방법
KR101646417B1 (ko) 2014-12-24 2016-08-08 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 및 그 제어 방법

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1572039A (zh) * 2002-05-14 2005-01-26 日产自动车株式会社 燃料电池系统和相关的启动方法
CN1998103A (zh) * 2003-12-25 2007-07-11 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及其控制方法
JP2005310435A (ja) * 2004-04-19 2005-11-04 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
US20070243437A1 (en) * 2004-05-14 2007-10-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel Cell System
CN101120477A (zh) * 2005-02-25 2008-02-06 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及其运转方法
JP2007059321A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN101546839A (zh) * 2008-01-15 2009-09-30 通用汽车环球科技运作公司 利用氢充注燃料电池阳极供应歧管以用于启动的方法
CN101933183A (zh) * 2008-03-26 2010-12-29 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及燃料电池的操作方法
US20110086285A1 (en) * 2008-06-11 2011-04-14 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
CN102163725A (zh) * 2010-02-17 2011-08-24 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于降低燃料电池汽车启动时间的前馈燃料控制算法
CN102347499A (zh) * 2010-07-27 2012-02-08 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Pem燃料电池系统中的低阳极氢分压的诊断和补救
KR20120045819A (ko) * 2010-11-01 2012-05-09 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 수소 공급 압력 설정 방법
JP2011233538A (ja) * 2011-07-19 2011-11-17 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御方法
CN102324536A (zh) * 2011-07-26 2012-01-18 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种车用pemfc压力控制系统
US20140212780A1 (en) * 2013-01-29 2014-07-31 Honda Motor Co., Ltd. Method of starting fuel cell system
CN104409751A (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 同济大学 一种燃料电池阳极压力控制方法及装置
US20160141905A1 (en) * 2014-11-15 2016-05-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power supply system and voltage control method for fuel cell
US20160164124A1 (en) * 2014-12-09 2016-06-09 Hyundai Motor Company Apparatus and method for controlling hydrogen purging
CN106207229A (zh) * 2014-12-09 2016-12-07 现代自动车株式会社 燃料电池系统的控制方法和系统
CN106159298A (zh) * 2015-05-11 2016-11-23 现代自动车株式会社 用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置和方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113571744A (zh) * 2021-07-15 2021-10-29 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池系统气体压力控制方法
CN113571744B (zh) * 2021-07-15 2022-05-24 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池系统气体压力控制方法
CN116014192A (zh) * 2022-12-13 2023-04-25 中联重科股份有限公司 氢燃料电池系统中空气和氢气压力控制方法、系统及装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10930945B2 (en) 2021-02-23
DE102017221338A1 (de) 2019-04-18
CN109671963B (zh) 2022-08-09
US20190115603A1 (en) 2019-04-18
KR102496644B1 (ko) 2023-02-07
KR20190043003A (ko) 2019-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109671963A (zh) 燃料电池系统及其控制方法
US10090540B2 (en) Method for controlling startup of fuel cell vehicle
CN105702982B (zh) 用于在燃料电池交通工具操作期间确定阳极完整性的方法
US10209158B2 (en) Apparatus and method for detecting leakage in hydrogen tank of hydrogen fuel cell vehicle
US20150295255A1 (en) Purge control system and method for fuel cell
CN110654360B (zh) 电子真空泵控制方法、装置、系统及机器可读存储介质
CN103837833B (zh) 通过测量阻抗测量电池状态的方法及其电池管理装置
CN107640032B (zh) 用于燃料电池车辆的再起动系统、控制器和再起动方法
CN106207229B (zh) 燃料电池系统的控制方法和系统
CA2909863A1 (en) A fuel cell system and a method of detecting a hydrogen gas leak
CN109768303B (zh) 燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法
CN110588619B (zh) 一种高原环境下电动汽车真空泵的控制方法
US20170001534A1 (en) Device and method for controlling battery charge and discharge quantity in eco-friendly vehicle
US20160053946A1 (en) Apparatus and method for generating air pressure in eco-friendly vehicle
CN113635883B (zh) 一种电动汽车真空助力系统的环境压力检测系统及方法
US20150086889A1 (en) Method for recovering performance of fuel-cell stack
US10622648B2 (en) Constant voltage control method and system of fuel cell vehicle
CN106515487B (zh) 电动车辆、能源管理器及其停机控制系统与方法
CN106224220B (zh) 一种电动空压机自适应停机控制方法及装置
CN111880441B (zh) 一种车载供氢系统的控制器及控制方法
CA3019705C (en) Fuel cell system and control method of the same
CN111959480A (zh) 一种控制电动真空泵的方法
CN114750738B (zh) 一种制动系统真空泵控制方法、装置及车辆制动系统
CA2911227C (en) Fuel cell system and method to control oxidant gas supply to converge to a target flow-amount value
JP2020140918A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant