CN111313058A - 燃料电池系统的氢供应控制方法和系统 - Google Patents

燃料电池系统的氢供应控制方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111313058A
CN111313058A CN201910397553.8A CN201910397553A CN111313058A CN 111313058 A CN111313058 A CN 111313058A CN 201910397553 A CN201910397553 A CN 201910397553A CN 111313058 A CN111313058 A CN 111313058A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
anode
pressure
hydrogen supply
amount
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.)
Pending
Application number
CN201910397553.8A
Other languages
English (en)
Inventor
裴昊骏
潘炫锡
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 CN111313058A publication Critical patent/CN111313058A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统的氢供应控制方法和系统，该燃料电池系统包括氢供应阀、氢喷射装置、被配置成打开和关闭氢供应阀的控制器、以及被配置成测量氢供应阀的后端与氢喷射装置的前端之间的压力的压力传感器，该氢供应控制方法包括：通过控制器将在氢供应阀处于阻断状态下的压力传感器的测量值，确定为阳极的估算压力值；基于燃料电池系统的要求输出，确定阳极的目标压力；基于阳极的目标压力与阳极的估算压力值之间的差值，计算需要供给阳极的氢的量；基于计算的所需氢的量，调节氢供应阀的开度；以及基于压力传感器的测量值和氢供应阀打开后经过的时间重新计算阳极的估算压力值，以更新阳极的估算压力值。

Description

燃料电池系统的氢供应控制方法和系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统的氢供应控制方法和系统，更具体涉及一种控制提供至燃料电池车辆阳极的氢的量的方法。
背景技术
作为燃料电池系统的主要部件的燃料电池堆，是通过空气中的氧与从外部供应的氢之间的化学反应产生电能的发电装置。这种燃料电池系统可以使用在工业和家庭中，特别是可以用作为驱动车辆而供电的电源。
应用于燃料电池车辆的燃料电池系统包括：燃料电池堆，其通过反应气体(例如，氢作为燃料，氧作为氧化剂)之间的电化学反应产生电能；向燃料电池堆供应氢作为燃料的氢供应装置；向燃料电池堆供给包含氧的空气的空气供应装置；水热管理系统，其调节燃料电池堆的运行温度并执行水管理功能；以及执行燃料电池系统整体运行的燃料电池控制器。
在一般的燃料电池系统中，氢供应装置包括：氢存储单元(例如，氢罐)，调节器，氢压力控制阀，氢再循环装置等；空气供应装置包括：鼓风机，加湿器等；水热管理系统包括：冷却水泵，水箱，散热器等。同时，在燃料电池系统的电池堆中，由氢和氧之间的反应而产生水。当产生的水积聚在电池堆中时，燃料电池系统的性能可能会因电池堆中残存的水而劣化。为了防止燃料电池堆的性能劣化，提供冷凝水储存器以及用于去除冷凝水的排放阀。
另外，在电池堆中，阴极中的氮通过电解质膜穿过阳极，从而降低阳极中的氢浓度。因此，为了保持阳极中的氢浓度，被称为放气阀的排气阀安装在燃料再循环管线侧，并且阳极的气体通过排气阀周期性地排出。当在燃料电池系统中供应氢时，通过阳极的压力控制来调节氢的供应量。因此，为了控制压力，阳极需要压力传感器。
氢供应装置包括诸如注射器(injector)或喷射器(ejector)等的装置，以向燃料电池堆供应氢。当使用注射器时，可以在注射器的后端配置具有与电池堆相同的压力且具有低湿度的空间，可以在该空间中安装压力传感器以测量阳极的压力。同时，与注射器不同，在包含喷射器的氢供应装置中，再循环的氢被引入喷射器中并被供应到电池堆，因此与电池堆具有相同压力的所有部分暴露于具有高湿度的气体中。在潮湿环境中使用的压力传感器，具有能够承受阳极的潮湿环境的复杂结构，因此增加了压力传感器的制造成本。
发明内容
由于阳极处于潮湿环境中，因此在燃料电池系统停止运行时外部温度低时，会发生水冷凝/冷冻。在使用一般传感器时，压力传感器的测量值可能会受到不利影响，并且在严重情况下测量单元可能会被损坏，从而在燃料电池系统运行时产生氢供应的问题。因此，本发明提供一种无需在阳极上另外安装压力传感器的情况下即能够有效地执行氢供应控制的技术。
为了实现上述目的，本发明提供一种测量具有较低湿度的供应管线的前段的压力的方法，并且优选地，测量喷射器前端的压力，而无需阳极的压力传感器，利用测量的压力调节氢供应量，并更准确地估算阳极的压力。
一个方面，一种燃料电池系统的氢供应控制方法，该燃料电池系统包括氢供应阀、氢喷射装置、被配置成打开和关闭氢供应阀的控制器、以及被配置成测量氢供应阀的后端与氢喷射装置的前端之间的压力的压力传感器，该氢供应控制方法包括以下步骤：将在氢供应阀处于阻断状态下的压力传感器的测量值，确定为阳极的估算压力值；基于燃料电池系统的要求输出，确定阳极的目标压力；基于阳极的目标压力与阳极的估算压力值之间的差值，计算需要供给阳极的氢的量；基于计算的所需氢的量，调节氢供应阀的开度；以及基于压力传感器的测量值和氢供应阀打开后经过的时间重新计算阳极的估算压力值，以更新阳极的估算压力值。
在示例性实施方式中，当燃料电池系统正在运行时，重复执行确定阳极的目标压力至更新阳极的估算压力值的步骤。关于基于氢供应装置的后端与氢喷射装置的前端之间的压力得到的供应到阳极的氢的量的数据存储在控制器中。调节氢供应阀的开度的步骤包括：基于该数据调节氢供应阀的开度，以调节氢喷射装置前端的压力，使得与计算的所需氢的量相对应的压力值跟随压力传感器的测量值。
氢供应控制方法还可包括以下步骤：当在关闭氢供应阀的状态下经过了预定时间时，将压力传感器的测量值与阳极的估算压力值进行比较；以及基于压力传感器的测量值与阳极的估算压力值之间的差值来更新数据。
附图说明
现在参考在附图中示出的某些示例性的实施方式来详细描述本发明的上述和其它特征，仅仅以示例性的方式给出下文中的附图，因此其不构成对本发明的限制，并且其中：
图1是根据本发明示例性实施方式的燃料电池系统的氢供应系统的示意图；
图2是示出喷射器的喷嘴的前端和后端的压力状态的概念图，以示出根据本发明示例性实施方式的喷射器的喷嘴的前端的压力与阳极的压力之间的关系；
图3是示出根据本发明的示例性实施方式的喷射器的喷嘴的前端压力与氢的供应量之间关系的示意图；
图4是根据本发明示例性实施方式的基于氢供应阀的开度的每个位置的压力变化的视图；
图5是根据本发明示例性实施方式的燃料电池系统的氢供应控制方法的流程图；以及
图6是根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池系统的氢供应控制方法的流程图。
应当理解的是，附图不必按比例绘制，而是呈现出说明本发明基本原理的各种优选特征的简化表示。本文中所公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，这些特征将部分地由预期的特定应用和使用环境来确定。在附图中，在全部的几张图中，附图标记始终指代本发明的相同或等同部件。
具体实施方式
应当理解，这里使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)的乘用车、公共汽车、卡车，各种商用车辆、包括各种船舶的水运工具、飞机等，还包括混合动力汽车、电动汽车、插电式混合动力汽车、氢动力汽车和其他替代燃料(例如来自石油资源以外的燃料)汽车。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两个或更多动力源的车辆，例如具有汽油动力和电动力的车辆。
尽管示例性实施方式使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或多个模块执行。另外，应理解，术语“控制器/控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储所述模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块以完成下面进一步描述的一个或多个过程。
这里使用的术语仅是为了描述特定实施方式，而不是对本发明进行限制。这里所使用的单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解的是，在本说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”表示存在所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素，组件和/或它们的组合。这里所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有的组合。
除非特别说明或从上下文中显而易见，否则本文所用的术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在所述值的10％，9％，8％，7％，6％，5％，4％，3％，2％，1％，0.5％，0.1％，0.05％或0.01％之内。除非上下文另有说明，否则本文提供的所有数值均由术语“约”修饰。
燃料电池系统通过提供给阳极的氢和提供给阴极的空气中的氧之间的电化学反应来产生电。此时，重要的是根据操作者的要求输出调节供应到阳极的氢的量。
图1是燃料电池系统的氢供应系统的示意图。图1示出了燃料电池系统，其中喷射器30安装在作为氢喷射装置的氢供应阀10的后端。喷射器30被配置成将氢供应到燃料电池的阳极侧。在下文中，尽管在本说明书中将喷射器30用作氢喷射装置，但这仅是一个示例，还可应用另一种氢喷射装置来代替喷射器30。
同时，从阳极排出的气体可以通过放气阀50排放到外部，并且一些气体可以再循环到喷射器30并重新供应到阳极。另外，阳极的冷凝水可以存储在储存器60中，并基于储存器60的水位通过排放阀70排放到外部。
在包含氢供应阀10和喷射器30的系统中，基本上可以通过阳极的压力控制来调节氢的供应量。可以基于燃料电池堆40的输出，确定阳极的目标压力，并且可以直接测量阳极的压力，因此，可以基于目标压力与测量的压力之间的差值来调节氢的供应量。
例如，当测量的压力小于目标压力时，可以增加氢供应阀10的开度以供应氢，从而将测量的压力增加到目标压力。相反地，当测量的压力大于目标压力时，可以减小氢供应阀10的开度以减少或停止氢的供应，从而将测量的压力降低到目标压力。然而，如上所述，当压力传感器安装在喷射器30的后端以直接测量阳极的压力时，虽然可以精确地调节氢供应量，但是压力传感器会暴露于潮湿环境中。
在本发明的示例性实施方式中，在喷射器30的后端未安装被配置成直接测量阳极的压力的压力传感器。如图1所示，压力传感器20可以安装在喷射器30的前端和氢供应阀10的后端。可以利用压力传感器20测量的压力值来确定氢的供应量，并且可以基于所确定的氢供应量来调节氢供应阀20的开度。
图1主要示出了燃料电池系统中的氢供应系统。具体地，存储在压力容器(未示出)中的高压氢气，可以基于氢供应阀10是否打开而通过喷射器30供应到阳极侧。
根据本示例性实施方式，压力传感器20可以安装在氢供应阀10和喷射器30之间，并且由压力传感器20测量的压力值可以用作确定氢供应量的参数。另外，尽管未示出，图1的燃料电池系统可以包括被配置成打开和关闭氢供应阀10的控制器。控制器可被配置成通过调节氢供应阀10的开度，来确定提供到阳极的氢供应量。控制器还可被配置成基于系统的要求输出，来确定阳极的目标压力，并估算阳极的当前压力以确定提供给阳极的氢供应量。
如图1所示，由压力传感器20测量的压力值可以是氢供应阀10和喷射器30之间的压力P2，并且喷射器30的后端的压力可以等于阳极的压力。阳极的压力可以用P3表示。同时，当氢供应阀10打开时，由压力传感器20测量的压力值P2不同于阳极的压力值P3。然而，当氢供应阀10关闭时，由压力传感器20测量的压力值P等于阳极的压力值。
将参考图2更详细地描述阳极的压力P3与喷射器30的喷嘴的前端上的压力传感器20的测量值P2之间的关系。通常，当氢供应阀10打开时，储存在压力容器中的高压氢气可被供应到喷射器30侧，并且氢气可以通过喷射器30的喷嘴喷射到阳极。特别地，与喷射器30的喷嘴的前端的压力P2相比，阳极的压力P3可减小。
相反地，图2示出了氢供应阀10关闭的状态。如图2所示，当氢供应阀中的柱塞向下移动时，氢供应阀10可以关闭，并停止供氢。特别地，氢供应阀10的后端和喷射器30的喷嘴的前端的压力P2，小于氢供应阀10的前端的压力P1。同时，当氢供应阀10关闭过去预定时间时，氢供应阀10的后端和喷射器30的喷嘴的前端的压力P2，变得等于喷射器30的喷嘴的后端的压力，即阳极的压力P3。
在本发明的示例性实施方式中，由于当氢供应阀10关闭时，喷射器30的喷嘴的前端的压力和喷射器30的喷嘴的后端的压力变得相等，因此可以根据由压力传感器20测量的喷射器30的喷嘴的前端的压力P2，估算阳极的压力P3，并确定氢的供应量。具体地，在本发明中，提出了一种测量氢供应阀10的后端与喷射器30的喷嘴的前端之间的压力P2而非直接测量阳极的压力以调节氢的供应量的方法。
在本发明的示例性实施方式中，根据燃料电池系统的所需输出选择阳极的目标压力的方法，可以与在传统系统中选择阳极的目标压力的方法相同。在本发明中，可以测量氢供应阀10的后端与喷射器30的喷嘴的前端之间的压力P2，并且可以从测量的压力值P2估算阳极的当前压力值P3。另外，在本发明的示例性实施方式中，可以基于估算的阳极压力值，计算达到阳极的目标压力所需的氢的量，然后可以基于所需的氢的量来调节氢供应阀10的开度。因此，可以使用经估算的阳极压力来调节喷射器30的前端的压力和氢的供应量。
如图3所示，由喷射器供应的氢的流量可以由喷射器的喷嘴的前端的压力P2确定。由喷射器供应的氢的流量，可以与喷射器的喷嘴的前端的压力P2以恒定的斜率成比例。换句话说，如图3所示，氢供应装置后端和氢喷射装置的前端即喷射器的前端的压力P2，与提供的氢的流量m'以恒定的斜率成比例，并且可以用“Y＝aX”表示，其中a是常数，X是氢供应装置的前端与氢喷射装置(喷射器)的前端之间的压力，Y是供应至阳极的氢的量。
图4是根据氢供应阀的开度的每个位置的压力变化的视图。如图4所示，随着氢供应阀开度的改变，氢供应阀的后端与喷射器的喷嘴的前端之间的压力P2和阳极的当前压力P3可增大或减小。
在本发明的示例性实施方式中，基于喷射器的喷嘴的前端的压力P2与氢供应量之间的线性关系的氢供应量的映射数据，可以存储在燃料电池系统中。该映射数据可以存储在燃料电池系统的控制器中。
在下文中，将参考图5和图6的流程图详细描述根据本发明示例性实施方式的燃料电池系统的氢供应控制方法。在本发明的示例性实施方式中，提出燃料电池系统的氢供应控制方法，该燃料电池系统包括氢供应阀、氢喷射装置、被配置成打开和关闭氢供应阀的控制器、以及被配置为测量氢供应阀的后端与氢喷射装置的前端之间的压力的压力传感器。
特别地，在本发明的示例性实施方式中，如图5所示，控制器可被配置为在氢供应阀处于阻断状态下(例如，在阀关闭时)将压力传感器的测量值确定为估算的压力值(S501)。在步骤S501中，如图2所示，当喷射器的喷嘴前端的压力和喷射器的喷嘴后端的压力因阻断关闭氢供给阀而变得相等时，喷射器前端的压力传感器的测量值可被确定为阳极的估算压力值。
此后，控制器可以被配置为，基于燃料电池系统的要求输出确定阳极的目标压力(S502)。在该步骤中，可确定燃料电池堆40能够产生操作者所需输出的阳极的目标压力，该目标压力通常用于控制燃料电池系统，因此将省略对其的详细描述。
当确定阳极的目标压力时，控制器可以被配置为根据阳极的目标压力与阳极的估算压力值之间的差值，计算需要提供给阳极的氢的量(S503)。在该步骤S503中，可以根据阳极的目标压力和阳极的估算压力之间的差值，来计算达到目标压力所必需的氢的量。可以使用理想气体状态方程计算所需的氢的量。换句话说，由于控制器被配置为检测阳极体积有关的信息和阳极温度有关的信息，因此当能够确认阳极的目标压力和阳极的估算压力之间的差值时，就可以计算达到阳极目标压力值所必需的氢的量。
当计算所需的氢量时，控制器可被配置成基于计算出的所需氢的量来调节氢供应阀的开度(S504)。在步骤S504中，可以调节氢供应阀的开度，从而调节喷射器前端的压力。因此，可以基于喷射器前端的压力P2与氢的供应量之间的关系，来调节氢的供应量。
例如，有关基于氢供应装置的后端和氢喷射装置的前端之间的压力得到的供应到阳极的氢的量的数据，可以存储在控制器中。在步骤S504中，可以基于该数据来调节氢供应阀的开度，因此，与计算的所需氢的量相对应的压力值，可以对应于压力传感器的测量值。因此，控制器可被配置为基于计算的所需氢的量，来调节氢供应阀的开度，从而调节氢喷射装置(例如，喷射器)的前端的压力。
同时，由于通过喷射器供应的氢的量可以由喷射器前端的压力P2确定，如图3所示，因此可以通过测量喷射器前端的压力P2来计算供应给阳极的氢的量。具体地，喷射器前端的压力是压力传感器的测量压力值，因此，可以基于在氢供应阀打开时的测量压力值，将氢供应到阳极。因此，在氢供应阀打开之后经过的时间过程中，可以通过基于测量的压力值估算氢的供应量来计算氢的供应量(S505)。
换句话说，在步骤S505中，可以基于压力传感器的测量压力值P2重新计算阳极的估算压力值，从而更新阳极的估算压力值(S505)。特别地，在更新阳极的估算压力值的步骤S505中，可以根据压力传感器的测量值和经过的时间，来计算实际供应到阳极的氢的量，并且可以根据在步骤S503中预先计算的所需氢的量与在步骤S505中计算出的实际供应的氢的量之间的差值，计算阳极的估算压力值。可以通过如步骤S502中使用的理想气体状态方程来计算估算压力值，并且可以通过估算的阳极压力值来更新估算的阳极的压力值。
可以在燃料电池系统的运行期间重复执行包括步骤S502至S505在内的估算阳极压力的过程。因此，在更新阳极的估算压力值的步骤S505之后，可以检测燃料电池系统是否正在运行。当燃料电池系统正在运行时，可以重复执行包括确定阳极的目标压力的步骤S502至更新阳极的估算压力值的步骤S505在内的一系列步骤。
另外，控制器可被配置为获得有关穿过阳极的氢的量和在阳极中消耗的氢的量的信息，穿过阳极的氢的量和在阳极中消耗的氢的量的信息可用于更准确地估算阳极的压力。换句话说，由于实际供应到阳极的氢的量，可以通过从实际供应的氢的量中减去穿过阳极的氢的量和阳极中消耗的氢的量来获得，(实际供应的氢的量-穿过阳极的氢的量-燃料电池堆中消耗的氢的量)可用作实际供应给阳极的氢的量，从而计算和更新阳极的估算压力值。
同时，图6是根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池系统的氢供应控制方法的流程图。除了在关闭氢供应阀预定时间或更长时间时，如在车辆停止的情况下，执行更新关于喷射器前端的压力和氢供应量的数据的步骤之外，图6的实施例与图5的实施例相同。
因此，即使在图6的实施例中，也包括以下步骤：步骤S601，在氢供应阀处于阻断状态下将压力传感器的测量值确定为估算压力值；步骤S602，基于燃料电池系统的要求输出确定阳极的目标压力；步骤S606，基于阳极的目标压力与阳极的估算压力值之差，计算需要供应至阳极的氢的量；步骤S607，基于计算出的所需氢的量调节氢供应阀的开度；以及步骤S608，通过基于压力传感器的测量值和打开氢供应阀之后经过的时间，重新计算阳极的估算压力值，来更新阳极的估算压力值。
相反地，根据本示例性实施方式，可以执行步骤S603，即在氢供应阀关闭时检测是否已经经过预定时间。当氢供应阀关闭预定时间或更长时间时，喷射器前端的压力P2变得等于阳极的压力P3。因此，当使用由压力传感器测量的喷射器的前端的压力值时，可以更准确地估算在相应的时间点的阳极的压力。
同时，由于存在喷嘴尺寸误差、控制速度误差等，因此在运行期间阳极的估算压力值的误差会持续累积。因此，在本示例性实施方式中，当喷射器的前端的压力和喷射器的后端的压力变得相等时，如在车辆停止的情况下，由压力传感器测量的压力值与阳极的估算压力值可以进行比较(S604)，并且可以基于压力传感器测量的压力值与阳极的估算压力值之间的差值来更新数据(S605)。例如，当在燃料电池系统的运行期间不需要输出时，就无需供应氢，因此可以关闭氢供应阀。当在关闭氢供应阀之后经过特定时间时，通过使用喷射器的喷嘴前端的测量压力值来替换阳极的估算压力值，可以消除在运行期间产生的计算误差。
如上所述，有关喷射器的前端压力的数据和有关氢的供应量的数据可被定义为线性关系，因此可以使用以下等式来确定更新的数据，该等式使用压力传感器的测量值相对阳极的估算压力值的比值作为系数。
公式1：
Y＝aX*(Pm/Pe)
其中，a表示常数，X表示氢供给装置后端与氢喷射装置前端之间的压力，Y表示供给阳极的氢的量，Pm表示压力传感器的测量值，Pe表示阳极的估算压力值。
通过上述燃料电池系统的氢供应控制方法，即使省略用于测量阳极的内部压力的单独压力传感器时，也可以基于安装在氢供应阀的后端与氢喷射装置的前端之间的压力传感器的测量压力值，精确地调节氢的供应量。
在根据本发明的燃料电池系统的氢供应控制方法中，即使省去了安装在阳极潮湿环境中的压力传感器，由于仍可以精确地调节氢的供应量，因此可以提高压力传感器的耐久性，并且可以省去用于潮湿环境中的特殊压力传感器。根据本发明，通过周期性地更新压力传感器的映射数据，可以改善并持续地保持压力传感器的精度。
上面已经参考本发明的示例性实施方式详细描述了本发明。然而，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，本发明还可以通过例如组成元件的添加、改变或省略而以各种修改和变更的形式来实现，并且这些修改和变更都在本发明的范围之内。

Claims (11)

1.一种燃料电池系统的氢供应控制方法，所述燃料电池系统包括氢供应阀、氢喷射装置、被配置成打开和关闭氢供应阀的控制器、以及被配置成测量氢供应阀的后端与氢喷射装置的前端之间的压力的压力传感器，所述氢供应控制方法包括以下步骤：
通过控制器将在氢供应阀处于阻断状态下的压力传感器的测量值，确定为阳极的估算压力值；
通过控制器基于燃料电池系统的要求输出，确定阳极的目标压力；
通过控制器基于阳极的目标压力与阳极的估算压力值之间的差值，计算需要供给阳极的氢的量；
通过控制器基于计算的所需氢的量，调节氢供应阀的开度；以及
通过控制器基于压力传感器的测量值和氢供应阀打开后经过的时间重新计算阳极的估算压力值，以更新阳极的估算压力值。
2.如权利要求1所述的氢供应控制方法，还包括以下步骤：
在更新阳极的估算压力值之后，通过控制器检测燃料电池系统是否正在运行。
3.如权利要求2所述的氢供应控制方法，其中，当燃料电池系统正在运行时，重复执行确定阳极的目标压力至更新阳极的估算压力值的步骤。
4.如权利要求1所述的氢供应控制方法，其中，所述更新阳极的估算压力值的步骤包括：
通过控制器基于压力传感器的测量值和经过时间，计算实际供应到阳极的氢的量；
通过控制器基于计算的所需氢的量与实际供应的氢的量之间的差值，计算阳极的估算压力值；以及
通过控制器更新阳极的估算压力值。
5.如权利要求1所述的氢供应控制方法，其中，关于基于氢供应装置的后端与氢喷射装置的前端之间的压力得到的供应到阳极的氢的量的数据存储在控制器中，其中，所述调节氢供应阀的开度的步骤包括：
通过控制器基于所述数据调节氢供应阀的开度，以调节氢喷射装置前端的压力，使得与计算的所需氢的量相对应的压力值，对应于压力传感器的测量值。
6.如权利要求5所述的氢供应控制方法，其中氢供应装置的后端和氢喷射装置的前端之间的压力与供应到阳极的氢的量呈线性关系地存储在控制器中。
7.如权利要求1所述的氢供应控制方法，其中所述氢喷射装置是喷射器，并且其中所述压力传感器被配置成测量所述喷射器的喷嘴的前端的压力。
8.如权利要求4所述的氢供应控制方法，还包括以下步骤：
通过控制器获得与穿过阳极的氢的量和阳极中消耗的氢的量有关的信息；以及
通过控制器，通过将氢的实际供应量减去穿过阳极的氢的量再减去电池堆中消耗的氢的量得到的值，用作实际供应到阳极的氢的量，计算阳极的估算压力值来更新阳极的估算压力值。
9.如权利要求5所述的氢供应控制方法，还包括以下步骤：
当在关闭氢供应阀的状态下经过了预定时间时，通过控制器将压力传感器的测量值与阳极的估算压力值进行比较；以及
控制器基于压力传感器的测量值与阳极的估算压力值之间的差值来更新数据。
10.如权利要求9所述的氢供应控制方法，
其中存储在控制器中的数据，在氢供应装置的后端和氢喷射装置的前端之间的压力与供应到阳极的氢的量之间具有线性关系，并且
其中所述数据根据以下等式更新：
Y＝aX*(Pm/Pe)
其中，a表示常数，X表示氢供应装置后端与氢喷射装置前端之间的压力，Y表示供应到阳极的氢的量，Pm表示压力传感器的测量值，Pe表示阳极的估算压力值。
11.一种氢供应控制系统，包括：
氢供应阀；
氢喷射装置；
控制器，配置为打开和关闭氢供应阀；以及
压力传感器，被配置为测量所述氢供应阀的后端与所述氢喷射装置的前端之间的压力，
其中所述控制器被配置成：
将所述氢供应阀处于阻断状态下的压力传感器的测量值确定为阳极的估算压力值；
根据燃料电池系统的要求输出，确定阳极的目标压力；
基于阳极的目标压力与阳极的估算压力值之间的差值，计算供给阳极所需的氢的量；
根据计算出的所需氢的量，调节所述氢供应阀的开度；和
基于从所述压力传感器的测量值和所述氢供应阀打开后经过的时间重新计算阳极的估算压力值，更新阳极的估算压力值。
CN201910397553.8A 2018-12-11 2019-05-14 燃料电池系统的氢供应控制方法和系统 Pending CN111313058A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0158783 2018-12-11
KR1020180158783A KR20200071255A (ko) 2018-12-11 2018-12-11 연료전지 시스템의 수소 공급 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111313058A true CN111313058A (zh) 2020-06-19

Family

ID=70859541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910397553.8A Pending CN111313058A (zh) 2018-12-11 2019-05-14 燃料电池系统的氢供应控制方法和系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11552316B2 (zh)
KR (1) KR20200071255A (zh)
CN (1) CN111313058A (zh)
DE (1) DE102019206947A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113540537A (zh) * 2021-07-13 2021-10-22 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池阳极压力变频喷射控制方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114161935B (zh) * 2021-12-27 2023-12-15 潍柴动力股份有限公司 一种电磁阀异常的判断方法及装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030180599A1 (en) * 2001-11-16 2003-09-25 Tetsuya Kamihara Fuel cell power plant
US20050118475A1 (en) * 2003-11-28 2005-06-02 Honda Motor Co., Ltd. Reaction gas supply apparatus and method for fuel cell
US20100248061A1 (en) * 2007-11-16 2010-09-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
CN102237536A (zh) * 2010-05-06 2011-11-09 通用汽车环球科技运作有限责任公司 控制燃料电池系统中的燃料输送喷射器的适应性方法
US20120141891A1 (en) * 2010-12-03 2012-06-07 Hyundai Motor Company Fuel control system and method for fuel cell system
KR20150078793A (ko) * 2013-12-31 2015-07-08 현대자동차주식회사 연료전지 애노드 캐소드 간의 압력차 조절 방법 및 압력차 조절 장치
WO2016027335A1 (ja) * 2014-08-20 2016-02-25 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
US20160355101A1 (en) * 2015-06-03 2016-12-08 Hyundai Motor Company Method for calculating hydrogen consumption amount of fuel cell vehicle
CN106992310A (zh) * 2015-09-25 2017-07-28 福特全球技术公司 燃料电池堆端口的相对湿度估计器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100151287A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-17 Gm Global Technology Operations, Inc Adaptive anode bleed strategy
JP5293830B2 (ja) * 2009-10-07 2013-09-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、燃料電池システムの停止方法
KR101219346B1 (ko) * 2011-06-09 2013-01-09 현대자동차주식회사 연료전지 시스템용 수소연료 공급 조절 장치 및 그 제어 방법
CA2867091A1 (en) * 2012-03-13 2013-09-19 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method of fuel cell system
KR102283333B1 (ko) 2014-11-18 2021-07-29 현대모비스 주식회사 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치 및 방법
KR101795244B1 (ko) * 2016-04-19 2017-11-07 현대자동차주식회사 연료전지시스템의 수소소모량 측정 방법

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030180599A1 (en) * 2001-11-16 2003-09-25 Tetsuya Kamihara Fuel cell power plant
US20050118475A1 (en) * 2003-11-28 2005-06-02 Honda Motor Co., Ltd. Reaction gas supply apparatus and method for fuel cell
US20100248061A1 (en) * 2007-11-16 2010-09-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
CN102237536A (zh) * 2010-05-06 2011-11-09 通用汽车环球科技运作有限责任公司 控制燃料电池系统中的燃料输送喷射器的适应性方法
US20120141891A1 (en) * 2010-12-03 2012-06-07 Hyundai Motor Company Fuel control system and method for fuel cell system
KR20150078793A (ko) * 2013-12-31 2015-07-08 현대자동차주식회사 연료전지 애노드 캐소드 간의 압력차 조절 방법 및 압력차 조절 장치
WO2016027335A1 (ja) * 2014-08-20 2016-02-25 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
US20160355101A1 (en) * 2015-06-03 2016-12-08 Hyundai Motor Company Method for calculating hydrogen consumption amount of fuel cell vehicle
CN106992310A (zh) * 2015-09-25 2017-07-28 福特全球技术公司 燃料电池堆端口的相对湿度估计器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113540537A (zh) * 2021-07-13 2021-10-22 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池阳极压力变频喷射控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019206947A1 (de) 2020-06-18
US20200185743A1 (en) 2020-06-11
KR20200071255A (ko) 2020-06-19
US11552316B2 (en) 2023-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10811709B2 (en) Method of controlling purge of fuel cell system for vehicle
US10749192B2 (en) Hydrogen consumption measuring method for fuel cell system
EP1726057B1 (en) Fuel cell system and control method of same
US8486577B2 (en) Fuel cell system
CN110277577B (zh) 燃料电池的氢气浓度的控制方法和控制系统
US20090081492A1 (en) Fuel Cell System, Moving Object Equipped With Fuel Cell System, and Abnormality Judgement Method For Fuel Cell System
US7736814B2 (en) Fuel-cell system and method of estimating nitrogen concentration on fuel electrode of fuel cell
KR20200042568A (ko) 연료전지의 수소 공급 이상 진단시스템 및 진단방법
US20130164644A1 (en) System and method for controlling pressure oscillation in anode of fuel cell stack
US20160126573A1 (en) Method for diagnosing current sensor of fuel cell system
US10914650B2 (en) Method of calibrating offset of pressure sensor
CN111313058A (zh) 燃料电池系统的氢供应控制方法和系统
CN109428095B (zh) 控制燃料电池的氢气清除的方法和系统
CN110911710B (zh) 气体供给系统、具备气体供给系统的燃料电池系统、气体供给系统的控制方法
JP7312283B2 (ja) 燃料電池スタックの劣化判定方法及び燃料電池スタックを搭載する燃料電池車両
JP2008234970A (ja) 燃料電池システム
CN109994756B (zh) 控制用于燃料电池系统的氢气分压的方法
US20160079620A1 (en) Hydrogen purging device and method for fuel cell system
US10038208B2 (en) Fuel cell system
US9059438B2 (en) Fuel cell system
CN112635800B (zh) 用于估计燃料电池的氢气浓度的系统和方法
CN107017425B (zh) 燃料电池系统和燃料电池系统的性能改进方法
US20140080025A1 (en) Fuel cell system
KR20200004005A (ko) 연료전지의 수소 공급 제어방법
CN116031437A (zh) 燃料电池的燃料气体供给系统以及该系统的控制方法

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