CN111952640A - 用于燃料电池的驱动的控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于驱动燃料电池的控制方法。该方法包括确定燃料电池的发电是否停止以及当燃料电池的发电停止时，监测包括在燃料电池中的多个单元电池的电压。基于单元电池的监测电压来确定单元电池的缺陷程度。

Description

用于燃料电池的驱动的控制系统及控制方法
技术领域
本发明总体上涉及用于燃料电池的驱动的控制系统和控制方法，并且更具体地，涉及用于检测燃料电池堆中的缺陷并响应于此来驱动燃料电池的技术。
背景技术
如本领域中众所周知的，燃料电池是一种发电装置，其通过氢气与氧气之间的氧化还原反应将燃料的化学能转化为电能。在阳极，氢气被氧化并分解为氢离子和电子，并且氢离子通过电解质迁移到阴极。此时，电子通过电路迁移到阴极。在阴极上，发生还原反应，其中氢离子和电子与氧气反应生成水。
燃料电池的单元电池由于电压低而实用性低。因此，在燃料电池堆的形成中通常使用几个到几百个单元电池。在堆叠单元电池时，隔板提供单元电池之间的电串联连接并分离反应性气体。通常，燃料电池堆的每个单元电池包括隔板、气体扩散层(GDL)和膜电极组件(MEA)。发生化学反应的MEA设置在多个隔板之间，并且两个GDL分别施加到MEA的相反侧的阳极和阴极表面。如上所述堆叠的一组隔板、GDL和MEA在电池堆制造期间在高压下以压力密封的方式密封。
通常，燃料电池堆包括隔板，在隔板中设置有用于保持气密性的垫片。特别地，在燃料电池堆的单元电池中，通过设置在MEA或隔板中的垫片来支撑高的耦合压力，并且反应气体流入在由MEA和隔板之间的垫片所支撑的空间中。换句话说，在燃料电池堆的单元电池中，垫片沿着MEA或隔板的外围设置，以用于在MEA和隔板之间密封。当垫片厚度变化时，可能无法保持MEA与隔板之间的密封。因此，诸如空气或冷却剂的异物可能流入MEA，从而导致燃料电池堆的劣化。但是，用于检测这种问题的方法有限。例如，存在通过拆卸来直接检测燃料电池堆的劣化的方法，或者在长期运行之后间接检测燃料电池堆的劣化的方法。
前述内容仅旨在帮助理解本发明的背景，而并非旨在表示本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围之内。
发明内容
因此，本发明提供了一种用于燃料电池的驱动的控制方法，该方法能够在车辆驱动的初始阶段检测燃料电池堆中包括的单元电池的初始缺陷，并基于检测到的缺陷程度来驱动燃料电池。
根据本发明的一个方面，一种用于驱动燃料电池的控制系统可以包括：具有多个单元电池的燃料电池；配置成确定燃料电池的发电是否停止的驱动控制器；配置成当燃料电池的发电停止时，监测包括在燃料电池中的单元电池的电压的监测单元；配置成基于由监测单元监测的单元电池的电压来确定单元电池的缺陷程度的缺陷确定单元。
缺陷确定单元可以配置成通过将单元电池的电压与基于多个单元电池的平均电压设置的参考电压进行比较来确定单元电池的缺陷程度。缺陷确定单元可以配置成基于单元电池的电压保持等于或大于参考电压的持续时间与单元电池的电压被监测的监测时间的比率来确定单元电池的缺陷程度。另外，缺陷确定单元可以配置成从平均电压等于或小于预定的确定电压的时间起测量监测时间和持续时间。驱动控制器可以配置成基于由缺陷确定单元确定的单元电池的缺陷程度来改变对供应至燃料电池的氢气、空气或冷却剂的控制。
根据本发明的另一方面，一种用于燃料电池驱动的控制方法可以包括：确定燃料电池的发电是否停止；当燃料电池的发电停止时，监测燃料电池中包括的多个单元电池的电压；和根据受监测的单元电池电压确定单元电池的缺陷程度。
在确定是否停止发电时，可以确定是否不需要燃料电池的发电，因此可以中断向燃料电池的空气供应。另外，可以通过将单元电池的电压与基于多个单元电池的平均电压设置的参考电压进行比较来确定单元电池的缺陷程度。可以通过将预定的偏移电压加到平均电压来设置参考电压。
还可以基于保持单元电池的电压等于或大于参考电压的持续时间与单元电池的电压被监测的监测时间的比率来确定单元电池的缺陷程度。在确定单元电池的缺陷程度时，可以从平均电压等于或小于预定的确定电压的时间开始测量监测时间和持续时间。
此外，可以使用基于持续时间与监测时间的比率配置的映射图来确定单元电池的缺陷程度，并且可以配置该映射图使得用于确定单元电池的缺陷程度的持续时间与监测时间的比率的参考值随着确定电压的增加而增加。可以通过将预定的偏移电压加到平均电压来设置参考电压，并且可以配置映射图，使得用于确定单元电池的缺陷程度的持续时间与监测时间的比率的参考值随着偏移电压的增加而增加。
该方法可以进一步包括在确定单元电池的缺陷程度之后，基于所确定的单元电池的缺陷程度来改变对供应到燃料电池的氢气、空气或冷却剂的控制。在改变对氢气、空气或冷却剂的控制时，可以使供应到燃料电池的氢的压力随着确定的单元电池的缺陷程度的增加而增加。
另外，在改变对氢气、空气或冷却剂的控制时，可以使供应到燃料电池的空气的压力随着确定的单元电池的缺陷程度的增加而增加，并且可以基于供应到燃料电池的氢气的压力来调节空气的压力。在改变对氢气、空气或冷却剂的控制时，可以使供应到燃料电池的冷却剂的压力随着确定的单元电池的缺陷程度的增加而降低。
该方法还可以包括：在确定单元电池的缺陷程度之后，当燃料电池的发电停止时，将燃料电池的电压调节为等于或小于上限电压，并且上限电压允许随着所确定的单元电池的缺陷程度的增加而降低。
根据用于燃料电池的驱动的控制系统和控制方法，可以在相对短的行驶距离或时间内诊断在燃料电池中包括的每个单元电池发生的缺陷。此外，通过基于所确定的单元电池的缺陷程度来控制燃料电池的驱动，可以防止燃料电池的劣化，从而实现耐用性的提高。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：
图1是示出根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的驱动的控制系统的结构的图。
图2是示出根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的驱动的控制方法的流程图；
图3是示出根据本发明示例性实施例的单元电池的电压的图；
图4是示出根据本发明示例性实施例的根据确定电压和参考电压的暴露比率的视图；
图5是根据本发明示例性实施例的映射图，其中映射了根据确定电压和偏移电压的暴露比率的参考值；
图6是示出根据本发明的示例性实施例的氢气压力的增加量与单元电池的缺陷程度的函数的图；
图7是示出根据本发明示例性实施例的空气压力的增加量与单元电池的缺陷程度的函数的图；和
图8是示出根据本发明示例性实施例的冷却剂压力的增加量与单元电池的缺陷程度的函数的图。
具体实施方式
应当理解，本文使用的术语“车辆”或“车载”或其他类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的客车，包括各种船只、轮船的水运工具，飞行器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源获得的燃料)。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，诸如兼具汽油动力和电动力的车辆。
尽管将示例性实施例描述为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来执行。另外，应当理解，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。存储器配置成存储模块，并且处理器具体配置成执行所述模块以执行将在下文进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质还可以分布在网络耦合的计算机系统中，从而以分布式方式，例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)存储和执行计算机可读介质。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，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、元件，部件和/或其组。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任一个和所有组合
除非特别说明或从上下文中显而易见，否则如本文所用，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个标准偏差之内。“大约”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。除非上下文另有明确说明，否则本文提供的所有数值均由术语“约”修饰。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。在所有附图中，相同的附图标记将指代相同或相似的部分。
本文公开的本发明的示例性实施例的具体结构和功能描述仅出于本发明的示例性实施例的说明性目的。在不脱离本发明的精神和重要特征的情况下，本发明可以以许多不同的形式实施。因此，仅出于说明性目的公开了本发明的示例性实施例，并且不应将其解释为限制本发明。
现在将详细参考本发明的各种示例性实施例，其具体示例在附图中示出并且在下面进行描述，因为可以以许多不同的形式对本发明的示例性实施例进行各种改变。尽管将结合本发明的示例性实施例描述本发明，但是应当理解，本说明书并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，而且覆盖可以包括在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的各种替代、改变、等同物和其他实施例。
将理解的是，尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不背离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件。类似地，第二元件也可以被称为第一元件。
将理解的是，当一个元件被称为“耦接”或“连接”到另一元件时，它可以直接耦合或连接到另一元件，或者在它们之间可以存在中间元件。相反，应当理解，当一个元件被称为“直接耦合”或“直接连接”至另一元件时，不存在中间元件。解释元件之间的关系的其他表述，例如“在……之间”、“直接在……之间”、“与……相邻”或“与……直接相邻”应该以相同的方式进行解释。
除非另有定义，否则本文所用的包括技术术语和科学术语在内的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。将进一步理解的是，除非在本文明确定义，否则本文中使用的术语应被解释为具有与本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的意义来解释。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。在所有附图中，相同的附图标记将指代相同或相似的部分。
图1是示出根据本发明示例性实施例的用于燃料电池10驱动的控制系统的构造的视图。参考图1，根据本发明示例性实施例的用于燃料电池10驱动的控制系统可以包括：具有多个单元电池的燃料电池10；用于确定燃料电池10的发电是否停止的驱动控制器50；配置成当燃料电池10的发电停止时监测燃料电池10中包括的单元电池的电压的监测单元60；用于基于由监测单元60监测的单元电池的电压来确定单元电池的缺陷程度的缺陷确定单元70。
燃料电池10在阳极侧接收氢气，在阴极侧接收含氧气的空气，从而产生输出功率。所产生的输出功率可以被提供应诸如马达的驱动源或周边设备(BOP)。燃料电池10可以是其中单元电池彼此堆叠的燃料电池堆10。特别地，燃料电池10可以被设计为通过堆叠多个单元电池来形成所需的电压，每个电池具有约0.8V的小的输出电压。
作为用于调节燃料电池10的发电的设备的驱动控制器50可以配置成确定燃料电池堆10的发电是否停止(燃料电池(FC)停止模式)。特别地，当燃料电池10的发电停止(FC停止模式)时，可以中断向燃料电池10的空气供应。驱动控制器50可以配置成在燃料电池10的启动关闭时，或者即使在燃料电池系统10的启动开启时当驱动源的所需输出功率相对较小并且高压电池的充电状态(SOC)足够时停止燃料电池10的发电。
相反，驱动控制器50可以配置成当驱动源的所需输出功率增加或者高压电池的SOC减小时重新开始燃料电池10的发电。因此，可以提高燃料电池系统10的效率，进而可以提高车辆的燃料效率。此外，监测单元60可以是配置成监测包括在燃料电池10中的单元电池的电压的堆电压监测器(SVM)。监测单元60可以配置成单独地监测燃料电池10中的所有单元电池的电压。当燃料电池10的发电停止时，监测单元60可以配置成监测包括在燃料电池10中的单元电池的电压。
特别地，监测单元60可以配置成直接监测每个单元电池的电压，或者监测由多个单元电池组成的沟道(channel)的电压。在本文中，可以通过将由监测单元60监测的沟道的电压除以沟道中包括的单元电池的数量n，来估计每个单元电池的电压。缺陷确定单元70可以配置成基于由监测单元60监测的单元电池的电压来确定单元电池的缺陷程度。
在一个实施例中，可以通过确定每个单元电池的缺陷程度来确定单元电池的缺陷程度。可以基于由监测单元60直接监测的每个单元电池的电压，或者基于将由监测单元60监测的多个单元电池组成的沟道的电压除以由单元电池的数量n估计的每个单元电池的电压，来确定每个单元电池的缺陷程度。在另一个实现示例中，可以确定由多个单元电池组成的沟道的缺陷程度。换句话说，可以确定由多个单元电池组成的沟道的缺陷程度，并且可以确定在沟道中包括的多个单元电池中发生相同的缺陷程度。
根据本发明示例性实施例的包括驱动控制器50和缺陷确定单元70的控制器可以通过非易失性存储器(未示出)和通过处理器(未示出)来实现，该非易失性存储器配置成存储配置成执行车辆的各种部件的操作的算法或与运行该算法的软件指令有关的数据，该处理器配置成使用存储在存储器中的数据执行以下将要描述的操作。
在本文中，存储器和处理器可以被实现为单独的芯片。可替代地，存储器和处理器可以被实现为在其上集成了存储器和处理器的单个芯片。处理器可以以一个或多个处理器的形式实现。特别地，如后所述，本发明中的单元电池的缺陷可以表示由于燃料电池10所包含的单元电池的垫片的缺陷异物流入单元电池等的缺陷。单元电池的这种缺陷可能是垫片的厚度不均匀的初始质量的缺陷，或者是由于在车辆行驶期间由于垫片的一部分的损坏而引起的缺陷。
特别地，当燃料电池10的发电停止时，由于向燃料电池10的空气供应中断，单元电池的电压逐渐降低。然而，当外部空气连续流入单元电池时，燃料电池10的电压可以维持在高水平。因此，当燃料电池10的发电停止时，缺陷确定单元70可以配置成基于由监测单元60监测的单元电池的电压来确定单元电池的缺陷程度。
因此，有可能在相对短的行驶距离或时间内确定燃料电池10中包括的单元电池的缺陷程度，从而防止由于缺陷而引起燃料电池10的劣化，从而使得改善了耐用性。另外，有可能在行驶的初始阶段检测出缺陷的单元电池，从而采取及时的更换。特别地，缺陷确定单元70可以配置成通过将单元电池的电压与基于多个单元电池的平均电压设置的参考电压进行比较来确定单元电池的缺陷程度。
此外，缺陷确定单元70可以配置成基于单元电池的电压保持等于或大于参考电压的持续时间与单元电池的电压被监测的监测时间的比率来确定单元电池的缺陷程度。特别地，缺陷确定单元70可以配置成测量监测时间和从平均电压等于或小于预定的确定电压的时间起的持续时间。因此，可以提高缺陷确定的准确性。
驱动控制器50可以配置成基于由缺陷确定单元70确定的单元电池的缺陷程度来改变对供应到燃料电池10的氢器、空气或冷却剂的控制。驱动控制器50可以配置成以调节供应到燃料电池10的氢气、空气或冷却剂。特别地，驱动控制器50可以配置为操作配置成向燃料电池10供应氢的氢气供应系统20、配置成供应空气的空气供应系统30、以及配置成使冷却剂循环的冷却系统40。冷却系统40可以配置成冷却燃料电池10，并且可以包括构造成向燃料电池10供应冷却剂的冷却泵41、构造成冷却加热的冷却剂的散热器43、引导空气流入散热器的风扇44和构造成调节通过散热器43的冷却剂的流量的温度控制阀42。
氢气供应系统20可以包括用于使从燃料电池10排出的氢气再循环的再循环管线22，调节再循环管线22与氢气罐(未示出)之间的氢供应的氢气供应阀，以及喷射器21。空气供应系统30可以包括：空气压缩机31，其配置成压缩外部空气并且将压缩的空气供应到燃料电池10；空气压力控制器(APC)32，其在通过燃料电池100的空气被排出的位置处布置在空气供应管线33上；和加湿器34，其布置在空气供应线33上并且配置成加湿空气，空气沿着该空气供应线33被供应到燃料电池10。
驱动控制器50可以配置成基于由缺陷确定单元70确定的单元电池的缺陷程度来调节或改变对供应到燃料电池10的氢气、空气或冷却剂的控制。详细控制稍后将在与控制方法有关的说明中进行描述。因此，可以预先确定单元电池的缺陷程度并反映在控制中。因此，可以防止流入单元电池的异物，并且可以防止单元电池的劣化，从而提高了燃料电池10的耐用性。
图2是示出根据本发明示例性实施例的用于燃料电池10驱动的控制方法的流程图。参考图2，根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池10驱动的控制方法可以包括：确定燃料电池10的发电是否停止(S100)；当燃料电池10的发电停止时，监测包括在燃料电池10中的多个单元电池的电压(S200)；和基于单元电池的监测电压来确定单元电池的缺陷程度(S300)。
在确定燃料电池10的发电是否停止(S100)时，控制模式是燃料电池10的启动被关闭的FC停止模式，或者不需要燃料电池10的发电，因此即使当燃料电池10的启动打开时，发电也可以停止。当燃料电池10的发电没有停止(例如，保持开启)时，可以将氢气、空气和冷却剂供应到燃料电池10以在燃料电池10中发电(S110)。特别地，在确定发电是否停止(S100)时，可以确定是否不需要燃料电池10的发电，因此当不需要时，可以中断向燃料电池10的空气供应。
当允许燃料电池10的发电停止时，可以中断向燃料电池10的空气供应。当到燃料电池10的空气供应中断并且燃料电池10的发电停止时，燃料电池10中包括的单元电池的电压降低。特别地，在中断向燃料电池10的空气供应之后，可以测量氧耗尽时间(ODT)，该氧耗尽时间是由于氢气从阳极侧穿越到阴极侧而使电池电压降低的时间。
在燃料电池10的操作期间，氢气和空气可以以高于大气压的压力被供应到燃料电池10，因此，压力与大气压相同的燃料电池堆10的壳体中的空气不会流入单元电池。然而，在FC停止模式下，没有空气被供应到燃料电池10，而外部空气被供应到缺陷的单元电池的阴极侧，导致电池电压维持在高水平。在监测包括在燃料电池10中的单元电池的电压时(S200)，可以监测燃料电池10的每个单元电池的电压。特别地，当燃料电池10的发电停止时，可以监测单元电池的电压的变化。
在确定单元电池的缺陷程度时(S300)，可以基于单元电池的监测电压来确定单元电池的缺陷程度。特别地，当受监测的单元电池的电压保持在高水平时，可以确定在单元电池中已经发生了缺陷。当受监测的单元电池的电压与其他单元电池一起降低时，可以确定受监测的单元电池中没有缺陷。因此，即使在车辆行驶的初始阶段的行驶距离或时间不长的情况下，也可以诊断燃料电池10中包括的每个单元电池发生的缺陷，从而防止整个燃料电池10的劣化。
图3是示出根据本发明示例性实施例的单元电池的电压的视图。参考图3，在确定单元电池的缺陷程度(S300)时，可以通过将单元电池的电压与基于多个单元电池的平均电压设置的参考电压进行比较来确定单元电池的缺陷程度。
例如，当监测1至5的单元电池的电压时，可以计算1至5的单元电池的平均电压。当燃料电池10的发电停止时，燃料电池10中包括的单元电池的电压降低。在此，单元电池的电压的变化率根据多种条件而变化，多种条件例如，在空气的供应被中断之后花费的时间、大气压、燃料电池10内的空气压力或氢气压力等。因此，通过将单元电池的电压与基于相同燃料电池10中包括的多个单元电池的平均电压设置的参考电压进行比较，可以确定每个单元电池的缺陷程度。
特别地，可以通过将预定偏移电压加到平均电压来设置参考电压。预定偏移电压是可变值。随着偏移电压的增加，能更明显地确定单元电池的缺陷的程度，而随着偏移电压的减小，能更宽泛地确定每个单元电池的缺陷的程度。在一个实施例中，可以通过设置多个偏移电压并将该偏移电压与多个参考电压进行比较，通过多个阶段来确定单元电池的缺陷程度。
在确定单元电池的缺陷程度时(S300)，可以基于单元电池的电压保持等于或大于参考电压的持续时间与单元电池的电压被监测的监测时间的比率来确定单元电池的缺陷程度。换句话说，可以通过利用以下等式计算持续时间与监测时间的比率(暴露比率)来确定单元电池的缺陷程度。
暴露比率＝(单元电池的电压保持等于或高于参考电压的持续时间)/(单元电池的电压被监测的监测时间)
换句话说，由于缺陷程度可能由可能瞬间变化的单元电池的电压错误地确定的事实，为了提高确定的准确性，可以基于在整个监测时间内，单元电池电压保持等于或大于参考电压的持续时间来确定单元电池的缺陷程度。在一个实施例中，可以设置多个参考暴露比率，并且可以通过将单元电池的暴露比率与多个参考暴露比率进行比较来确定单元电池的缺陷程度。
在一个实施例中，可以从停止燃料电池10的发电的时间，即中断向燃料电池10的空气的供应的时间来测量监测时间和持续时间。然而，由于在空气供应中断后瞬时残留在单元电池中的空气量可能不同的情况，单元电池的电压可能不同。因此，在这种情况下，确定单元电池的缺陷程度的准确性低。在另一个实施例中，在确定单元电池的缺陷程度(S300)时，可以从平均电压等于或小于预定的确定电压的时间来测量监测时间和持续时间。
从中断空气供应的时间开始，单元电池的电压随着时间逐渐降低。因此，可以从经过预定的经过时间之后的时间或者多个单元电池的平均电压等于或小于预定的确定电压的时间开始，测量监测时间和持续时间。因此，可以提高基于单元电池的暴露比率确定单元电池的缺陷程度的准确性。
图4是示出根据本发明示例性实施例的根据确定电压和参考电压的暴露比率的视图。参考图4，分别示出了当可以不设置确定电压或者可以将确定电压设置为单元电压的最大电压(整个电压范围)时的暴露比率，当将确定电压设置为相对较高的电压V1时的暴露比率，当将确定电压设置为相对中等的电压V2时的暴露比率，以及当将确定电压设置为相对较低电压V3时的暴露比率。
如图4所示，当将从平均电压降低的时间起测量监测时间和持续时间的确定电压设置为V3时，暴露比率明显不同。另一方面，随着确定电压的增加，除了缺陷的单元电池之外，具有高暴露比率的单元电池的数量也增加。此外，如图4所示，由于将偏移电压设置为高并且因此参考电压增加，所以暴露比率明显不同。因此，需要基于偏移电压和确定电压来改变用于确定单元电池的缺陷程度的单元电池的暴露比率的参考值。
图5是根据本发明示例性实施例的映射图，其中映射了根据确定电压和偏移电压的暴露比率的参考值。参考图5，在确定单元电池的缺陷程度时(S300)，可以使用基于持续时间与监测时间的比率配置的映射图来确定单元电池的缺陷程度。在此，映射图配置成使得随着确定电压的增加，用于确定单元电池的缺陷程度的持续时间与监测时间的比率的参考值增加。
此外，在确定单元电池的缺陷程度时(S300)，可以通过将预定偏移电压加到平均电压来设置参考电压，并且可以将映射图配置为使得用于确定单元电池的缺陷程度的持续时间与监测时间的比率的参考值随着偏移电压的增加而增加。换句话说，可以根据确定电压和偏移电压来映射用于确定单元电池的缺陷程度的持续时间与监测时间的比率的参考值，即暴露比率的参考值。因此，可以进一步提高确定单元电池的缺陷程度的准确性。
特别地，如图所示，可以将根据确定电压和偏移电压映射的暴露比率的参考值设置为多个参考值，并且可以将单元电池的缺陷程度划分为多个区域(区域A、区域B和区域C)。控制方法还可以包括：在确定单元电池的缺陷程度之后(S300)，基于所确定的单元电池的缺陷程度来改变对供应到燃料电池10的氢气、空气或冷却剂的控制(S400)。特别地，可以基于缺陷发生来确定单元电池的缺陷程度，或者可以通过多个阶段来确定单元电池的缺陷程度。此外，单元电池的缺陷程度可以反映燃料电池10中的缺陷的单元电池的数量。
图6是示出根据本发明的示例性实施例的氢气压力的增加量与单元电池的缺陷程度的函数的图。参考图6，在改变对氢气、空气或冷却剂的控制时，随着确定的单元电池的缺陷程度增加，允许供应到燃料电池10的氢气的压力增加。
在燃料电池10的发电期间，空气可能以高输出状态从阴极侧流向阳极侧。当处于中/低输出状态时，由于氢气在阳极侧上的外部泄漏而导致的氢气供应不足而可能导致燃料电池10的劣化。因此，随着单元电池的缺陷程度的增加，允许氢气压力的增加量增加。由于即使在燃料电池10的发电停止的FC停止模式下，阳极侧的氢气也可能向外部泄漏，并且外部空气可能流入阳极侧，因此随着单元电池的缺陷程度增加，允许氢气压力的增加量增加。
图7是示出根据本发明的示例性实施例的空气压力的增加量与单元电池的缺陷程度的函数的图。参考图7，在改变对氢气、空气或冷却剂的控制(S400)中，随着确定的单元电池的缺陷程度的增加，允许供应到燃料电池10的空气的压力增加，并且可以基于供应到燃料电池10的氢气的压力来调节空气的压力。
在燃料电池10的发电期间，由于在中等/低输出状态下阳极侧上的高氢气压力，氢气可能流入阴极侧。因此，允许阳极侧的氢气压力和阴极侧的空气压力同时增加。然而，由于氢气流入阴极侧相比空气流入阳极侧在确保燃料电池10的耐用性方面是有利的现象，因此允许空气压力部分地增加或保持。换句话说，考虑到供应到燃料电池10的氢气的压力，可以将空气的压力调节为小于氢气的压力。
图8是示出根据本发明示例性实施例的冷却剂压力的增加量与单元电池的缺陷程度的函数关系的图。参考图8，在改变对氢气、空气或冷却剂的控制(S400)时，随着确定的单元电池的缺陷程度的增加，允许降低供应至燃料电池10的冷却剂的压力。
特别地，在燃料电池10的发电期间，需要供应用于冷却燃料电池10的冷却剂，但是由于所供应的冷却剂可能流入阳极侧或阴极侧，允许要供应的冷却剂的压力降低。因此，通过反映发生的冷却性能的降低，可以限制燃料电池10的发电功率。在其中燃料电池10的发电停止的FC停止模式中，不需要燃料电池10的冷却，因此可以关闭冷却泵以停止冷却剂的循环。
控制方法还可以包括：在确定单元电池的缺陷程度之后(S300)，当燃料电池10的发电停止时(S500)，将燃料电池10的电压调节为等于或小于上限电压(S600)。在将燃料电池10的电压调整为等于或小于上限电压时(S600)，当确定的单元电池的缺陷程度增加时，允许上限电压降低。在燃料电池10的发电停止并且燃料电池10的单元电池的电压降低之后，通常可能不调节燃料电池10的电压。
然而，在确定单元电池的缺陷程度之后，当停止燃料电池10的发电时，可以将燃料电池10的电压调节为等于或小于上限电压，并且当确定的单元电池的缺陷程度增加时，允许上限电压降低。特别地，可以为燃料电池10的每个单元电池设置上限电压，并且可以将单元电池的电压调节为保持等于或小于上限电压。例如，当燃料电池10的发电停止时，可以将燃料电池10连接至阴极氧耗尽(COD)电阻器，以使燃料电池的电压保持等于或小于上限电压。
尽管已经出于说明性目的描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种改变、添加和替换。

Claims (18)

1.一种用于燃料电池的驱动的控制系统，包括：
多个单元电池；
驱动控制器，配置成确定所述燃料电池的发电是否停止；
监测单元，配置成当所述燃料电池的发电停止时，监测包括在所述燃料电池中的所述单元电池的电压；和
缺陷确定单元，配置成基于由所述监测单元监测的所述单元电池的电压来确定所述单元电池的缺陷程度。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述缺陷确定单元配置成通过将所述单元电池的电压与基于所述多个单元电池的平均电压设置的参考电压进行比较来确定所述单元电池的缺陷程度。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，所述缺陷确定单元配置成基于所述单元电池的电压被保持为等于或大于所述参考电压的持续时间与所述单元电池的电压被监测的监测时间的比率来确定所述单元电池的缺陷程度。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，所述缺陷确定单元配置成从所述平均电压等于或小于预定的确定电压的时间起测量所述监测时间和所述持续时间。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述驱动控制器配置成基于由所述缺陷确定单元确定的所述单元电池的缺陷程度来改变对供应至所述燃料电池的氢气、空气或冷却剂的控制。
6.一种用于燃料电池的驱动的控制方法，包括以下步骤：
由控制器确定所述燃料电池的发电是否停止；
当所述燃料电池的发电停止时，由所述控制器监测包括在所述燃料电池中的多个单元电池的电压；并且
由所述控制器基于所述单元电池的监测电压来确定所述单元电池的缺陷程度。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其中，在确定发电是否停止时，确定是否不需要所述燃料电池的发电，并且作为响应中断向所述燃料电池的空气供应。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其中，通过将所述单元电池的电压与基于所述多个单元电池的平均电压设置的参考电压进行比较来确定所述单元电池的缺陷程度。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，通过将预定的偏移电压加到所述平均电压来设置所述参考电压。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其中，基于保持所述单元电池的电压等于或大于所述参考电压的持续时间与所述单元电池的电压被监测的监测时间的比率来确定所述单元电池的缺陷程度。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其中，从所述平均电压等于或小于预定的确定电压的时间开始测量所述监测时间和所述持续时间。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其中，使用基于所述持续时间与所述监测时间的比率配置的映射图来确定所述单元电池的缺陷程度，并且所述映射图包括随着所述确定电压的增加，用于确定所述单元电池的缺陷程度的所述持续时间与所述监测时间的比率的参考值增加。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其中，通过将预定偏移电压添加到所述平均电压来设置所述参考电压，并且所述映射图包括随着所述偏移电压的增加，用于确定所述单元电池的缺陷程度的所述持续时间与所述监测时间的比率的参考值增加。
14.根据权利要求6所述的控制方法，还包括以下步骤：
在确定所述单元电池的缺陷程度之后，由所述控制器基于所确定的所述单元电池的缺陷程度来改变对供应到所述燃料电池的氢气、空气或冷却剂的控制。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其中，在改变对氢气、空气或冷却剂的控制时，供应到所述燃料电池的所述氢气的压力随着所确定的所述单元电池的缺陷程度的增加而增加。
16.根据权利要求14所述的控制方法，其中，在改变对氢气、空气或冷却剂的控制时，供应到所述燃料电池的所述空气的压力随着所确定的所述单元电池的缺陷程度的增加而增加，并且所述空气的压力基于供应到所述燃料电池的氢气的压力来调节。
17.根据权利要求14所述的控制方法，其中，在改变对氢气、空气或冷却剂的控制时，供应到所述燃料电池的冷却剂的压力随着所确定的所述单元电池的缺陷程度的增加而降低。
18.根据权利要求6所述的控制方法，还包括以下步骤：
在确定所述单元电池的缺陷程度之后，当所述燃料电池的发电停止时，由所述控制器将所述燃料电池的电压调节为等于或小于上限电压，
其中，所述上限电压随着所确定的所述单元电池的缺陷程度的增加而降低。
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