CN112786927A - 燃料电池的劣化估计系统、氢气供应系统及氢气供应方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种燃料电池的劣化估计系统、包括该燃料电池的劣化估计系统的燃料电池的氢气供应系统及燃料电池的氢气供应方法，该燃料电池的劣化估计系统包括：燃料电池，氢气被供应到阳极侧并且氧气被供应到阴极侧以产生电力；氢气供应管路，连接到燃料电池的阳极侧，并且将包含氢气的气体供应到燃料电池；氢气供应阀，设置在氢气供应管路和氢气罐之间，在打开时将储存在氢气罐中的氢气供应到氢气供应管路，并且在关闭时阻断氢气的供应；以及劣化估计单元，基于氢气供应阀的打开和关闭控制或氢气供应管路中的压力变化来估计燃料电池的劣化状态。

Description

燃料电池的劣化估计系统、氢气供应系统及氢气供应方法
技术领域
本公开涉及一种燃料电池的劣化估计系统、燃料电池的氢气供应系统及燃料电池的氢气供应方法，基于所估计的燃料电池的劣化程度来控制向燃料电池的氢气供应。
背景技术
燃料电池通过分别从氢气供应装置和空气供应装置供应的氢气和氧气之间的氧化还原反应来将化学能转换成电能，并且包括产生电能的燃料电池堆和冷却燃料电池堆的冷却系统。
即，氢气被供应到燃料电池的阳极(anode)侧，并且在阳极进行氢气的氧化反应以产生氢离子(质子(proton))和电子(electron)。此时，产生的氢离子和电子分别通过电解质膜和隔板从阳极移动到阴极(cathode)。在阴极通过来自阳极的氢离子和电子以及空气中的氧气参与的电化学反应来产生水。这种电子的流动产生电能。
由于供应到燃料电池的阳极侧的氢气需要保持适当的水平的氢气浓度，因此适当地控制氢气供应管路的氢气净化，并且打开或关闭设置在氢气罐和氢气供应管路之间用于调节氢气供应的氢气供应阀，以使氢气供应管路中的压力遵循目标压力。
然而，考虑到燃料电池堆的劣化和燃料效率，应适当地保持供应到燃料电池的阳极侧的氢气浓度。然而，随着燃料电池堆内部包括的电解质膜劣化，阳极和阴极之间通过电解质膜的穿过(crossover)量增加。因此，难以精确地估计燃料电池堆内部的穿过量。因此，存在难以控制供应到燃料电池的阳极侧的氢气浓度的问题。
应理解的是，以上背景技术的描述仅出于促进对本公开的背景的理解的目的，并且将不被解释为承认上述背景技术构成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
已经提出了本公开以解决上述问题，并且本公开旨在提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统能够估计燃料电池堆的劣化并且反映所估计的劣化，以适当地控制供应到燃料电池的阳极侧的氢气浓度。
为了实现上述目的，根据本公开的一种燃料电池的劣化估计系统包括：燃料电池，氢气被供应到阳极侧并且氧气被供应到阴极侧以产生电力；氢气供应管路，连接到燃料电池的阳极侧，并且将包含氢气的气体供应到燃料电池；氢气供应阀，设置在氢气供应管路和氢气罐之间，在打开时将储存在氢气罐中的氢气供应到氢气供应管路，并且在关闭时阻断氢气的供应；以及劣化估计单元，基于氢气供应阀的打开和关闭控制或氢气供应管路中的压力变化来估计燃料电池的劣化状态。
劣化估计系统可以进一步包括：压力传感器，设置在氢气供应管路上，并且感测氢气供应管路中的压力。可以基于由压力传感器感测的氢气供应管路中的压力来控制氢气供应阀打开或关闭。
劣化估计单元可以测量氢气供应阀打开的频率、氢气供应阀打开的周期或氢气供应阀在预定时间内打开的次数，并且可以基于所测量的频率、周期或在预定时间内打开的次数来估计燃料电池内部包括的膜或电极的劣化状态。
劣化估计系统可以进一步包括：压力传感器，设置在氢气供应管路上，并且感测氢气供应管路中的压力。劣化估计单元可以基于在氢气供应阀关闭的状态下由压力传感器感测的氢气供应管路中的压力变化来估计燃料电池内部包括的膜或电极的劣化状态。
劣化估计单元可以在燃料电池停止产生电力的FC停止模式下基于氢气供应阀的打开和关闭控制或氢气供应管路中的压力变化来估计燃料电池的劣化状态。
劣化估计单元可以在氢气供应管路中的目标压力恒定的状态下基于氢气供应阀的打开和关闭控制或氢气供应管路中的压力变化来估计燃料电池的劣化状态。
为了实现上述目的，根据本公开的一种燃料电池的氢气供应系统包括燃料电池的劣化估计系统，燃料电池的氢气供应系统可以进一步包括：浓度估计单元，反映所估计的燃料电池的劣化状态来估计氢气供应管路中的氢气浓度。
浓度估计单元可以估计燃料电池的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量和净化到外部的净化量，可以通过将所估计的穿过量和净化量反映到氢气供应管路中的初始浓度来估计氢气供应管路中的氢气浓度，并且可以基于燃料电池的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量随着所估计的燃料电池的劣化状态恶化而增加来估计穿过量。
氢气供应系统可以进一步包括：净化阀，设置在燃料电池的出口侧的氢气供应管路上，并且在打开时将氢气供应管路中的气体排放到外部；以及净化控制单元，基于由浓度估计单元估计的氢气供应管路中的氢气浓度来控制净化阀的打开和关闭。
净化控制单元可以基于所估计的燃料电池的劣化状态来改变控制净化阀打开的频率、周期或在预定时间内打开的次数。
为了实现上述目的，根据本公开的一种燃料电池的氢气供应方法包括：控制氢气供应阀的打开和关闭，以使得向燃料电池的阳极侧供应包含氢气的气体的氢气供应管路中的内部压力变化；基于氢气供应管路中的压力变化或氢气供应阀的打开和关闭控制来估计燃料电池的劣化状态；以及通过反映所估计的燃料电池的劣化状态来估计氢气供应管路中的氢气浓度。
在控制氢气供应阀的打开和关闭中，可以基于由设置在氢气供应管路上并感测氢气供应管路中的压力的压力传感器感测的氢气供应管路中的压力，控制氢气供应阀打开或关闭。
氢气供应方法可以进一步包括：在控制氢气供应阀的打开和关闭之前，保持氢气供应管路中的目标压力恒定。
在估计燃料电池的劣化状态中，可以测量氢气供应阀打开的频率、氢气供应阀打开的周期或氢气供应阀在预定时间内打开的次数，并且可以基于所测量的频率、周期或在预定时间内打开的次数来估计燃料电池内部包括的膜或电极的劣化状态。
在估计燃料电池的劣化状态中，可以基于在氢气供应阀关闭的状态下由压力传感器感测的氢气供应管路中的压力变化来估计燃料电池内部包括的膜或电极的劣化状态。
估计氢气供应管路中的氢气浓度可以包括：估计燃料电池的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量和净化到外部的净化量；以及通过将所估计的穿过量和净化量反映到氢气供应管路中的初始浓度来估计氢气供应管路中的氢气浓度。在估计穿过量和净化到外部的净化量中，可以基于燃料电池的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量随着所估计的燃料电池的劣化状态恶化而增加来估计穿过量。
氢气供应方法可以进一步包括：在估计氢气供应管路中的氢气浓度之后，基于所估计的氢气供应管路中的氢气浓度来控制净化阀的打开和关闭。
在控制净化阀的打开和关闭中，可以基于所估计的燃料电池的劣化状态来改变控制净化阀打开的频率、周期或在预定时间内打开的次数。
根据本公开的燃料电池的劣化估计系统、包括燃料电池的劣化估计系统的燃料电池的氢气供应系统及燃料电池的氢气供应方法，可以在不增加额外装置的情况下估计燃料电池的劣化状态。
此外，可以利用所估计的燃料电池的劣化状态来提高氢气供应管路中的氢气浓度的估计精度，因此，可以控制氢气浓度。
因此，在提高燃料电池的耐久性和提高燃料效率之间，可以适当地保持氢气供应管路中的氢气浓度。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，本公开的上述和其他方面、特征及优点将变得更加明显，其中：
图1是根据本公开的一个实施例的包括燃料电池的劣化估计系统的燃料电池的氢气供应系统的配置图；
图2是根据本公开的一个实施例的燃料电池的氢气供应方法的流程图；
图3示出了根据本公开的一个实施例的燃料电池在FC停止模式下随时间的控制信号；以及
图4示出了根据本公开的一个实施例的由压力传感器感测的压力。
具体实施方式
本说明书或本申请中公开的本公开的实施例的具体结构或功能描述仅出于描述根据本公开的实施例的目的而给出。因此，根据本公开的实施例可以以各种形式实现，并且本公开不应被解释为限于本说明书或本申请中描述的实施例。
可以对根据本公开的实施例进行各种改变和修改，因此，特定实施例将在附图中示出并且在本说明书或本申请中进行描述。然而，应理解的是，根据本公开的概念的实施例不限于所公开的特定实施例，而是本公开包括落入本公开的思想和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
尽管诸如“第一”、“第二”等序数词可以用于描述各种元件，但是这些元件不应被术语限制。术语仅用于区分一个元件与另一元件，因此，在不脱离根据本公开的概念的保护范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，而第二元件可以被类似地称为第一元件。
在元件被称为“连接”或“接入”到另一元件的情况下，应理解为不仅包括该元件直接连接或接入到另一元件的情况，而且包括在该元件和另一元件之间存在其他元件的情况。相反，在组件被称为“直接连接”或“直接接入”到另一组件的情况下，应理解为在该组件和另一组件之间没有其他组件。描述结构元件之间的关系的其他表达，即，“在……之间”和“直接在……之间”或“与……相邻”和“与……直接相邻”应与以上描述类似地进行解释。
在本说明书中，术语仅用于描述特定实施例，并非旨在限制本公开。除非上下文另外明确指出，否则如本文中所使用的，单数形式旨在也包括复数形式。在本说明书中，应理解的是，术语“包括”或“具有”表示特征、数字、步骤、操作、结构元件、部件或其组合的存在，但不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、结构元件、部件或其组合的存在或添加的可能性。
除非不同定义，否则本文中使用的包括技术术语或科学术语的所有术语具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。应理解的是，与通用词典中定义的术语相同的术语具有与相关技术的上下文中的含义相同的含义。除非另外明确定义，否则不应根据形式含义理想地或过度地解释术语。
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。附图中出现的相同的附图标记表示相同的元件。
图1是根据本公开的一个实施例的包括燃料电池10的劣化估计系统的燃料电池10的氢气供应系统的配置图，图2是根据本公开的一个实施例的燃料电池10的氢气供应方法的流程图。
参照图1和图2，根据本公开的一个实施例的燃料电池10的劣化估计系统包括：燃料电池10，氢气被供应到阳极侧并且氧气被供应到阴极侧以产生电力；氢气供应管路20，连接到燃料电池10的阳极侧，并且将包含氢气的气体供应到燃料电池10；氢气供应阀30，设置在氢气供应管路20和氢气罐31之间，在打开时将储存在氢气罐31中的氢气供应到氢气供应管路20，并且在关闭时阻断氢气的供应；以及劣化估计单元40，基于氢气供应阀30的打开和关闭控制或氢气供应管路20中的压力变化来估计燃料电池10的劣化状态。
燃料电池10可以是在其内部包括膜电极组件(MEA)的燃料电池10堆。氢气和空气中的氧气可以在燃料电池10内部彼此进行化学反应以产生电能。
氢气供应管路20连接到燃料电池10的阳极侧，并且将氢气供应到燃料电池10。特别地，氢气供应管路20可以被连接为使得从燃料电池10的出口排出的包含氢气的气体再循环到燃料电池10的入口。
即，氢气供应管路20可以连接到燃料电池10的阳极侧，并且在使包含氢气的气体再循环的同时将包含氢气的气体供应到燃料电池10。
氢气罐31可以是储存高压氢气的高压容器，并且可以设置多个氢气罐31。氢气罐31可以连接到氢气供应管路20，并且将储存在氢气罐31中的氢气供应到氢气供应管路20。
氢气供应阀30可以设置在氢气供应管路20和氢气罐31之间，并调节从氢气罐31供应到氢气供应管路20的氢气量。特别地，氢气供应阀30可以在打开时将储存在氢气罐31中的氢气供应到氢气供应管路20，并在关闭时阻断氢气的供应。
氢气供应阀30可以连接到燃料电池10的入口侧的氢气供应管路20，并且可以通过喷射器连接到氢气供应管路20，因此可以通过使用压差来引起氢气供应管路20中的循环。
劣化估计单元40可以通过氢气供应阀30的打开和关闭控制来估计燃料电池10的劣化状态。或者，在监测氢气供应管路20中的压力时，可以通过氢气供应管路20中的压力变化来估计燃料电池10的劣化状态。
在此，燃料电池10的劣化状态可以指由针孔(pinhole)的产生、膜的厚度减小等引起的不可逆的劣化，而不是燃料电池10的可逆的劣化。特别地，燃料电池10的劣化状态可以指由于燃料电池10的膜和电极之间的物质交换而影响穿过的气体量的劣化。
劣化估计系统可以进一步包括：压力传感器21，设置在氢气供应管路20上，并且感测氢气供应管路20中的压力。可以基于由压力传感器21感测的氢气供应管路20中的压力来控制氢气供应阀30打开或关闭。
压力传感器21可以感测氢气供应管路20中的压力，并且氢气供应阀30可以由单独的控制单元、ECU等控制，以使由压力传感器21感测的氢气供应管路20中的压力遵循目标压力。详细地，可以在氢气供应管路20中的目标压力中形成预定的滞后(hysteresis)，并且可以控制氢气供应阀30在滞后的下限值处打开并在滞后的上限值处关闭。
氢气供应管路20中的目标压力可以通过连接到燃料电池10的电气组件(例如，驱动马达)的负载、高压电池的充电量、空气供应管路中的压力等变化。
图3示出了根据本公开的一个实施例的燃料电池10在FC停止模式下随时间的控制信号，图4示出了根据本公开的一个实施例的由压力传感器21感测的压力。
进一步参照图3和图4，劣化估计单元40可以测量氢气供应阀30打开的频率、氢气供应阀30打开的周期或氢气供应阀30在预定时间内打开的次数，并且可以基于所测量的频率、周期或在预定时间内打开的次数来估计燃料电池10内部包括的膜或电极的劣化状态。
详细地，劣化估计单元40可以测量氢气供应阀30打开的频率、氢气供应阀30打开的周期或氢气供应阀30在预定时间内打开的次数，并且可以通过将测量结果与在燃料电池10劣化之前的状态下所测量并存储的正常频率、正常周期和正常次数进行比较来估计燃料电池10的劣化状态。
参照如图3所示的氢气供应阀30的占空比(duty)，当由压力传感器21感测的感测压力降低(占空比＝1)时，可以控制氢气供应阀30打开，并且当感测压力增大(占空比＝0)时，可以控制氢气供应阀30关闭。劣化估计单元40可以通过输入到氢气供应阀30的控制信号来测量氢气供应阀30打开的频率、氢气供应阀30打开的周期或氢气供应阀30在预定时间内打开的次数。
此外，劣化估计单元40可以基于在氢气供应阀30关闭的状态下由压力传感器21感测的氢气供应管路20中的压力变化来估计燃料电池10内部包括的膜或电极的劣化状态。
详细地，劣化估计单元40可以通过测量氢气供应管路20中的压力的变化率并将所测量的变化率与所存储的通过在正常状态下测量氢气供应管路20中的压力的变化率而获得的正常变化率进行比较，来估计燃料电池10的劣化状态。
正常频率、正常周期、正常次数、正常变化率等可以存储在存储器41中。存储器41可以是非易失性存储存储器。
如图4所示，与正常状态相比，当燃料电池10内部的膜或电极劣化时，氢气供应管路20中的压力变化可能更快地发生。详细地，当燃料电池10的阳极侧和阴极侧之间的膜或电极劣化时，膜或电极之间产生的气体的穿过量可能增加，因此氢气供应管路20中的压力可能迅速降低。
特别地，劣化估计单元40可以在氢气供应阀30关闭的状态下测量氢气供应管路20中的压力变化，因此可以消除通过氢气供应阀30可改变的影响。
劣化估计单元40可以在燃料电池10停止产生电力的FC停止模式下基于氢气供应阀30的打开和关闭控制或氢气供应管路20中的压力变化来估计燃料电池10的劣化状态。
劣化估计单元40可以通过判断燃料电池10的输出电流是否为0或者等于或小于预定电流来判断是否为燃料电池10停止产生电力的FC停止模式。此外，劣化估计单元40可以判断燃料电池10的输出电压是否等于或小于预定电压(例如，300V)。此外，劣化估计单元40可以判断向燃料电池10的阴极侧供应空气的空气压缩机的转数是否为0或者等于或小于预定转数。
劣化估计单元40可以在FC停止模式下估计燃料电池10的劣化状态，因此可以在消除由于燃料电池10产生电力而消耗氢气的影响的状态下估计燃料电池10的劣化状态。
此外，劣化估计单元40可以在氢气供应管路20中的目标压力恒定的状态下基于氢气供应阀30的打开和关闭控制或氢气供应管路20中的压力变化来估计燃料电池10的劣化状态。
氢气供应管路20中的目标压力可以根据燃料电池10产生电力的状态而变化。然而，在燃料电池10的FC停止模式下，氢气供应管路20中的目标压力可以保持恒定。
劣化估计单元40可以在氢气供应管路20中的目标压力恒定的状态下估计燃料电池10的劣化状态，因此可以消除氢气供应阀30打开和关闭或氢气供应管路20中的压力根据目标压力变化而变化的影响。
在此，劣化估计单元40可以在未执行净化控制的状态下基于氢气供应阀30的打开和关闭控制或氢气供应管路20中的压力变化来估计燃料电池10的劣化状态。因此，可以消除净化对氢气供应管路20中的压力变化的影响。
在另一实施例中，劣化估计单元40还可以在执行净化控制的状态下基于氢气供应阀30的打开和关闭控制或氢气供应管路20中的压力变化来估计燃料电池10的劣化状态。由于基于氢气供应管路20中的浓度来执行净化控制，因此当氢气供应管路20中的氢气浓度随着氢气供应管路20中的穿过量增加而迅速变化时，可以更频繁地执行净化控制。因此，当穿过量增加时，氢气供应管路20中的压力可能发生很大的变化。
根据本公开的一个实施例的包括燃料电池10的劣化估计系统的燃料电池10的氢气供应系统可以进一步包括：浓度估计单元50，反映所估计的燃料电池10的劣化状态来估计氢气供应管路20中的氢气浓度。
详细地，浓度估计单元50可以估计燃料电池10的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量和净化到外部的净化量，并且可以通过将所估计的穿过量和净化量反映到氢气供应管路20中的初始浓度来估计氢气供应管路20中的氢气浓度。
初始浓度可以由在燃料电池10的启动关闭(start-off)时存储的气体浓度来设置，或者可以考虑燃料电池10的启动关闭持续的时间来估计。例如，在使用燃料电池10的车辆的情况下，可以通过根据停车时间而变化的浓度来估计初始浓度。
可以假设氢气供应管路20包括氢气、氮气和蒸气。可以通过从总气体量中减去氮气量和蒸气量来计算氢气量，并且可以使用所计算的氢气量来估计氢气浓度。
可以根据如下面的公式所示的理想气体状态方程式，利用氢气供应管路20中的气体压力(P)、体积(V)和温度(T)来估计氢气供应管路20中的总气体量(nAn)，
Figure BDA0002531492800000111
其中，R是气体常数，为8.314J/molK。
气体扩散率可以与燃料电池10堆的电解质膜的厚度成反比，并且可以与阳极侧和阴极侧之间的气体分压差成比例。详细地，可以通过应用下面的菲克定律(扩散定律)来计算穿过的气体量，
Figure BDA0002531492800000112
其中，
Figure BDA0002531492800000113
是气体的质量扩散率(g/s)，A是扩散面积，D是气体扩散系数，x是扩散距离，c是气体浓度，R是通用气体常数(8.314J/molK)，P是气体压力，T是气体温度，M是气体的摩尔质量(g/mol)。这可以总结如下：
Figure BDA0002531492800000114
并且
Figure BDA0002531492800000115
其中，
Figure BDA0002531492800000121
是气体扩散率(mol/s)。
即，可以通过以下的公式来计算燃料电池10的电解质膜之间穿过的气体量，
Figure BDA0002531492800000122
其中，
Figure BDA0002531492800000123
是氮气的扩散率，P是压力(kPa)，R是气体常数，为8.314J/molK，T是温度(K)，D是扩散系数，A是电解质膜的面积，δ是电解质膜的厚度，PCa,N2是燃料电池10的阴极侧的氮气的分压，PAn,N2是燃料电池10的阳极侧的氮气的分压。
Figure BDA0002531492800000124
其中，
Figure BDA0002531492800000125
是蒸气的扩散率，P是压力(kPa)，R是气体常数，为8.314J/molK，T是温度(K)，D是扩散系数，A是电解质膜的面积，δ是电解质膜的厚度，PCa,V是燃料电池10的阴极侧的蒸气的分压，PAn,V是燃料电池10的阳极侧的蒸气的分压。
与氮气和蒸气相反，氢气可以从燃料电池10的阳极侧穿过到阴极侧。
Figure BDA0002531492800000126
其中，
Figure BDA0002531492800000127
是氢气的扩散率，P是压力(kPa)，R是气体常数，为8.314J/molK，T是温度(K)，D是扩散系数，A是电解质膜的面积，δ是电解质膜的厚度，PAn,H2是阳极侧的氢气的分压，PCa,H2是阴极侧的氢气的分压。
此外，气体扩散率与气体扩散系数成比例，并且气体扩散系数可以根据位于燃料电池10的阳极侧和阴极侧之间的电解质膜的含水量和温度而变化。
气体扩散系数(D)可以利用根据燃料电池10的劣化状态、温度等而变化的值。更具体地，可以利用根据位于燃料电池10的阳极侧和阴极侧之间的电解质膜的含水量和温度而变化的值来计算气体扩散率(D)。
气体净化率
Figure BDA0002531492800000131
可以与阳极侧的气体压力(PAn)和外部气体压力(pout)之间的压差成比例。外部气体压力(pout)可以是阴极侧的气体压力。具体公式可以如下：
Figure BDA0002531492800000132
其中，C是净化增益值，可以是根据净化周期、净化时净化阀61的打开度、净化阀61的打开时间等来确定的值。
具体地，可以使用下面的公式来计算每种气体的净化率(氮气的净化率
Figure BDA0002531492800000133
蒸气的净化率
Figure BDA0002531492800000134
和氢气的净化率
Figure BDA0002531492800000135
)，
Figure BDA0002531492800000136
Figure BDA0002531492800000137
Figure BDA0002531492800000138
可以预测氢气供应管路20中的初始氮气量和初始蒸气量中的每一个，并且可以计算在阳极侧穿过的氮气量和蒸气量以及净化的氮气量和蒸气量中的每一个，从而基于所预测的初始氮气量、穿过的氮气量和净化的氮气量来计算氢气供应管路20中的当前氮气量，并基于所预测的初始蒸气量、穿过的蒸气量和净化的蒸气量来计算氢气供应管路20中的当前蒸气量。
即，当前氮气量和当前蒸气量可以基于初始量，通过使用上面的公式将扩散率和每单位时间的净化率对时间进行积分来计算。
可以通过从氢气供应管路20中的总气体量中减去当前氮气量和当前蒸气量来计算当前氢气量。
因此，在假设氢气供应管路20中的气体浓度均匀的前提下，可以通过计算氢气供应管路20中的气体量、当前氮气量、当前蒸气量和当前氢气量全部来估计氢气供应管路20中的氢气浓度。
因此，难以基于与氧气的反应估计的氢气浓度可以通过氮气量和蒸气量来计算，从而连续地监测氢气浓度。
此外，在燃料电池10产生电力期间，可以利用燃料电池10的输出电流来估计由于燃料电池10产生电力而消耗的氢气量。即，可以通过对输出电流进行积分来估计由于燃料电池10产生电力而消耗的氢气量，从而估计氢气供应管路20中的氢气量。
再次参照图1，浓度估计单元50可以基于燃料电池10的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量随着所估计的燃料电池10的劣化状态恶化而增加来估计穿过量。
详细地，可以基于燃料电池10的劣化状态来校正用于估计穿过量的扩散系数。扩散系数可以被设置为随着燃料电池10的劣化状态恶化而增大。
在另一实施例中，用于估计穿过量的电解质膜的厚度可以基于燃料电池10的劣化状态而变化。电解质膜的厚度可以被设置为随着燃料电池10的劣化状态恶化而减小。
在另一实施例中，通过将所估计的穿过量乘以基于燃料电池10的劣化状态而设置的比例因子，可以估计穿过量增加。
氢气供应系统可以进一步包括：净化阀61，设置在燃料电池10的出口侧的氢气供应管路20上，并且在打开时将氢气供应管路20内部的气体排放到外部；以及净化控制单元60，基于由浓度估计单元50估计的氢气供应管路20中的氢气浓度来控制净化阀61的打开和关闭。
净化阀61可以由净化控制单元60控制而打开或关闭，并且净化阀61在打开时可以将氢气供应管路20内部的气体排放到外部。在此，“外部”可以是空气供应管路的排出口侧。
净化控制单元60可以设置由浓度估计单元50估计的氢气供应管路20中的氢气浓度的滞后，并且可以执行控制以使得净化阀61分别在下限值处打开并在上限值处关闭。
净化控制单元60可以基于所估计的燃料电池10的劣化状态来改变控制净化阀61打开的频率、周期或在预定时间内打开的次数。
详细地，净化控制单元60可以基于所估计的燃料电池10的劣化状态来改变净化阀61的打开控制。随着燃料电池10的劣化状态恶化，可以增加打开的频率，可以减少打开的周期或者可以增加净化阀61在预定时间内打开的次数。
在一个实施例中，净化控制单元60可以通过改变针对由浓度估计单元50估计的氢气供应管路20中的氢气浓度而设置的滞后来增大下限值。在另一实施例中，净化控制单元60可以在根据氢气供应管路20中的氢气浓度进行净化控制的时间点之前执行净化控制。
根据本公开的示例性实施例的劣化估计单元40、浓度估计单元50和净化控制单元60可以通过被配置为控制车辆的各种组件的操作的算法或被配置为存储与用于再现算法的软件的指令有关的数据的非易失性存储器(未示出)以及被配置为使用存储在相应存储器中的数据执行以下描述的操作的处理器(未示出)来实现。在此，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以单个芯片的形式彼此集成。可以提供一个或多个处理器。
返回参照图2，根据本公开的一个实施例的燃料电池10的氢气供应方法包括：控制氢气供应阀30的打开和关闭，以使得向燃料电池10的阳极侧供应包含氢气的气体的氢气供应管路20中的内部压力变化(S300)；基于氢气供应管路20中的压力变化或氢气供应阀30的打开和关闭控制来估计燃料电池10的劣化状态(S400)；以及通过反映所估计的燃料电池10的劣化状态来估计氢气供应管路20中的氢气浓度(S500)。
在控制氢气供应阀30的打开和关闭(S300)中，可以基于由设置在氢气供应管路20上并感测氢气供应管路20中的压力的压力传感器21感测的氢气供应管路20中的压力(S200)，控制氢气供应阀30打开或关闭。
氢气供应方法可以进一步包括：在控制氢气供应阀30的打开和关闭(S300)之前，保持氢气供应管路20中的目标压力恒定(S120)。
此外，在保持氢气供应管路20中的目标压力恒定(S120)之前，判断燃料电池10是否处于FC停止模式(S110)，并且可以在FC停止模式下控制氢气供应管路20中的目标压力保持恒定。
在估计燃料电池10的劣化状态(S400)中，可以测量氢气供应阀30打开的频率、氢气供应阀30打开的周期或氢气供应阀30在预定时间内打开的次数，并且可以基于所测量的频率、周期或在预定时间内打开的次数来估计燃料电池10内部包括的膜或电极的劣化状态。
在估计燃料电池10的劣化状态(S400)中，可以基于在氢气供应阀30关闭的状态下由压力传感器21感测的氢气供应管路20中的压力变化来估计燃料电池10内部包括的膜或电极的劣化状态。
估计氢气供应管路20中的氢气浓度(S500)可以包括：估计燃料电池10的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量和净化到外部的净化量(S510)；以及通过将所估计的穿过量和净化量反映到氢气供应管路20中的初始浓度来估计氢气供应管路20中的氢气浓度(S520)。在估计穿过量和净化到外部的净化量(S510)中，可以基于燃料电池10的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量随着所估计的燃料电池10的劣化状态恶化而增加来估计穿过量。
氢气供应方法可以进一步包括：在估计氢气供应管路20中的氢气浓度(S520)之后，基于所估计的氢气供应管路20中的氢气浓度来控制净化阀61的打开和关闭(S600)。
在控制净化阀61的打开和关闭(S600)中，可以基于所估计的燃料电池10的劣化状态来改变控制净化阀61打开的频率、周期或在预定时间内打开的次数。
尽管已经参照本公开的特定实施例描述和示出了本公开，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离由所附权利要求书所提供的本公开的技术思想的情况下，可以对本公开进行各种改进和修改。

Claims (18)

1.一种燃料电池的劣化估计系统，包括：
燃料电池，氢气被供应到阳极侧并且氧气被供应到阴极侧以产生电力；
氢气供应管路，连接到所述燃料电池的阳极侧，并且将包含氢气的气体供应到所述燃料电池；
氢气供应阀，设置在所述氢气供应管路和氢气罐之间，在打开时将储存在所述氢气罐中的氢气供应到所述氢气供应管路，并且在关闭时阻断氢气的供应；以及
劣化估计单元，基于所述氢气供应阀的打开和关闭控制或所述氢气供应管路中的压力变化来估计所述燃料电池的劣化状态。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的劣化估计系统，进一步包括：
压力传感器，设置在所述氢气供应管路上，并且感测所述氢气供应管路中的压力，
其中基于由所述压力传感器感测的所述氢气供应管路中的压力来控制所述氢气供应阀打开或关闭。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的劣化估计系统，其中，
所述劣化估计单元测量所述氢气供应阀打开的频率、所述氢气供应阀打开的周期或所述氢气供应阀在预定时间内打开的次数，并且基于所测量的频率、周期或在预定时间内打开的次数来估计所述燃料电池内部包括的膜或电极的劣化状态。
4.根据权利要求1所述的燃料电池的劣化估计系统，进一步包括：
压力传感器，设置在所述氢气供应管路上，并且感测所述氢气供应管路中的压力，
其中所述劣化估计单元基于在所述氢气供应阀关闭的状态下由所述压力传感器感测的所述氢气供应管路中的压力变化来估计所述燃料电池内部包括的膜或电极的劣化状态。
5.根据权利要求1所述的燃料电池的劣化估计系统，其中，
所述劣化估计单元在所述燃料电池停止产生电力的FC停止模式下基于所述氢气供应阀的打开和关闭控制或所述氢气供应管路中的压力变化来估计所述燃料电池的劣化状态。
6.根据权利要求1所述的燃料电池的劣化估计系统，其中，
所述劣化估计单元在所述氢气供应管路中的目标压力保持恒定的状态下基于所述氢气供应阀的打开和关闭控制或所述氢气供应管路中的压力变化来估计所述燃料电池的劣化状态。
7.一种燃料电池的氢气供应系统，所述燃料电池的氢气供应系统包括根据权利要求1所述的燃料电池的劣化估计系统，所述燃料电池的氢气供应系统进一步包括：
浓度估计单元，反映所估计的所述燃料电池的劣化状态来估计所述氢气供应管路中的氢气浓度。
8.根据权利要求7所述的燃料电池的氢气供应系统，其中，
所述浓度估计单元估计所述燃料电池的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量和净化到外部的净化量，通过将所估计的穿过量和净化量反映到所述氢气供应管路中的初始浓度来估计所述氢气供应管路中的氢气浓度，并且基于所述燃料电池的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量随着所估计的所述燃料电池的劣化状态恶化而增加来估计穿过量。
9.根据权利要求7所述的燃料电池的氢气供应系统，进一步包括：
净化阀，设置在所述燃料电池的出口侧的所述氢气供应管路上，并且在打开时将所述氢气供应管路中的气体排放到外部；以及
净化控制单元，基于由所述浓度估计单元估计的所述氢气供应管路中的氢气浓度来控制所述净化阀的打开和关闭。
10.根据权利要求9所述的燃料电池的氢气供应系统，其中，
所述净化控制单元基于所估计的所述燃料电池的劣化状态来改变控制所述净化阀打开的频率、周期或在预定时间内打开的次数。
11.一种燃料电池的氢气供应方法，包括：
控制氢气供应阀的打开和关闭，以使得向所述燃料电池的阳极侧供应包含氢气的气体的所述氢气供应管路中的内部压力变化；
基于所述氢气供应管路中的压力变化或所述氢气供应阀的打开和关闭控制来估计所述燃料电池的劣化状态；以及
通过反映所估计的所述燃料电池的劣化状态来估计所述氢气供应管路中的氢气浓度。
12.根据权利要求11所述的燃料电池的氢气供应方法，其中，
在控制氢气供应阀的打开和关闭中，基于由设置在所述氢气供应管路上并感测所述氢气供应管路中的压力的压力传感器感测的所述氢气供应管路中的压力，控制所述氢气供应阀打开或关闭。
13.根据权利要求11所述的燃料电池的氢气供应方法，进一步包括：
在控制氢气供应阀的打开和关闭之前，保持所述氢气供应管路中的目标压力恒定。
14.根据权利要求11所述的燃料电池的氢气供应方法，其中，
在估计所述燃料电池的劣化状态中，测量所述氢气供应阀打开的频率、所述氢气供应阀打开的周期或所述氢气供应阀在预定时间内打开的次数，并且基于所测量的频率、周期或在预定时间内打开的次数来估计所述燃料电池内部包括的膜或电极的劣化状态。
15.根据权利要求11所述的燃料电池的氢气供应方法，其中，
在估计所述燃料电池的劣化状态中，基于在所述氢气供应阀关闭的状态下由压力传感器感测的所述氢气供应管路中的压力变化来估计所述燃料电池内部包括的膜或电极的劣化状态。
16.根据权利要求11所述的燃料电池的氢气供应方法，其中，
估计所述氢气供应管路中的氢气浓度包括：
估计所述燃料电池的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量和净化到外部的净化量；以及
通过将所估计的穿过量和净化量反映到所述氢气供应管路中的初始浓度来估计所述氢气供应管路中的氢气浓度，
在估计穿过量和净化到外部的净化量中，基于所述燃料电池的阳极侧和阴极侧之间穿过的穿过量随着所估计的所述燃料电池的劣化状态恶化而增加来估计穿过量。
17.根据权利要求11所述的燃料电池的氢气供应方法，进一步包括：
在估计所述氢气供应管路中的氢气浓度之后，基于所估计的所述氢气供应管路中的氢气浓度来控制净化阀的打开和关闭。
18.根据权利要求17所述的燃料电池的氢气供应方法，其中，
在控制净化阀的打开和关闭中，基于所估计的所述燃料电池的劣化状态来改变控制所述净化阀打开的频率、周期或在预定时间内打开的次数。
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