用于诊断燃料电池堆的状态的方法和系统技术方案

本申请公开了用于诊断燃料电池堆的状态的方法和系统。一种用于将燃料电池堆的状态诊断为沾污的方法包括：测量燃料电池堆在预定低频率和预定高频率下的阻抗；在预定高频率下的阻抗低于第一临界点并且预定低频率下的阻抗高于第二临界点时，增加提供至燃料电池堆的燃料或氧化剂的量；重新测量燃料电池堆在预定低频率下的阻抗；并且在重新测量的步骤中测量的预定低频率下的阻抗高于第二临界点时确定燃料电池堆沾污。

【技术实现步骤摘要】
用于诊断燃料电池堆的状态的方法和系统
本公开涉及用于检测燃料电池的沾污的技术，更具体地，涉及用于通过测量燃料电池堆在高频率和低频率下的阻抗而诊断燃料电池堆的状态是受到沾污的方法和系统。
技术介绍
燃料电池系统是将燃料的化学能直接转变成电力的发电系统。燃料电池系统包括产生电力的燃料电池堆；为燃料电池堆提供燃料(即，氢)的燃料供应单元；为燃料电池堆提供用作氧化剂的空气(即，氧)的空气供应单元，需要氧化剂来产生电化学反应；以及从燃料电池堆排出热量并控制燃料电池堆的运行温度的热量和水管理单元。燃料电池堆通过氢(燃料)和氧(空气)之间的电化学反应产生电力并且同时产生需要被排出燃料电池堆之外的副产物(热量和水)。适合用于燃料电池车辆的燃料电池堆包括布置成行的许多单个电池。每个单个电池包括布置在中心的膜电极组件(MEA)。MEA包括允许质子穿过其中的电解质膜。用作氢和氧彼此反应所在的阴极和阳极的催化剂层设置在电解质膜的各个表面上。气体扩散层(GDL)布置在催化剂层的表面上。具有提供至阳极和阴极的燃料和空气通过其中的各个流场(流道)的隔板布置在GDL的表面上。端板布置在单个电池的各个端部以将所有的元件牢固的结合。在燃料电池堆中，氢和氧借助于催化剂层进行化学反应从而被离子化。然后，发生氧化反应以便在提供有氢的燃料电极处产生质子(氢离子)和电子，并且发生包括氢离子和氧离子的还原反应以便在提供有空气的空气电极处产生水。用于燃料电池的典型的电极催化剂由碳材料制成的催化剂载体和辅催化剂(诸如，Ru、Co、Cu等)组成。氢被提供至阳极(也称为“氧化电极”)并且氧(空气)被提供至阴极(也称为“还原电极”)。提供至阳极的氢通过布置在电解质膜的相应的表面上的电极层上的催化剂而分离成质子H+和电子e-。在质子和电子之中，仅质子可以有选择地穿过称为质子交换膜的电解质膜并且可以到达阴极，而电子移动通过GDL(导电层)和隔板到达阴极。通过电解质膜到达阴极的氢离子和通过隔板到达阴极的电子与包含于由空气供应单元提供至阴极的空气中的氧结合，从而产生水。在这点上，氢离子的移动产生沿着外部导线流动的电流，并且除了水以外，还伴随产生热量作为副产物。对于燃料电池系统，燃料电池堆会由于各种原因而导致其性能劣化。因此，需要用于确定燃料电池堆的性能劣化的原因的技术。燃料电池堆的性能劣化的潜在原因包括燃料电池堆的浸水、干燥和沾污。例如，在燃料电池堆的性能劣化的原因被错误确定为浸水而实际原因是燃料电池堆被沾污时，增加空气的流动速率的操作控制被执行以解决恶化燃料电池堆的干燥的浸水问题。就是说，没有采用合适的措施，因而不能解决燃料电池堆的问题，并且可能造成新的问题。因此，重要的是准确并精确地诊断燃料电池堆的状态以确定燃料电池堆的性能劣化的原因，从而在燃料电池系统出现问题时可以采取合适的措施来解决燃料电池堆的问题。上述内容仅旨在帮助理解本公开的
技术介绍
，而并非旨在意指本公开落在已为本领域中技术人员所知的相关技术的范围内。
技术实现思路
因此，创作本公开以致力于解决在相关技术中发生的以上问题，并且本公开旨在提出用于诊断燃料电池堆的状态的方法和系统，该方法和系统通过测量燃料电池堆在高频率和低频率下的阻抗来确定燃料电池堆的性能劣化的原因。为了实现以上目标，根据本公开的一个方面，提供一种用于将燃料电池堆的状态诊断为沾污的方法，该方法包括：测量燃料电池堆在预定低频率和预定高频率下的阻抗；在预定高频率下的阻抗低于第一临界点并且在预定低频率下的阻抗高于第二临界点时，增加提供至燃料电池堆的燃料或氧化剂的量；重新测量燃料电池堆在预定低频率下的阻抗；并且在重新测量中测量的预定低频率下的阻抗高于第二临界点时确定燃料电池堆被沾污。该方法可以进一步包括在测量中测量的预定高频率下的阻抗高于第一临界点时，确定燃料电池堆是干燥(dry)的。该方法可以进一步包括在测量中测量的预定高频率下的阻抗低于第一临界点并且在测量中测量的预定低频率下的阻抗低于第二临界点时，确定燃料电池堆是正常的。该方法可以进一步包括在重新测量中测量的预定低频率下的阻抗低于第二临界点时，确定燃料电池堆浸水。为了实现本公开的以上目标，根据另一方面，提供一种用于将燃料电池堆的状态诊断为沾污的方法，该方法包括：测量燃料电池堆在预定低频率和预定高频率下的阻抗；在阻抗的测量中测量的预定高频率下的阻抗低于第一临界点并且阻抗的测量中测量的预定低频率下的阻抗高于第二临界点时，增加提供至燃料电池堆的燃料或氧化剂的量；测量燃料电池堆的输出电压；并且在输出电压的测量中测量的输出电压没有从紧接在进行阻抗的测量之前输出的燃料电池堆的输出电压增加预定临界电压水平时，确定燃料电池堆沾污。该方法可以进一步包括在阻抗的测量中测量的预定高频率下的阻抗高于第一临界点时，确定燃料电池堆干燥。该方法可以进一步包括在阻抗的测量中测量的预定高频率下的阻抗低于第一临界点并且预定低频率下的阻抗低于第二临界点时，确定燃料电池堆是正常的。该方法可以进一步包括在输出电压的测量中测量的输出电压没有从紧接在进行阻抗的测量之前输出的燃料电池堆的输出电压增加预定临界电压水平时，确定燃料电池堆浸水。为了实现本公开的目标，根据另一方面，提供一种用于将燃料电池堆的状态诊断为沾污的系统，该系统包括：阻抗测量计，测量燃料电池堆在预定高频率和预定低频率下的阻抗；以及控制器，根据燃料电池堆在预定高频率下的阻抗和燃料电池堆在预定低频率下的阻抗，诊断燃料电池堆的状态，通过阻抗测量计测量阻抗，其中控制器接收预定高频率下的阻抗和预定低频率下的阻抗，阻抗通过阻抗测量计测量；当预定高频率下的阻抗低于第一临界点并且在预定低频率下的阻抗高于第二临界点时，控制器进行增加提供至燃料电池堆的燃料或氧化剂的量的操作控制；控制器在进行增加提供至燃料电池堆的燃料或氧化剂的量的操作控制之后，接收燃料电池堆在预定低频率下的阻抗，并且控制器在重新测量的预定低频率下的阻抗高于第二临界点时确定燃料电池堆沾污。为了实现本公开的目标，根据另一方面，提供一种用于将燃料电池堆的状态诊断为沾污的系统，该系统包括：阻抗测量计，测量燃料电池堆在预定高频率和预定低频率下的阻抗；以及控制器，根据预定高频率下的阻抗和预定低频率下的阻抗诊断燃料电池堆的状态，其中控制器接收预定高频率下的阻抗和预定低频率下的阻抗，阻抗通过阻抗测量计测量；在预定高频率下的阻抗低于第一临界点并且在预定低频率下的阻抗高于第二临界点时，控制器进行增加提供至燃料电池堆的燃料或氧化剂的量的操作控制；控制器在进行增加提供至燃料电池堆的燃料或氧化剂的量的操作控制之后，接收通过电压表测量的燃料电池堆的输出电压；并且控制器在测量的输出电压没有从紧接在测量预定高频率下的阻抗和预定低频率下的阻抗之前通过电压表测量的燃料电池堆的输出电压增加预定临界电压水平时确定燃料电池堆沾污。根据本公开的用于诊断燃料电池堆沾污的方法和系统具有以下优点。在燃料电池堆的操作性能劣化时，可以精确并准确地确定燃料电池堆的性能劣化的原因，尤其在劣化可归因于燃料电池堆的沾污时，从而使得操作者能够采用合适的措施来解决问题。此外，可以防止燃料电池堆经受以下不良情况，即对燃料电池堆的问题诊断不准确之后采取不合适的措施所导致的不良情况。例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将燃料电池堆的状态诊断为沾污的方法，包括以下步骤：测量所述燃料电池堆在预定低频率和预定高频率下的阻抗；在所述预定高频率下的阻抗低于第一临界点并且所述预定低频率下的阻抗高于第二临界点时，增加提供至所述燃料电池堆的燃料或氧化剂的量；重新测量所述燃料电池堆在所述预定低频率下的阻抗；并且在所述重新测量的步骤中测量的所述预定低频率下的阻抗高于所述第二临界点时，确定所述燃料电池堆沾污。

【技术特征摘要】
2015.12.09 KR 10-2015-01747461.一种用于将燃料电池堆的状态诊断为沾污的方法，包括以下步骤：测量所述燃料电池堆在预定低频率和预定高频率下的阻抗；在所述预定高频率下的阻抗低于第一临界点并且所述预定低频率下的阻抗高于第二临界点时，增加提供至所述燃料电池堆的燃料或氧化剂的量；重新测量所述燃料电池堆在所述预定低频率下的阻抗；并且在所述重新测量的步骤中测量的所述预定低频率下的阻抗高于所述第二临界点时，确定所述燃料电池堆沾污。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在所述测量步骤中测量的所述预定高频率下的阻抗高于所述第一临界点时，确定所述燃料电池堆是干燥的。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在所述测量步骤中测量的所述预定高频率下的阻抗低于所述第一临界点并且在所述测量步骤中测量的所述预定低频率下的阻抗低于所述第二临界点时，确定所述燃料电池堆是正常的。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在所述重新测量的步骤中测量的所述预定低频率下的阻抗低于所述第二临界点时，确定所述燃料电池堆浸水。5.一种用于将燃料电池堆的状态诊断为沾污的方法，包括以下步骤：测量所述燃料电池堆在预定低频率和预定高频率下的阻抗；在所述测量阻抗的步骤中测量的所述预定高频率下的阻抗低于第一临界点并且在所述测量阻抗的步骤中测量的所述预定低频率下的阻抗高于第二临界点时，增加提供至所述燃料电池堆的燃料或氧化剂的量；测量所述燃料电池堆的输出电压；并且在所述测量输出电压的步骤中测量的输出电压并未从紧接在进行阻抗的测量之前输出的所述燃料电池堆的输出电压增加了预定临界电压水平时，确定所述燃料电池堆沾污。6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括以下步骤：在所述测量阻抗的步骤中测量的所述预定高频率下的阻抗高于所述第一临界点时，确定所述燃料电池堆是干燥的。7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括以下步骤：在所述测量阻抗的步骤中测量的所述预定高频率下的阻抗低于所述第一临界点并且在所述测量阻抗的步骤中测量的所述预定低频率下的阻抗低于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮贤英，郑贵成，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR