用于燃料电池堆的诊断和热管理系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于燃料电池堆的诊断和热管理系统。本文中提供的用于燃料电池堆的诊断和热管理系统包括通过测量燃料电池堆的电压和电流诊断并且分析燃料电池堆的状态的诊断控制分析仪。同样，AC信号发生器产生诊断AC信号，并且AC分量驱动元件使得AC分量包括在燃料电池堆的电流中。此外，当AC分量驱动元件的温度等于或大于预定温度时，热电元件被驱动作为吸热装置；并且当AC分量驱动元件的温度小于预定温度时，热电元件被驱动作为发热装置，从而管理在AC分量驱动元件中产生的热。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种用于燃料电池堆的诊断和热管理系统。本文中提供的用于燃料电池堆的诊断和热管理系统包括通过测量燃料电池堆的电压和电流诊断并且分析燃料电池堆的状态的诊断控制分析仪。同样，AC信号发生器产生诊断AC信号，并且AC分量驱动元件使得AC分量包括在燃料电池堆的电流中。此外，当AC分量驱动元件的温度等于或大于预定温度时，热电元件被驱动作为吸热装置；并且当AC分量驱动元件的温度小于预定温度时，热电元件被驱动作为发热装置，从而管理在AC分量驱动元件中产生的热。【专利说明】用于燃料电池堆的诊断和热管理系统相关申请的引用本申请要求于2012年12月27日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2012-0155396的优先权和权益，通过引用将其全部内容并入本文中。
本专利技术涉及可以诊断燃料电池堆(fuel cell stack)并且有效地管理由诊断过程产生的热的用于燃料电池堆的诊断和热管理系统。
技术介绍
燃料电池是通过与氧气或另外的氧化剂的化学反应而将来自燃料的化学能转化为电的装置。氢是最常见的燃料，但是有时使用烃类如天然气和醇类如甲醇。燃料电池与蓄电池的不同之处在于它们需要恒定的燃料和氧气来源以运转，但是只要提供这些输入，它们就可以不断地产生电。燃料电池可以应用于提供工业、家庭、以及车辆驱动力以及应用于为小型电气/电子产品提供动力。例如，可以给予车辆动力的方式之一是通过燃料电池系统如聚合物电解质膜燃料电池或质子交换膜燃料电池(PEMFC)。这些类型的燃料电池在较低的操作温度下具有较高的功率密度、快速起动时间和快速功率转换反应时间。PEMFC通常包括其中发生电化学反应的催化剂电极层附着至氢离子在其中移动的固态聚合物电解质膜的两侧的膜电极组件(MEA)。同样包括在PEMFC中的是均匀分布反应气体并且通过电池传递产生的电能的气体扩散层(⑶L)。通常，还提供衬垫和啮合装置。啮合装置保持适当的啮合压力和反应气体的气密性和冷却剂。同样，还提供了双极板以通过电池移动反应气体和冷却剂。当装配燃料电池堆时，气体扩散层和MEA设置在电池中间。因此，MEA的催化剂电极层，即，其上施加了催化剂施加以使氢气和氧气可以在聚合物电解质膜的两个表面反应的阳极(负极)和阴极(正极)，位于MEA的外表面上。然后，气体扩散层和衬垫分别堆叠在阳极和阴极的顶部上。在气体扩散层的外表面上，供给反应气体(通常，作为燃料的氢气和作为氧化剂的氧气或空气)，并且将具有冷却剂通过的流场的双极板放置在其上。通过在单元电池中形成这种结构，在堆叠多个单元电池之后，将用于支撑集电器(集电体，集流体)的端板、绝缘板、以及堆电池耦合(附接)在叠层的最外表面上。通过在端板之间反复堆叠和啮合单元电池，可以形成燃料电池堆。为了获得用于待操作的车辆所必需的电势(电压，电位)，单元电池应当依照必需的电势堆叠以便确保通过电池输出足够的电势。通过每个单位电池产生的电势通常为约1.3V。因此，为了产生驱动车辆所必需的动力，大量的电池必须串联堆叠。因此，确定在故障过程中哪个电池不适当地工作可以是耗时并且有时是困难的。因此，燃料电池车辆需要诊断系统以识别和确定单个单元的故障。图1是根据传统技术的示例性实施方式的燃料电池堆的诊断系统的示意图。参照图1，根据传统技术的示例性实施方式的燃料电池堆的诊断系统包括:将诊断AC电流注入到燃料电池堆10中的交流(AC)电流注入器20以及通过分析由注入诊断AC电流引起的AC电流变化而对燃料电池堆10进行诊断的诊断分析仪30。由于这些类型的诊断系统通常通过诊断AC电流信号的总谐波失真分析(THDA)进行诊断，因此诊断分析仪30通常包括谐波分析仪。当通过AC电流注入器20将诊断AC电流Iac注入到燃料电池堆10中时，诊断AC电流Iac与燃料电池堆10的电流I Jft叠力口。因此，诊断AC电流Iac分量也包括在流向负载40的电流I M中。当燃料电池堆10的电流I _和AC电流注入器20的诊断AC电流Iac叠加并且从而到达负载40时，诊断分析仪30检测来自燃料电池堆10的电压，变换并分析检测电压的频率，并且诊断燃料电池堆10的状态和/或故障。然而，为了防止与来自燃料电池堆10的DC电流碰撞，传统技术的示例性实施方式的诊断系统的AC电流注入器20还通常包括去耦电容器(CO。由于AC电流注入器20的CT应当通过较低频率的AC电流，因此CT应当具有相当大的容量。因此，通过并联连接多个小容量电容器(CN)而形成AC电流注入器20的CT。然而，由于需要大量的这些电容器，因此CT的总尺寸和成本比大多数汽车制造商所期望的要大。此外，当AC电流注入器20的诊断AC电流通过CT时，诊断AC信号可以失真，因此不可以进行精确诊断。本
技术介绍
部分中公开的上述信息仅为加强对本专利技术的
技术介绍
的理解，并且因此，其可包含并未形成本国中本领域普通技术人员已经已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术已经在致力于提供燃料电池堆的诊断和热管理系统，通过将AC诊断信号施加至功率晶体管的基极以便使来自燃料电池堆的部分电流可以以正弦波的形式流动通过功率晶体管，所述诊断和热管理系统能够经济地诊断燃料电池堆而在使用更简化的结构时不存在AC电流的失真，并且当诊断燃料电池堆时，通过在诊断时使用热电元件(热电偶)有效地管理功率晶体管中产生的热(例如，在夏季，使用热电元件作为吸热装置，而在冬季，使用热电元件作为发热装置(放热装置))，也能够有效进行热管理。本专利技术的示例性实施方式提供了燃料电池堆的诊断和热管理系统。更具体地，被构造成通过测定燃料电池堆的电压和电流来诊断并分析燃料电池堆的状态的诊断控制分析仪。AC信号发生器被构造成根据从诊断控制分析仪接收控制命令(控制指令)/信号而产生诊断AC信号。可以根据从AC信号发生器输出的AC信号来驱动AC分量驱动元件以在燃料电池堆的电流中包括用于诊断的AC分量。同样，当AC分量驱动元件的温度等于或大于预订温度时，热电元件可以被操作作为吸热装置t，并且当AC分量驱动元件的温度小于预订温度时，热电元件可以被操作作为发热装置，从而管理在AC分量驱动元件中产生的热。因此，在本专利技术的一些示例性实施方式中，AC分量驱动元件可以是功率晶体管。此外，诊断和热管理系统可以进一步包括控制热电元件的热电元件控制器(热电偶控制器)，并且温度传感器可以检测功率晶体管的温度。在这种实施方式中，热电元件控制器可以根据通过温度传感器检测的功率晶体管的温度控制热电元件。特别地，当通过温度传感器检测的功率晶体管的温度等于或大于预定温度时，热电元件控制器可以操作热电元件作为吸热装置；并且当通过温度传感器检测的功率晶体管的温度小于预定温度时，热电元件控制器可以操作热电元件作为发热装置。如以上所描述的，根据本专利技术的示例性实施方式，通过将诊断AC信号施加至功率晶体管的基极以使燃料电池堆的部分电流可以以正弦波形的形式流动通过功率晶体管，可以经济地诊断燃料电池堆而不存在通过简单结构的AC电流的失真。同样，在运行诊断过程时通过使用热电元件有效地管理在功率晶体管中产生的热(例如，在夏季，使用热电元件作为吸热装置；而在冬季，使用热电元件作为发热装置)，在诊断燃料电池堆的同时可以有效地进行热管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池堆的诊断和热管理系统，包括：诊断控制分析仪，被构造成通过测量所述燃料电池堆的电压和电流来诊断并分析所述燃料电池堆的状态；AC信号发生器，被构造成在从所述诊断控制分析仪接收到控制命令时产生诊断AC信号；以及AC分量驱动元件，被构造成根据从所述AC信号发生器输出的所述诊断AC信号而被驱动从而在来自所述燃料电池堆的所述电流中包括诊断AC分量；以及热电元件，当所述诊断AC分量驱动元件的温度等于或大于第一预定温度时被驱动作为吸热装置，并且当所述诊断AC分量驱动元件的温度小于第二预定温度时被驱动作为发热装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑贵成，金世勋，金亿洙，朴铉硕，李镕贤，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，江南大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR