燃料电池系统的控制方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池系统的控制方法和系统。该控制方法包括以下步骤：通过对高压电池充电来消耗燃料电池堆的电压。此外，该方法包括以下步骤：通过将燃料电池负载装置连接到燃料电池堆来消耗燃料电池堆电压，当通过第一消耗过程降低的燃料电池堆电压小于预定的第一参考电压时，执行该步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及燃料电池系统的控制方法和系统，并且更特别地涉及防止燃料电池堆劣化和诊断用于消耗(draining)燃料电池堆残余电压的负载中的故障的燃料电池系统的控制方法。
技术介绍
适用于氢燃料电池车辆，一种类型的环保型车辆的燃料电池系统包括：燃料电池堆，其从反应气体的电化学反应产生电力；氢供给系统，其被配置成向燃料电池堆供给作为燃料的氢；空气供给系统，其被配置成供给包括氧气的气体作为电化学反应的氧化剂；以及热和水管理系统，其被配置成管理水并且通过发射作为其中电化学反应的副产物的热来保持用于驱动的最佳燃料电池堆温度。图1是示出总燃料电池系统的示例性示意图。如图1所示，燃料电池系统100可包括燃料电池堆10、燃料电池负载装置20、鼓风机30、加湿器40、在入口和出口中的空气截止阀35和45、排放阀42、净化阀44、聚水器50、氢再循环装置55、氢供给阀57、散热器60和恒温器(thermostat)65。在入口和出口中的空气截止阀35和45可以防止在燃料电池车辆关闭之后空气流入到燃料电池堆。排放阀42被布置在氢排气管线中，以在阳极除去生成的水，并且净化阀44调节在阳极的氢浓度，并且将氢气排出到空气出口，以稀释空气。在燃料电池车辆被关闭时并且在燃料电池车辆关闭之后，将燃料电池堆10的电压降低以消耗电压的燃料电池负载装置20连接到燃料电池堆10，以除去燃料电池堆10内部的氧。随着燃料电池负载装置20消耗电流，流入燃料电池堆10中的氧气以阳极的残余氢除去。然而，氢不足可能导致氧气不能完全消耗，并且因此唤醒(Wakeup)技术被用于周期性地向阳极供给氢。换句话说，与内燃车辆不同的是，燃料电池系统100需要后处理
过程，其通过在燃料电池车辆关闭之后除去燃料电池堆10内部的残余空气来降低燃料电池堆10的电压。后处理过程防止燃料电池堆10的劣化，以避免暴露于高电压的危险。当电压随着氧气存在于阳极而形成时，碳腐蚀可能发生在阴极。因此，有必要除去在燃料电池堆10内部的氧，并防止氧气的额外流入。当额外的氧气流入到燃料电池堆中时，排出的氧气去除是必要的。因此，当车辆关闭时，系统停止氧供给，特意使用燃料电池负载装置20消耗用于负载电流的残余氧气，并且降低电压。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种燃料电池系统的控制方法和系统，其可以使用电池和燃料电池负载装置减少燃料电池堆的电压，并且可以诊断燃料电池负载装置的损坏。根据本专利技术示例性实施例的一种燃料电池系统的控制方法，可以包括以下步骤：通过对高压电池充电来消耗所述燃料电池堆的电压；以及随着所述电压消耗，当所述燃料电池堆的电压小于预定的第一参考电压(V1)时，通过将燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆来消耗所述燃料电池堆的电压。当不能对所述高压电池充电时，如果检测到燃料电池车辆碰撞，或如果所述燃料电池堆的电压达到预定第一参考电压所需的时间大于预定的第一参考时间周期，则可以停止所述高压电池的充电，并且执行所述第二消耗过程。在以下特定情况下不能所述高压电池充电：当所述高压电池损坏时、当连接到所述高压电池的电力转换器损坏时、当所述高压电池的充电状态(SOC)大于预定的SOC时、以及当用于所述高压电池充电的电源不足时。随着所述燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆，当所述燃料电池堆的电压降低到小于预定的第二参考电压(V2)时，所述第二消耗过程终止。所述控制方法还可以包括以下步骤：基于到所述燃料电池负载装置的连接，调节在所述燃料电池堆和逆变器之间设置的主总线端子电压到可接受的最小电压(V3)，以防止所述燃料电池堆的输出功率被提供给除所述燃料电池负载装置之外的负载，直到所述燃料电池堆的
电压达到预定的第二参考电压(V2)。在调节所述主总线端子电压到可接受最小电压(V3)的步骤中，可以保持所述主总线端子的电压为初始值，并且当所述燃料电池堆的电压达到所述预定的第二参考电压(V2)时，将所述主总线端子的电压降低到可接受的最小电压(V3)。在调节所述主总线端子电压到可接受最小电压(V3)的步骤中，可以保持所述主总线端子的电压大于所述燃料电池堆的电压。另外，调节所述主总线端子电压到可接受最小电压(V3)的步骤可以包括以下步骤：通过在连接到所述燃料电池负载装置之前关闭主继电器，将所述燃料电池堆从主总线端子断开。所述可接受的最小电压(V3)可以小于所述第一参考电压，并且大于用于操作连接到高压电池的电力转换器或连接到主总线端子的高压组件的最小电压。在第一消除步骤之前，所述控制方法，还可以包括以下步骤：在通过向所述燃料电池堆供给空气，将所述燃料电池堆的电压增加到大于所述第一参考电压之后，停止对所述燃料电池堆的空气供给。在第二消耗步骤之前，所述的控制方法，还可以包括以下步骤：通过关闭主继电器，将所述燃料电池堆从设置在所述燃料电池堆和所述逆变器之间的主总线端子断开。根据本专利技术的另一示例性实施例的一种燃料电池系统的控制方法，可以包括以下步骤：将燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆；以及诊断所连接的所述燃料电池负载装置的操作。另外，诊断所述燃料电池负载装置的操作的步骤可以包括：基于选自如下项的至少一个，诊断所述燃料电池负载装置的操作：来自所述燃料电池堆的电流输出、在所述燃料电池负载装置内流动的电流、和在所述燃料电池堆的电压的降低速度。诊断所述燃料电池负载装置的操作的步骤可以包括以下步骤：当在设定电流值和在所述燃料电池负载装置中流动的电流值之间的差，或在所述设定电流值和所述燃料电池堆的输出电流值之间的差分别大于预定公差时，由所述控制器诊断所述燃料电池负载装置的损坏，其中所述设定电流值是基于所述燃料电池堆的电压和所述燃料电池负载装置的电阻值两者计算的。可以基于被配置成感测在所述燃料电池负载装置中流动的电流值的传感器的分辨率，和被配置成感测所述燃料
电池堆的输出电流值的传感器的分辨率，分别预定所述公差。基于所述燃料电池堆的电压的降低速度，诊断所述燃料电池负载装置的操作的步骤可以包括以下步骤：基于在所述燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆之后所述燃料电池堆的电压达到特定电压所需的时间，和在所述燃料电池负载装置的正常操作下所述燃料电池堆的电压达到所述特定电压所需的参考时间两者，诊断所述燃料电池负载装置的操作。所述参考时间可以基于车辆速度、空气流入量、所述燃料电池堆的水含量、所述燃料电池堆内部的渗透状态和当所述燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆时的所述燃料电池堆的电压来改变。基于所述燃料电池堆的电压的降低速度，诊断所述燃料电池负载装置的操作的步骤可以包括以下步骤：基于在所述燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆之后经过了特定时间周期时的所述燃料电池堆的电压、和在所述燃料电池负载装置的正常操作下在特定时间周期之后所述燃料电池堆达到的参考电压两者，诊断所述燃料电池负载装置的操作。所述参考电压可以基于车辆速度、空气流入量、所述燃料电池堆的水含量、所述燃料电池堆内部的渗透状态和当所述燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆时的所述燃料电池堆的电压来改变。另外，当所述燃料电池堆的电压大于预定电压时，可以基于选自如下项的至少一个，执行对所述燃料电池负载装置的操作的诊断：来自所述燃料电池堆的电流输出、和在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统的控制方法，包括以下步骤：由控制器通过对高压电池充电来消耗所述燃料电池堆的电压；以及随着电压消耗，当所述燃料电池堆的电压小于预定的第一参考电压(V1)时，由所述控制器通过将燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆来消耗所述燃料电池堆的电压。

【技术特征摘要】
2014.11.07 KR 10-2014-01541141.一种燃料电池系统的控制方法，包括以下步骤：由控制器通过对高压电池充电来消耗所述燃料电池堆的电压；以及随着电压消耗，当所述燃料电池堆的电压小于预定的第一参考电压(V1)时，由所述控制器通过将燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆来消耗所述燃料电池堆的电压。2.根据权利要求1所述的控制方法，其中当不能对所述高压电池充电时，如果检测到燃料电池车辆碰撞，或如果所述燃料电池堆的电压达到预定第一参考电压所需的时间大于预定的第一参考时间周期，则停止所述高压电池的充电，并且执行所述第二消耗过程。3.根据权利要求2所述的控制方法，其中在以下特定情况下不能对所述高压电池充电：当所述高压电池损坏时、当连接到所述高压电池的电力转换器损坏时、当所述高压电池的充电状态(SOC)大于预定的SOC时、以及当用于所述高压电池充电的电源不足时。4.根据权利要求1所述的控制方法，其中在所述燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆时，当所述燃料电池堆的电压降低到小于预定的第二参考电压(V2)时，所述第二消耗过程终止。5.根据权利要求1所述的控制方法，还包括以下步骤：由所述控制器基于到所述燃料电池负载装置的连接，调节在所述燃料电池堆和逆变器之间设置的主总线端子的电压到可接受的最小电压(V3)，以防止所述燃料电池堆的输出功率被提供给除所述燃料电池负载装置之外的负载，直到所述燃料电池堆的电压达到预定的第二参考电压(V2)。6.根据权利要求5所述的控制方法，其中在调节所述主总线端子
\t电压到可接受最小电压(V3)的步骤中，保持所述主总线端子的电压为初始值，并且当所述燃料电池堆的电压达到所述预定的第二参考电压(V2)时，将所述主总线端子的电压降低到可接受的最小电压(V3)。7.根据权利要求5所述的控制方法，其中在调节所述主总线端子的电压到可接受最小电压(V3)的步骤中，保持所述主总线端子的电压大于所述燃料电池堆的电压。8.根据权利要求5所述的控制方法，其中调节所述主总线端子的电压到可接受最小电压(V3)的步骤包括以下步骤：由所述控制器通过在连接到所述燃料电池负载装置之前关闭主继电器，将所述燃料电池堆从主总线端子断开。9.根据权利要求5所述的控制方法，其中所述可接受的最小电压(V3)小于所述第一参考电压，并且大于用于操作连接到所述高压电池的电力转换器或连接到主总线端子的高压组件的最小电压。10.根据权利要求1所述的控制方法，还包括以下步骤：由所述控制器，在通过向所述燃料电池堆供给空气，将所述燃料电池堆的电压增加到大于所述第一参考电压之后，停止对所述燃料电池堆的空气供给。11.根据权利要求1所述的控制方法，还包括以下步骤：由所述控制器，通过关闭主继电器，将所述燃料电池堆从设置在所述燃料电池堆和所述逆变器之间的主总线端子断开。12.根据权利要求5所述的控制方法，其中所述可接受的最小电压(V3)小于第一参考电压，并且大于用于操作连接到所述高压电池的电力转换器或连接到主总线端子的高压组件的最小电压。13.根据权利要求6所述的控制方法，其中所述可接受的最小电压
\t(V3)小于第一参考电压，并且大于用于操作连接到所述高压电池的电力转换器或连接到主总线端子的高压组件的最小电压。14.根据权利要求7所述的控制方法，其中所述可接受的最小电压(V3)小于第一参考电压，并且大于用于操作连接到所述高压电池的电力转换器或连接到主总线端子的高压组件的最小电压。15.一种燃料电池系统的控制方法，包括以下步骤：由控制器将燃料电池负载装置连接到所述燃料电池堆；以及由所述控制器诊断所连接的所述燃料电池负载装置的操作；其中诊断所述燃料电池负载装置的操作的步骤包括：基于选自如下项的至少一个，诊断所述燃料电池负载装置的操作：来自所述燃料电池堆的电流输出、在所述燃料电池负载装置内流动的电流、和在所述燃料电池堆的电压的降低速度。16.根据权利要求15所述的控制方法，其中诊断所述燃料电池负载装置的操作的步骤包括以下步骤：当在设定电流值和在所述燃料电池负载装置中流动的电流值之间的差，或在所述设定电流值和所述燃料电池堆的输出电流值之间的差分别大于预定公差时，由所述控制器诊断所述燃料电池负载装置的损坏，其中所述设定电流值是基于所述燃料电池堆的电压和所述燃料电池负载装置的电阻值两者计算的。17.根据权利要求16所述的控制方法，其中基于被配置成感测在所述燃料电池负载装置中流动的电流值的传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：权相旭，李南遇，尹圣坤，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR