燃料电池系统的控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池系统的控制方法和系统。提供了一种燃料电池系统的控制方法和系统。该控制方法包括，在燃料电池车辆行驶中燃料电池的发电被停止时，由控制器检测燃料电池组的电压。此外，基于检测到的电压的变化来调整阳极侧处的氢气供给压力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及燃料电池系统的控制方法和系统，并且更具体地涉及当停止燃料电池的发电时改变氢气供给压力的燃料电池系统的控制方法和系统。
技术介绍
适用于氢燃料电池车辆(一种环保类型的车辆)的燃料电池系统是由下列各项组成的：燃料电池组(fuel cell stack)，其从反应气体的电化学反应生成电力；氢气供给系统，其被配置为将氢气作为燃料供给到燃料电池组；空气供给系统，其被配置为供给包含氧气的气体，作为电化学反应中的氧化剂；以及热和水管理系统，其被配置为管理水并通过放热维持用于驱动的最佳燃料电池组温度，该热是电化学反应中的副产物。图1是示出整体的燃料电池系统的示例性视图。如图1中所示，燃料电池系统100包括燃料电池组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、排水阀42、排气阀44、脱水器50、氢气再循环装置55、氢气供给阀57、散热器60和恒温器65。在入口和出口中的空气截止阀35和45可以防止空气在燃料电池车辆关闭之后流入到燃料电池组。排水阀42被设置在氢气排气管路内，以除去在阳极处生成的水，并且排气阀44调整在阳极处的氢气浓度，并将氢气排放到空气出口以稀释空气。此外，降低燃料电池组10的电压以耗尽该电压的燃料电池负载装置20连接到燃料电池组10，以在燃料电池车辆正在关闭时以及在燃料电池车辆已经关闭之后，除去燃料电池组10内的氧气。随着燃料电池负载装置20消耗电流，流入燃料电池组10中的氧气与在阳极处聚集的残留的氢气一起被除去。然而，氢气不足可能妨碍氧气的完全消耗，并且因此使用唤醒技术(Wakeup technique)来周期性地将氢
气供给到阳极。当停止燃料电池的发电时(FC STOP)，应当通过阳极压力控制来降低从阳极到阴极的氢气交换(crossover)量，以符合排气法规。因此，需要一种用于降低氢气交换量的方法。
技术实现思路
因此，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，该系统在停止燃料电池的发电时通过改变氢气供给压力来最小化氢气交换。特别地，根据本专利技术的示例性实施例的燃料电池系统的控制方法可以包括：当燃料电池车辆行驶中停止燃料电池的发电时，检测燃料电池组的电压；以及基于检测到的电压的变化来调整阳极侧处的氢气供给压力。当停止燃料电池的发电之后燃料电池组的电压小于预定的参考电压时，可以执行对氢气供给压力的调整。预定的参考电压可以是当停止燃料电池的发电之后燃料电池组的电压已经被负载强行减小时的电压。此外，氢气供给压力的调整还可以包括将连接在燃料电池组的输出侧处的主总线端子的电压调整到大于燃料电池组的电压。在调整氢气供给压力之前还可以包括切断向燃料电池组供给空气。此外，对阳极侧处的氢气供给压力进行调整可以包括，当燃料电池组的电压由于空气流入到燃料电池组而增加时，增加氢气供给压力。对阳极侧处的氢气供给压力进行调整还可以包括，随着燃料电池组的电压被降低，减小氢气供给压力。调整阳极侧处的氢气供给压力基于燃料电池组的电压的变化，用迟滞范围调整氢气供给压力。燃料电池系统的控制方法还可以包括：将预设的参考时间段与用于调整阳极侧处的氢气供给压力的处理时间进行比较；以及当处理时间大于基于降低的氢气供给压力的预设的参考时间段时，在重启燃料电池的发电时用氢气进一步净化阳极。执行进一步净化的次数可以与超过预设的参考时间段的处理时间成比例。进一步地，燃料电池系统的控制方法可以包括：将预设的参考压力与如下压力之间的差的时间积分进行比较，该差是通过调整氢气供给压力而被减小的氢气供给压力和燃料电池的发电被停止时的初始氢气供给压力；以及当该积分大于预设的参考压力时，在重启燃料电池的发电时用氢气进一步净化阳
极。执行进一步净化的次数可以与该积分和预设的参考压力之间的差成比例。此外，可以将氮的预设量与通过调整氢气供给压力而移入阳极侧的氮的转移速率的时间积分进行比较；以及当该积分值大于氮的预设量时，在重启燃料电池的发电时用氢气进一步净化阳极。执行进一步净化的次数可以与该积分和氮的预设量之间的差成比例。随着氢气供给压力通过重启燃料电池的发电而被增加，在阳极侧处的氢气的量达到目标量之后，可以向阴极供给空气。在向阴极供给空气之后，可以执行用氢气进一步净化阳极。在阳极侧处的氢气的量达到目标量之前，将连接在燃料电池组的输出侧处的总主线端子的电压调整到大于燃料电池组的电压。燃料电池系统的控制方法还可以包括：将预设的参考时间段与用于调整阳极侧处的氢气供给压力的处理时间进行比较；以及如果处理时间大于基于减小的氢气供给压力的预设的参考时间段，则在重启燃料电池的发电时，在预定的时间段期间增加氢气供给压力。超过预设的参考时间段的处理时间可以与预定的时间段和增加的氢气供给压力两者中的至少一个成比例。还可以将预设的参考压力与如下压力之间的差的时间积分进行比较，该差是通过调整氢气供给压力而被减小的氢气供给压力和燃料电池的发电被停止时的初始氢气供给压力之间的差；以及当该积分大于预设的参考压力时，在重启燃料电池的发电时，在预定的时间段期间增加氢气供给压力。该积分和预设的参考压力之间的差可以与预定的时间段和增加的氢气供给压力两者中的至少一个成比例。此外，可以将氮的预设量与通过调整氢气供给压力而移入阳极侧的氮的转移速率的时间积分进行比较，以及如果该积分大于氮的预设量，则在重启燃料电池的发电时，可以在预定的时间段期间增加氢气供给压力。该积分和氮的预设量之间的差可以与预定的时间段和增加的氢气供给压力中的至少一个成比例。氮的转移速率可以取决于以下当中的至少一个：燃料电池组的潮湿状态、燃料电池组的电压、以及通过调整氢气供给压力而被降低的氢气供给压力和燃料电池的发电被停止时的初始氢气供给压力之间的
差。随着燃料电池组的潮湿状态增加、燃料电池组的温度增加、燃料电池组的电压降低、以及通过调整氢气供给压力而被减小的氢气供给压力和燃料电池的发电被停止时的初始氢气供给压力之间的差增加，可以增加氮的转移速率。该积分可以具有上限，当注入冲压空气流时可以增加该上限。也可以在该积分大于预设值时执行重启燃料电池的发电。在增加氢气供给压力之后，还可以包括用氢气进一步净化。当处理时间大于预设的参考时间段时，可以执行重启燃料电池的发电。可以在完成用氢气进一步净化之后，完成重启燃料电池的发电。根据本专利技术的示例性实施例的燃料电池系统的控制方法在停止燃料电池的发电时，通过调整燃料电池的氢气供给压力，可以最小化氢气交换。通过最小化氢气交换，可以提高燃料效率并且可以减少废气。当重启燃料电池的发电时，由于可以增加氢气供给压力并且接着可以用氢气净化阳极，因此可以除去阳极处的氮。附图说明结合附图根据以下具体实施方式，将更清楚地理解本专利技术的上述目标、特征和优点以及其它目标、特征和优点，其中：图1是示出根据相关技术的整体的燃料电池系统的示例性视图；图2是根据本专利技术的示例性实施例的燃料电池系统的电力网的示例性方框图；图3A和图3B是根据本专利技术的示例性实施例示出当停止燃料电池的发电时氢气供给压力根据燃料电池组的电压而变化的示例性曲线图；图4是根据本专利技术的示例性实施例示出燃料电池控制方法的示例性视图，在该方法中，根据用于减小氢气供给压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统的控制方法，其包括以下步骤：当燃料电池车辆行驶中停止燃料电池的发电时，由控制器检测燃料电池组的电压；以及基于检测到的电压的变化，由所述控制器调整阳极侧处的氢气供给压力。

【技术特征摘要】
2014.12.09 KR 10-2014-01760031.一种燃料电池系统的控制方法，其包括以下步骤：当燃料电池车辆行驶中停止燃料电池的发电时，由控制器检测燃料电池组的电压；以及基于检测到的电压的变化，由所述控制器调整阳极侧处的氢气供给压力。2.根据权利要求1所述的控制方法，其中当停止所述燃料电池的发电之后所述燃料电池组的电压小于预定的参考电压时，执行调整所述氢气供给压力的步骤。3.根据权利要求2所述的控制方法，其中所述预定的参考电压是，在停止所述燃料电池的发电之后，所述燃料电池组的电压已经被负载减小时的电压。4.根据权利要求1所述的控制方法，其中调整所述氢气供给压力的步骤还包括：将连接在所述燃料电池组的输出侧处的主总线端子的电压调整到大于所述燃料电池组的电压。5.根据权利要求1所述的控制方法，还包括以下步骤：在调整所述氢气供给压力之前，由所述控制器切断空气向所述燃料电池组的供给。6.根据权利要求1所述的控制方法，其中调整所述阳极侧处的氢气供给压力的步骤包括：当所述燃料电池组的电压由于空气流入到所述燃料电池组而增加时，由所述控制器增加所述氢气供给压力，并且其中调整所述阳极侧处的氢气供给压力的步骤包括：随着所述燃料电池组的电压被降低，由所述控制器减小所述氢气供给压力。7.根据权利要求1所述的控制方法，其中调整所述阳极侧处的氢气供给压力的步骤基于所述燃料电池组的电压的变化，用迟滞范围调整所述氢气供给压力。8.根据权利要求1所述的控制方法，还包括以下步骤：由所述控制器将预设的参考时间段与用于调整所述阳极侧处的所述氢气供给压力的处理时间进行比较；以及当所述处理时间大于基于减小的氢气供给压力的预设的参考时间段时，在重启所述燃料电池的发电时由所述控制器用氢气进一步净化所述阳极。9.根据权利要求8所述的控制方法，其中执行进一步净化的次数与超过所述预设的参考时间段的处理时间成比例。10.根据权利要求1所述的控制方法，还包括以下步骤：由所述控制器将预设的参考压力与如下压力之间的差的时间积分进行比较，该差是通过调整所述氢气供给压力而被降低的氢气供给压力和所述燃料电池的发电被停止时的初始氢气供给压力之间的差；以及当所述积分大于所述预设的参考压力时，在重启所述燃料电池的发电时由所述控制器用氢气进一步净化所述阳极。11.根据权利要求10所述的控制方法，其中执行进一步净化的次数与所述积分和所述预设的参考压力之间的差成比例。12.根据权利要求1所述的控制方法，还包括以下步骤：由所述控制器将氮的预设量与通过调整所述氢气供给压力而移入阳极侧的氮的转移速率的时间积分进行比较；以及当所述积分值大于氮的预设量时，在重启所述燃料电池的发电时由所
\t述控制器用氢气进一步净化所述阳极。13.根据权利要求12所述的控制方法，其中执行进一步净化的次数与所述积分和氮的预设量之间的差成比例。14.根据权利要求8所述的控制方法，还包括以下步骤：随着所述氢气供给压力通过重启所述燃料电池的发电而被增加，在所述阳极侧处的氢气的量达到目标量之后，由所述控制器向阴极供给空气，其中在向所述阴极供给所述空气之后，执行用氢气进一步净化所述阳极的步骤。15.根据权利要求14所述的控制方法，其中在所述阳极侧处的氢气的量达到氢气的目标量之前，将连接在所述燃料电池组的输出侧处的主总线端子的电压调整到大于所述燃料电池组的电压。16.根据权利要求1所述的控制方法，还包括以下步骤：由所述控制器将预设的参考时间段与用于调整所述阳极侧处的氢气供给压力的处理时间进行比较；以及当所述处理时间大于基于减小的氢气供给压力的所述预设的参考时间段时，在重启所述燃料电池的发电时，由所述控制器在预定的时间段期间增加氢气供给压力。17.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：权相旭，李宪重，全义植，尹圣坤，孙翼荠，
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