用于燃料电池的空气供应控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术涉及用于燃料电池的空气供应控制方法及控制系统。该方法包括根据预先存储的开度映射图调节压力控制阀的开度。压力控制阀设置在用于向燃料电池供应空气并排出空气的空气供应管线的燃料电池出口处，并且调节空气供应管线中的空气压力。该方法进一步包括：在调节压力控制阀的开度之后判断空气供应管线的空气压力状态是否正常，并且响应于确定空气供应管线的空气压力状态异常以预定开度操作压力控制阀。

Air supply control method and control system for fuel cell

The invention relates to an air supply control method and a control system for a fuel cell. The method includes adjusting the opening of the pressure control valve according to the pre stored opening map. The pressure control valve is arranged at the fuel cell outlet of the air supply pipeline for supplying and exhausting air to the fuel cell, and regulates the air pressure in the air supply pipeline. The method further includes: determining whether the air pressure state of the air supply pipeline is normal after adjusting the opening of the pressure control valve, and operating the pressure control valve in response to determining whether the air pressure state of the air supply pipeline is abnormal to a predetermined opening.

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池的空气供应控制方法及控制系统
本专利技术涉及一种用于燃料电池的空气供应控制方法及控制系统，更具体地，涉及一种用于控制空气供应以维持燃料电池的空气出口压力与氢气出口压力之间的压力差的方法和系统。
技术介绍
燃料电池是能量转换装置，其使用电化学反应将燃料的化学能转换成电能，而不通过燃烧将化学能转化为热能，并且能够用于为工业、家庭和车辆供电，并且还用于为小型电气/电子产品和便携式设备供电。特别地，在具有高功率密度的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)中，作为主要部件的膜电极组件(MEA)设置在最内侧位置。MEA由能够移动氢离子的固体聚合物电解质膜以及阴极和阳极组成，阴极和阳极是镀有催化剂的电极层，以使得氢和氧在电解质膜的两侧相互反应。因此，燃料电池系统包括：通过电化学反应产生电能的燃料电池堆；向燃料电池堆供应氢气的氢气供应系统；以及向燃料电池堆供应包括氧的空气的空气供应系统，并且进一步包括控制燃料电池堆的工作温度的热管理系统。燃料电池系统的空气供应系统可以分为低压操作型和高压操作型。一种高压操作空气供应系统包括：空气压缩机，其压缩空气以将压力大于大气压的空气供应到燃料电池堆的阴极；以及压力控制阀，其设置在燃料电池堆的出口处。然而，当燃料电池系统在大致低温条件下停止后重新启动时，燃料电池中的水分冻结并且结成的冰导致向燃料电池堆供应空气并排出空气的空气供应管线阻塞。因此，与正常状态相比，空气压力可能显著升高。特别地，当未设有测量空气供应管线的燃料电池堆出口处的空气压力的压力传感器时，无法测量空气压力的升高，这种空气压力的升高可能是例如由于冰阻塞而导致的，并因此，燃料电池堆的出口处的空气压力增加至高于出口处的氢气压力，从而无法吹扫氢气并且排放冷凝水。因此，空气可能会流回至氢气，由于氢气吹扫量的减少，阳极的氢气浓度可能会降低，并且电池性能可能会恶化，或者由于冷凝水的积聚可能会产生反向电压。然而，在相关技术中，仅基于相关技术中的燃料电池的工作温度判断是否停止冷驱动模式。另外，由于在空气供应管线的燃料电池出口处未设有压力传感器，因此无法了解燃料电池堆的出口处的空气压力是否增加至超过出口处的氢气压力，并因此，不清楚停止冷驱动模式并进入正常驱动模式的时间点。因此，即使没有用于测量在燃料电池堆的出口处的空气供应管线的空气压力的压力传感器，也需要在燃料电池堆的出口处感测空气供应管线的空气压力的增加，从而能够控制完成冷驱动的时间点。以上作为本专利技术的现有技术提供的描述仅用于帮助理解本专利技术的背景，并且不应被解释为包括在本领域技术人员已知的现有技术中。
技术实现思路
本专利技术提供了一种技术，即，即使未设有测量燃料电池堆的出口处的空气供应管线的空气压力的压力传感器，也可以感测燃料电池堆出口处的空气供应管线的空气压力的增加，从而控制压力控制阀。根据本专利技术的一方面，一种燃料电池的空气供应控制方法可以包括：根据预先存储的开度映射图(openingmap)调节压力控制阀的开度，其中压力控制阀设置在用于向燃料电池供应空气并排出空气的空气供应管线的燃料电池出口处，并且调节空气供应管线中的空气压力；在调节压力控制阀的开度后，判断空气供应管线的空气压力状态是否正常；以及确定空气供应管线的空气压力状态异常后，以预定开度操作压力控制阀。在本专利技术中，可以基于预先存储的开度映射图另外调节压力控制阀的开度，使空气供应管线中的空气压力尽可能遵循目标空气压力后，再判断空气供应管线的空气压力状态是否正常来确定是否进入正常驱动模式。换句话说，可以使用空气供应管线的空气压力状态是否正常的指示作为停止冷驱动模式并进入正常驱动模式的判断基准。该方法可以进一步包括：在根据预先存储的开度映射图调节压力控制阀的开度之前，在冷状态下启动燃料电池系统并且以冷驱动模式操作燃料电池系统。在冷驱动模式下操作时，可以以预定开度操作压力控制阀。该方法可以进一步包括：在冷驱动模式下操作后，基于燃料电池的工作温度，判断是否根据预先存储的开度映射图调节压力控制阀的开度。此外，可以基于优化燃料电池系统的效率的空气供应管线中的空气压力来存储预先存储的开度映射图。在判断空气供应管线的空气压力状态时，可以基于预先存储的性能映射图判断向空气供应管线供应空气的空气压缩机是否正常工作。具体地，预先存储的性能映射图可以是根据外部空气温度和所需空气量的空气压缩机的转速映射图。当空气压缩机的当前转速与根据预先存储的性能映射图的转速之间的差值大于预定的差值范围时，可以确定空气供应管线的空气压力状态异常。该方法可以进一步包括：在判断空气供应管线的空气压力状态是否正常后，当确定空气供应管线的空气压力状态正常时，停止冷驱动模式并进入正常操作模式。在以预定开度操作压力控制阀时，预定开度可以是压力控制阀的最大开度。根据本专利技术的另一方面，一种燃料电池的空气供应控制方法可以包括：根据预先存储的开度映射图调节压力控制阀的开度，其中压力控制阀设置在用于向燃料电池供应空气并排出空气的空气供应管线的燃料电池出口处，并且调节空气供应管线中的空气压力；根据预先存储的性能映射图，基于空气压缩机的工作状态判断空气供应管线的空气压力状态是否正常；以及响应于确定空气供应管线的空气压力状态异常，以预定开度操作压力控制阀。根据本专利技术的另一方面，一种燃料电池的空气供应控制系统可以包括：空气供应管线，其向燃料电池供应空气并排出空气；压力控制阀，其设置在空气供应管线的燃料电池出口处，并调节空气供应管线中的空气压力；以及控制器，其配置为根据预先存储的开度映射图调节压力控制阀的开度，判断空气供应管线的空气压力状态是否正常，并且响应于确定空气供应管线的空气压力状态异常，以预定开度操作压力控制阀。该系统可以进一步包括：空气压缩机，其设置在空气供应管线中，并将空气供应至空气供应管线。控制器可以配置为根据预先存储的性能映射图，基于空气压缩机的工作状态判断空气供应管线的空气压力状态是否正常。根据燃料电池的空气供应控制方法及控制系统，即使在空气供应管线的燃料电池堆出口处未设有压力传感器，其也可以感测在冷运行期间由于冰阻塞导致的空气压力的增加。此外，其可以防止无法进行氢气吹扫或空气流回阳极的问题。此外，冷凝水可以排放。可以进一步使用空气供应管线的空气压力状态是否正常作为用于停止冷驱动模式并进入正常驱动模式的判断基准。附图说明通过以下结合附图的详细描述，本专利技术的上述和其他方面、特征和优点将更加明显，其中：图1是示出根据本专利技术示例性实施例的燃料电池的空气供应控制方法的流程图；图2A至图2B是示出根据本专利技术示例性实施例的空气压缩机的性能映射图的视图；图3是示出根据本专利技术示例性实施例的空气压缩机的性能映射图的空气供应管线中的空气压力正常状态和空气压力异常状态的视图；以及图4是示出根据本专利技术示例性实施例的燃料电池的空气供应控制系统的配置的视图。具体实施方式可以理解的是，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它相似的术语本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池的空气供应控制方法，包括以下步骤：/n由控制器根据预先存储的开度映射图调节压力控制阀的开度，其中所述压力控制阀设置在用于向燃料电池供应空气并排出空气的空气供应管线的燃料电池出口处，并且调节所述空气供应管线中的空气压力；/n在调节所述压力控制阀的开度后，由所述控制器判断所述空气供应管线的空气压力状态是否正常；以及/n响应于确定所述空气供应管线的空气压力状态异常，由所述控制器以预定开度操作所述压力控制阀。/n

【技术特征摘要】
20180524 KR 10-2018-00592301.一种燃料电池的空气供应控制方法，包括以下步骤：
由控制器根据预先存储的开度映射图调节压力控制阀的开度，其中所述压力控制阀设置在用于向燃料电池供应空气并排出空气的空气供应管线的燃料电池出口处，并且调节所述空气供应管线中的空气压力；
在调节所述压力控制阀的开度后，由所述控制器判断所述空气供应管线的空气压力状态是否正常；以及
响应于确定所述空气供应管线的空气压力状态异常，由所述控制器以预定开度操作所述压力控制阀。


2.如权利要求1所述的燃料电池的空气供应控制方法，进一步包括以下步骤：
在根据预先存储的开度映射图调节所述压力控制阀的开度之前，由所述控制器在冷状态下启动燃料电池系统并且以冷驱动模式操作所述燃料电池系统。


3.如权利要求2所述的燃料电池的空气供应控制方法，其特征在于，在所述冷驱动模式下操作时，以所述预定开度操作所述压力控制阀。


4.如权利要求2所述的燃料电池的空气供应控制方法，进一步包括以下步骤：
在所述冷驱动模式下操作后，由所述控制器基于所述燃料电池的工作温度判断是否根据预先存储的开度映射图，调节所述压力控制阀的开度。


5.如权利要求1所述的燃料电池的空气供应控制方法，其特征在于，在根据预先存储的开度映射图调节所述压力控制阀的开度的步骤中，基于优化所述燃料电池系统的效率的所述空气供应管线中的空气压力存储所述开度映射图。


6.如权利要求1所述的燃料电池的空气供应控制方法，其特征在于，在判断所述空气供应管线的空气压力状态的步骤中，基于预先存储的性能映射图判断向所述空气供应管线供应空气的空气压缩机是否正常工作。


7.如权利要求6所述的燃料电池的空气供应控制方法，其特征在于，预先存储的性能映射图是根据外部空气温度和所需空气量的所述空气压缩机的转速映射图。


8.如权利要求7...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙翼齐，全义植，
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