用于估计燃料电池的氢气浓度的系统和方法技术方案

本公开提供了一种用于估计燃料电池的氢气浓度的系统。该系统包括：燃料电池，接收氢气和氧气以发电；氢气供应管路，将氢气供应到燃料电池；时间测量单元，测量从燃料电池的运行结束的时间点到燃料电池重新启动的时间点的持续时间；空气量估计单元，使用所测量的持续时间来估计在持续时间期间引入到燃料电池中的空气的量；以及浓度估计单元，基于所测量的持续时间和所估计的引入空气的量来估计燃料电池重新启动时氢气供应管路中的氢气浓度。

【技术实现步骤摘要】
用于估计燃料电池的氢气浓度的系统和方法
本公开涉及一种用于估计燃料电池的氢气浓度的系统和方法，并且更特别地，涉及一种在燃料电池关闭的状态下更精确地估计燃料电池的阳极(anode)侧的氢气浓度的技术。
技术介绍
燃料电池使用分别从氢气供应装置和空气供应装置供应的氢气和氧气的氧化还原反应将化学能转换成电能，并且燃料电池包括产生电能的燃料电池堆、冷却燃料电池堆的冷却系统等。换句话说，将氢气供应到燃料电池的阳极，并且在阳极中进行氢气的氧化反应，以产生质子(proton)和电子(electron)。产生的质子和电子通过电解质膜和双极板移动到阴极(cathode)。在阴极中，通过从阳极移动的质子和电子以及空气中的氧气参与的电化学反应产生水，并且这种电子的流动产生电能。特别地，供应到燃料电池的阳极的氢气浓度需要保持在适当的水平，因此在氢气供应管路中进行适当的氢气净化控制。通常进行氢气净化控制来实时估计氢气浓度并将氢气浓度保持在适当的水平。根据现有技术，由于难以测量燃料电池的阳极侧的氢气浓度，因此使用了利用阳极侧的初始氢气浓度来连续地估计氢气浓度的技术。然而，在燃料电池启动时，难以精确地估计阳极侧初始氢气浓度。特别地，在启动的初始阶段过量供应氢气以补偿不足的估计精度，这导致了燃料效率下降。被描述为相关技术的内容仅仅是为了帮助理解本公开的背景而提供，并且不应被认为对应于本领域技术人员已知的现有技术。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种用于估计燃料电池的氢气浓度的系统和方法，在燃料电池关闭的状态下，通过基于阳极侧的氢气浓度的变化更精确地估计燃料电池启动时的初始氢气浓度来提高精度。根据本公开的示例性实施例，一种用于估计燃料电池的氢气浓度的系统可以包括：燃料电池，接收氢气和氧气以发电；氢气供应管路，将从燃料电池排出的氢气再循环并将氢气供应到燃料电池；时间测量单元，被配置为测量从燃料电池的运行结束的时间点到燃料电池重新启动的时间点的持续时间；空气量估计单元，被配置为使用由时间测量单元测量的持续时间来估计在持续时间期间引入到燃料电池中的空气的量；以及浓度估计单元，被配置为基于由时间测量单元测量的持续时间和由空气量估计单元估计的引入空气的量来估计燃料电池重新启动时氢气供应管路中的氢气浓度。空气量估计单元可以被配置为测量燃料电池重新启动时氢气供应管路中的气体的压力，并且基于所测量的氢气供应管路中的气体的压力来估计引入到燃料电池的阴极侧的空气的量。空气量估计单元可以被配置为使用基于所测量的持续时间的基准压力和所测量的氢气供应管路中的气体的压力之间的差来估计引入空气的量。在没有将空气引入到燃料电池中的状态下，可以基于持续时间和燃料电池的运行结束的时间点的燃料电池的运行温度来预先映射(pre-map)基准压力。浓度估计单元可以被配置为通过将由空气量估计单元估计的引入空气的量反映到基于所测量的持续时间的基准浓度来估计最终浓度。在没有将空气引入到燃料电池中的状态下，可以基于持续时间和燃料电池的运行结束的时间点的燃料电池的运行温度来预先映射基准浓度。浓度估计单元可以被配置为通过将燃料电池重新启动之后在燃料电池的阳极和阴极之间穿过(crossover)的氢气的量与净化的氢气的量反映到所估计的燃料电池重新启动时氢气供应管路中的氢气浓度来监测氢气供应管路中的氢气浓度。根据本公开的另一示例性实施例，一种用于估计燃料电池的氢气浓度的方法可以包括：测量从燃料电池的运行结束的时间点到燃料电池重新启动的时间点的持续时间；使用所测量的持续时间来估计在持续时间期间引入到燃料电池中的空气的量；以及基于所测量的持续时间和所估计的引入空气的量来估计燃料电池重新启动时氢气供应管路中的氢气浓度。该方法可以进一步包括：在估计引入到燃料电池中的空气的量之前，测量燃料电池重新启动时氢气供应管路中的气体的压力。在估计引入到燃料电池中的空气的量时，可以使用基于所测量的持续时间的基准压力和在测量气体的压力时所测量的氢气供应管路中的气体的压力之间的差来估计引入到燃料电池的阴极侧的空气的量。在估计引入到燃料电池中的空气的量时，当所测量的持续时间等于或大于预设时间时，可以在假设空气供应管路的切断区域和氢气供应管路构成单个封闭系统的情况下，估计引入到燃料电池中的空气的量。该方法可以进一步包括：在测量持续时间之前，存储燃料电池的运行温度。在没有将空气引入到燃料电池中的状态下，可以基于持续时间和燃料电池的运行结束的时间点的燃料电池的运行温度来预先映射基准压力。在估计氢气供应管路中的氢气浓度时，可以通过将在估计引入到燃料电池中的空气的量时所估计的引入空气的量反映到基于所测量的持续时间的基准浓度来估计最终浓度。该方法可以进一步包括：在测量持续时间之前，存储燃料电池的运行温度。在没有将空气引入到燃料电池中的状态下，可以基于持续时间和燃料电池的运行结束的时间点的燃料电池的运行温度来预先映射基准浓度。此外，该方法可以包括：在估计氢气供应管路中的氢气浓度之后，通过将燃料电池重新启动之后在燃料电池的阳极和阴极之间穿过的氢气的量与净化的氢气的量反映到所估计的燃料电池重新启动时氢气供应管路中的氢气浓度来监测氢气供应管路中的氢气浓度。在监测氢气供应管路中的氢气浓度时，可以通过使用所估计的燃料电池重新启动时氢气供应管路中的氢气浓度来估计燃料电池重新启动时氮气和蒸气的浓度，并且通过将穿过的氮气和蒸气的量与净化的氮气和蒸气的量分别反映到所估计的氮气和蒸气的浓度，而监测氢气供应管路中的氢气浓度。附图说明图1是示出根据本公开的示例性实施例的用于估计燃料电池的氢气浓度的系统的配置的示图；图2是示出根据本公开的示例性实施例的用于估计燃料电池的氢气浓度的方法的流程图；图3示出根据本公开的示例性实施例的根据持续时间的氢气供应管路的压力图；以及图4示出根据本公开的示例性实施例的根据持续时间的氢气供应管路的氢气浓度图。具体实施方式理解的是，如本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种船只和舰船的水运工具，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力车辆、氢气动力车辆和其它替代燃料(例如，除石油以外的资源衍生的燃料)车辆。尽管将示例性实施例描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是理解的是，示例性过程也可以由一个或多个模块来执行。此外，理解的是，术语“控制器”/“控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置为存储模块，处理器被特别配置为执行所述模块以执行在下面进一步描述的一个或多个过程。此外，本公开的控制逻辑可以实施为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质中的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以例如通过远程信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于估计燃料电池的氢气浓度的系统，包括：/n所述燃料电池，接收氢气和氧气以发电；/n氢气供应管路，将从所述燃料电池排出的氢气再循环并将氢气供应到所述燃料电池；/n时间测量单元，测量从所述燃料电池的运行结束的时间点到所述燃料电池重新启动的时间点的持续时间；/n空气量估计单元，通过使用由所述时间测量单元测量的所述持续时间来估计在所述持续时间期间引入到所述燃料电池中的空气的量；以及/n浓度估计单元，基于测量的所述持续时间和估计的引入空气的量来估计所述燃料电池重新启动时所述氢气供应管路中的氢气浓度。/n

【技术特征摘要】
20191008 KR 10-2019-01248671.一种用于估计燃料电池的氢气浓度的系统，包括：
所述燃料电池，接收氢气和氧气以发电；
氢气供应管路，将从所述燃料电池排出的氢气再循环并将氢气供应到所述燃料电池；
时间测量单元，测量从所述燃料电池的运行结束的时间点到所述燃料电池重新启动的时间点的持续时间；
空气量估计单元，通过使用由所述时间测量单元测量的所述持续时间来估计在所述持续时间期间引入到所述燃料电池中的空气的量；以及
浓度估计单元，基于测量的所述持续时间和估计的引入空气的量来估计所述燃料电池重新启动时所述氢气供应管路中的氢气浓度。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述空气量估计单元测量所述燃料电池重新启动时所述氢气供应管路中的气体的压力，并基于测量的所述氢气供应管路中的气体的压力来估计引入到所述燃料电池的阴极侧的空气的量。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，
所述空气量估计单元使用基于测量的所述持续时间的基准压力和测量的所述氢气供应管路中的气体的压力之间的差来估计引入空气的量。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，
在没有将空气引入到所述燃料电池中的状态下，基于所述持续时间和所述燃料电池的运行温度来预先映射所述基准压力。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述浓度估计单元通过将估计的引入空气的量反映到基于测量的所述持续时间的基准浓度来估计最终浓度。


6.根据权利要求5所述的系统，其中，
在没有将空气引入到所述燃料电池中的状态下，基于所述持续时间和所述燃料电池的运行温度来预先映射所述基准浓度。


7.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述浓度估计单元通过将所述燃料电池重新启动之后在所述燃料电池的阳极和阴极之间穿过的氢气的量与净化的氢气的量反映到估计的所述燃料电池重新启动时所述氢气供应管路中的氢气浓度来监测所述氢气供应管路中的氢气浓度。


8.一种用于估计燃料电池的氢气浓度的方法，包括：
测量从所述燃料电池的运行结束的时间点到所述燃料电池重新启动的时间点的持续时间；
使用测量的所述持续时间来估计在所述持续时间期间引入到所述燃料电池中的空气的量；以及
...

【专利技术属性】
技术研发人员：权纯祐，李贤宰，
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