燃料电池的控制方法技术

本公开涉及一种燃料电池的控制方法。该控制方法包括：通过控制器收集燃料电池(FC)堆的状态信息；通过控制器从收集的燃料电池堆的状态信息判断燃料电池堆的劣化状态；通过控制器基于判断的燃料电池堆的劣化状态信息校正与当前车辆驾驶状态相对应的基本阈值输出；通过控制器将通过校正基本阈值输出所获得的校正后阈值输出与马达需求输出进行比较，并通过控制器确定燃料电池的停止或重启；以及通过控制器进行控制以实现确定的燃料电池的停止或重启。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的控制方法
本公开总体涉及一种燃料电池的控制方法，并且更具体地，涉及一种燃料电池的控制方法，该控制方法确保车辆的启动性能和超车性能，防止车辆的驾驶性能劣化，并且提高燃料电池的系统效率和燃料效率。
技术介绍
通常，燃料电池是燃料气体和氧化剂气体发生电化学反应以将燃料所具有的化学能转化为电能的发电装置。除了用作工业电源、家用电源和汽车电源之外，燃料电池还广泛用于为小型电气/电子产品和便携式装置供应电力。作为车辆的燃料电池，已经对具有高电力密度的聚合物电解质膜燃料电池进行了最多的研究。聚合物电解质膜燃料电池使用氢气作为燃料气体，并使用氧气或包含氧气的空气作为氧化剂气体。燃料电池可以包括多个电池，多个电池使燃料气体和氧化剂气体发生反应以产生电能。为了满足所需的输出水平，通常以多个电池堆叠并以串联连接的堆叠形式使用多个电池。在将燃料电池安装到车辆的情况下，由于需要高输出，因此将单独产生电能的数百个电池以堆叠形式堆叠以满足需要。如上所述，多个电池堆叠并连接在一起的电池组件被称为燃料电池(FC)堆。作为电池构造，聚合物电解质膜燃料电池包括：膜电极组件，以氢离子移动的聚合物电解质膜为中心在聚合物电解质膜的两侧附着有催化剂电极层；气体扩散层，将作为反应气体的燃料气体和氧化剂气体供应到膜电极组件，并传递产生的电能；以及分离板，使反应气体和冷却水移动。膜电极组件包括：聚合物电解质膜，能够使氢离子移动；以及阴极(cathode)和阳极(anode)，阴极和阳极是通过在聚合物电解质膜的相对表面上涂覆催化剂以使作为燃料气体的氢气和作为氧化剂气体的空气(或氧气)彼此发生反应而形成的电极层。在燃料电池的单元电池中，在膜电极组件的外侧部分，即，在阴极和阳极的外侧部分，堆叠有用于均匀分布燃料气体和氧化剂气体的气体扩散层。在气体扩散层的外侧上，设置有分离板以提供反应气体和冷却水通过的流路并将反应气体供应到气体扩散层。另外，在构成单元电池的部件之间堆叠有用于密封(sealing)流体的垫圈。可以通过将垫圈与膜电极组件或分离板成型为一体来设置垫圈。在具有上述构造的电池作为单元电池的情况下堆叠多个电池之后，将端板联接到电池的最外侧以支撑电池，并且通过紧固装置将端板和电池紧固在一起，从而形成燃料电池(FC)堆。安装到燃料电池车辆的燃料电池系统包括燃料电池堆和用于向燃料电池堆供应反应气体的装置。即，燃料电池系统包括：燃料电池堆，通过反应气体的电化学反应产生电能；氢供应装置，向燃料电池堆供应作为燃料气体的氢气；空气供应装置，向燃料电池堆供应包含作为氧化剂气体的氧气的空气；热和水管理系统，执行对燃料电池堆的操作温度控制以及热和水管理；以及燃料电池控制单元(FuelcellControlUnit,FCU)，控制燃料电池系统的整体操作。同时，燃料电池堆的耐久性寿命是确保燃料电池车辆的适销性的重要因素。因此，已经开发了各种技术来防止燃料电池堆的劣化并增加燃料电池堆的耐久性寿命，并且已经发现了堆劣化的多种原因。此外，除了乘用车以外，对于诸如公共汽车和卡车的商用车辆的燃料电池系统的需求也在增长。根据需求，对用于改善燃料电池系统的耐久性寿命的控制技术的关注进一步增加。随着燃料电池堆的操作时间增加，燃料电池堆不可避免地发生劣化，因此不能完全防止燃料电池堆的劣化。然而，正在积极地研究使燃料电池堆的劣化最小化的技术。当燃料电池堆劣化时，由于燃料电池堆重启(restart)时堆输出不足，车辆的启动性能和超车性能可能劣化。此外，由于在车辆中发生的抖动(jerkingmotion)，车辆的驾驶性能可能劣化。此外，即使当在劣化状态下燃料电池堆重启时满足需求输出时，由于未考虑燃料电池堆的最佳操作点，所以燃料电池系统的操作效率和燃料效率可能降低。
技术实现思路
因此，考虑到现有技术中出现的上述问题而做出本公开，并且本公开旨在提出一种燃料电池的控制方法。该控制方法有效地防止由于燃料电池堆的劣化而导致的车辆的启动性能和超车性能的劣化以及车辆的驾驶性能的劣化，并且提高燃料电池的系统效率和燃料效率。为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种燃料电池的控制方法，该控制方法包括：通过控制器收集燃料电池(FC)堆的状态信息；通过控制器从收集的燃料电池堆的状态信息判断燃料电池堆的劣化状态；通过控制器基于判断的燃料电池堆的劣化状态信息校正与当前车辆驾驶状态相对应的基本阈值输出；通过控制器将通过校正基本阈值输出所获得的校正后阈值输出与马达需求输出进行比较，并通过控制器确定燃料电池的停止(stop)或重启；以及通过控制器进行控制以实现确定的燃料电池的停止或重启。如上所述，根据本公开的燃料电池的控制方法，控制器判断燃料电池堆的劣化状态，以根据燃料电池堆的劣化状态来控制燃料电池堆的停止或重启。因此，本公开的控制方法可以确保车辆的启动性能和超车性能，防止车辆的驾驶性能劣化，并且提高燃料电池的系统效率和燃料效率。此外，本公开的控制方法中，控制器通过反映燃料电池堆的劣化状态在适当的时间停止或重启燃料电池堆。因此，可以减少燃料电池堆的高输出使用，这延迟进一步的劣化。此外，本公开的控制方法中，通过减少空气压缩机的操作来减少辅助机械消耗能量。因此，可以减小辅助机械噪声。附图说明结合附图，从下面的详细描述中，将更清楚地理解本公开的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：图1是示出根据本公开的能够控制燃料电池的系统的配置的框图；图2是示出本公开中的堆电流、堆电压和堆输出之间的关系的曲线图；图3是示出随着燃料电池堆的电流增加而燃料电池系统的系统效率或燃料效率逐渐降低的状态的曲线图；图4是示出用于确定燃料电池的停止或重启的普通映射的曲线图；图5是示出本公开中的用于确定燃料电池的停止或重启的普通映射的曲线图；以及图6是示出根据本公开的燃料电池的控制方法的流程图。具体实施方式在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例，使得本公开所属领域的技术人员可以容易地实施本公开。本公开不限于本文阐述的实施例，并且可以被实现为其他形式。除非上下文另外明确指出，否则将进一步理解的是，术语“包含”、“包含有”、“包括”和/或“包括有”在本文中使用时指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。本公开涉及一种燃料电池的控制方法。该控制方法判断燃料电池(FC)堆的劣化状态，以根据燃料电池堆的劣化状态执行停止或重启控制。因此，本公开可以确保车辆的启动性能和超车性能，防止车辆的驾驶性能劣化，并且提高燃料电池的系统效率和燃料效率。为了实现上述目的，本公开的控制方法监测燃料电池堆的状态(堆状态)，基于监测的堆状态判断燃料电池堆的劣化状态，以执行燃料电池堆的启动和停止控制。在下文中，燃料电池可以被理解为与燃料电池堆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池的控制方法，包括：/n通过控制器收集燃料电池堆即FC堆的状态信息；/n通过所述控制器从收集的所述燃料电池堆的状态信息判断所述燃料电池堆的劣化状态；/n通过所述控制器基于判断的所述燃料电池堆的劣化状态信息校正与当前车辆驾驶状态相对应的基本阈值输出；/n通过所述控制器将通过校正所述基本阈值输出所获得的校正后阈值输出与马达需求输出进行比较，并通过所述控制器确定所述燃料电池的停止或重启；以及/n通过所述控制器进行控制以实现确定的所述燃料电池的停止或重启。/n

【技术特征摘要】
20191031 KR 10-2019-01374621.一种燃料电池的控制方法，包括：
通过控制器收集燃料电池堆即FC堆的状态信息；
通过所述控制器从收集的所述燃料电池堆的状态信息判断所述燃料电池堆的劣化状态；
通过所述控制器基于判断的所述燃料电池堆的劣化状态信息校正与当前车辆驾驶状态相对应的基本阈值输出；
通过所述控制器将通过校正所述基本阈值输出所获得的校正后阈值输出与马达需求输出进行比较，并通过所述控制器确定所述燃料电池的停止或重启；以及
通过所述控制器进行控制以实现确定的所述燃料电池的停止或重启。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，
所述燃料电池堆的状态信息包括堆电流和堆电压。


3.根据权利要求2所述的控制方法，其中，
通过所述控制器判断所述燃料电池堆的劣化状态包括：
从针对所述燃料电池堆检测的所述堆电流和所述堆电压的数据计算作为针对每个堆电流的堆电压的平均值的平均电压，并存储所述平均电压；
从针对每个堆电流的平均电压计算针对每个堆电流的平均输出，并存储所述平均输出；以及
从针对每个堆电流的所述平均输出和预先设置的针对每个堆电流的堆输出设置值两者确定所述燃料电池堆的劣化状态值。


4.根据权利要求3所述的控制方法，其中，
在判断所述燃料电池堆的劣化状态中，确定ΔP值作为所述燃料电池堆的劣化状态值，所述ΔP值通过与当前堆电流相对应的所述堆输出设置值和与所述当前堆电流相对应的所述平均输出之间的差来计算。


5.根据权利要求4所述的控制方法，其中，
在通过所述控制器校正所述基本阈值输出中，所述校正后阈值输出通过将计算的所述ΔP值和与当前车辆驾驶状态相对应的所述基本阈值输出相加来获得。


6.根据权利要求1所述的控制方法，其中，
通过所述控制器判断所述燃料电池堆的劣化状态包括：
从收集的所述燃料电池堆的状态信息获得所述燃料电池堆的平均性能值；以及
从获得的所述燃料电池堆的平均性能值与预先设置的所述燃料电池堆的设置值之间的差值确定所述燃料电池堆的劣化状态值。


7.根据权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑荣雨，李重载，
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