用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的系统和方法。具体地，电子控制单元被配置为：确定包括基于燃料电池系统的运行压力映射出的基准功率和在阳极附近至少两个预定点之间的基准压差的运行信息；比较燃料电池系统的功率和基准功率，且在该功率低于基准功率时控制阳极内的压力使其成为振荡型目标压力；以及比较在至少两点之间测得的压差与基准压差，且在测量压差低于基准压差时，减小排放阀的运行周期。

【技术实现步骤摘要】
用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的系统和方法
本专利技术涉及一种用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法。更具体地，本专利技术涉及一种用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法，其中电子控制单元(ECU)控制燃料电池组阳极内的目标压力使其周期性振荡。
技术介绍
已经广泛认识到石油能源造成环境污染且其储备有限，因此对可替代能源的广泛研究最近已经在大多数国家展开以取代或减少石油的使用。在这些研究中，已提议一种使用氢能源的燃料电池系统，其利用的热效率比内燃机更高并产生清洁的副产品，因此作为环境友好的极好的可替换能源而吸引了更多的注意。燃料电池系统是一种动力生成系统，其将燃料的化学能直接转换为电能，其通常包括：燃料电池组，用于通过电化学反应产生电力；氢气供给系统，用于将氢气作为燃料供给到燃料电池组；氧气(空气)供给系统，用于供应含氧空气作为燃料电池组内电化学反应所需的氧化剂；热管理系统(TMS)，配置为(1)将反应热从燃料电池组去除到燃料电池系统外部；(2)控制燃料电池组的运行温度；(3)执行水管理功能。此外，大部分燃料电池系统还包括系统控制器，其配置为控制燃料电池系统的整体运转。通常，燃料电池系统的氢气供给系统可以以各种方式运转，例如，如在韩国专利第10-0836371号、韩国专利公开第10-2011-0029512号等中所描述的，且现在将参考图1A进行描述。常规的氢气供给系统包括：氢气供给管线12，其与氢气储罐10连接；氢气再循环管线14，在燃料电池组30内未反应的氢气经其再循环；喷射泵16，其安装在电池组进口13与氢气再循环管线14之间以将新鲜氢气和再循环氢气泵入到阳极；压力传感器18，其安装在电池组进口以测定空气和氢气压力；电子控制单元(ECU)22，其配置为基于电池组进口处压力传感器18的检测信号来控制安装在氢气供给管线12内的调节器20的流量控制操作；以及排放阀(purgevalve)26，其布置在与氢气再循环管线14连接的排出管线24内，以响应于从ECU22接收的信号而将氢氧之间进行反应所产生的凝结水排出到燃料电池外部；等等。这里，喷射泵16经由喷嘴将从高压储罐供给的压缩氢气喷出以产生真空并利用真空从燃料电池组30抽吸排出气体，从而再循环氢气。作为用于输送压缩氢气并使未反应氢气再循环的喷射器(ejector)，可设置鼓风机15替代喷射泵16，如图1B所示。此外，在电池组出口处的压力传感器28的检测信号可以被ECU22利用。从阳极供给的氢离子与从阴极供给的氧离子汇合而在燃料电池系统比如聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)的燃料电池组30内产生凝结水。凝结水通常在阴极产生并移动到阳极。这种凝结水可能会影响氢燃料供给，使燃料电池组的效率变差，并使燃料电池组的耐用性降低。具体而言，当使用喷射泵16时，如可从图2的图中看出，其示出了燃料电池组功率与运行压力之间的关系，在低功率运行期间喷射泵16对氢气再循环的泵效较低，因此难以通过与氢气再循环管线14连接的排放阀26来排出凝结水。而且，即使使用鼓风机15，当可能腐蚀鼓风机的轴承和其它部件的氢气再循环气体中的凝结水经排放阀26排出时，燃料电池组内的未反应氢气也被排出。此外，在常规的系统中，无法排出凝结水而不使用排放阀26。上述在该
技术介绍
部分公开的信息仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此其可能含有不构成该国本领域中普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术提供如下的用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的系统和方法，其中电子控制单元(ECU)控制燃料电池组阳极内的目标压力使其周期性振荡或振动，以便在燃料电池系统的包括低功率运转的整个运转期间有效地控制氢气供给的流速、氢气再循环的流速以及排放阀的开启和关闭，从而整体改善燃料电池系统的燃料效率。而且，本专利技术提供如下的用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的系统和方法，其中ECU通过比较在燃料电池系统内预定点测得的温度与基准温度来有效且高效地控制燃料电池组阳极内的目标压力，从而改善燃料电池系统的燃料效率。一方面，本专利技术提供一种用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法，该方法包括：在电子控制单元处确定运行信息，运行信息包括基于燃料电池系统的运行压力映射出(mapped)的基准功率和在阳极附近至少两个预定点之间的基准压差；在电子控制单元处将燃料电池系统的功率与基准功率进行比较，在该功率低于基准功率时，控制阳极内的压力使其成为振荡型目标压力；以及在电子控制单元处将在该至少两点之间测得的压差与基准压差进行比较，当测得的压差低于基准压差时，减小排放阀运行周期。在另一方面，本专利技术提供一种用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法，该方法包括：在电子控制单元处确定运行信息，运行信息包括基于燃料电池系统的运行压力映射出的基准功率和燃料电池系统中预定点处的基准温度；在电子控制单元处比较燃料电池系统的功率与基准功率，且在该功率低于基准功率时，将阳极内的压力控制使其成为振荡型目标压力；以及在电子控制单元处比较在预定点处测得的温度和基准温度，且在测得温度低于或等于基准温度时，增加压力振荡的幅度。本专利技术的其它方面和示例性实施方式在下文中讨论。附图说明现在将参考在附图中图示的某些示例性实施方式对本专利技术的以上和其它特征进行详细说明，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本专利技术的限制，其中：图1A和1B示出常规的燃料电池系统用氢气供给系统的示意图。图2是示出图1A中系统功率与运行压力之间的关系的图。图3是示出根据本专利技术示例性实施方式的用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法的流程图。图4示出了相对于时间推移的根据本专利技术示例性实施方式的用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法，且示出了喷射器的内部结构。图5是示出根据本专利技术另一个示例性实施方式的用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法的流程图。图6示出了相对于时间推移的根据本专利技术示例性实施方式的用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法。图7A和图7B是示出通过根据本专利技术示例性实施方式的用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法而获得的测试结果的图。图8是示出使用和不使用根据本专利技术示例性实施方式的用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法而获得的测试结果的图。在附图中提及的附图标记包括对以下在下文中进一步讨论的元件的参照：100：氢气进口110：喷嘴120：再循环进口130：混合区域140：扩散器应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本专利技术的基本原理的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文公开的本专利技术的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本专利技术的相同或等同部件。具体实施方式下面将详细地参照本专利技术的各个实施方式，其实施例在附图中图示，并在下文加以描述。尽管将结合示例性实施方式描述本专利技术，但应当理解，本说明书无意于将本专利技术局限于这些示例性实施方式。相反，本专利技术不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法，所述方法包括：在电子控制单元处确定运行信息，所述运行信息包括基于燃料电池系统的运行压力映射出的基准功率和在所述阳极附近至少两个预定点之间的基准压差；在所述电子控制单元处将所述燃料电池系统的功率与所述基准功率进行比较，且当所述功率低于所述基准功率时，控制所述阳极内的压力使其成为振荡型目标压力；以及在所述电子控制单元处将所述至少两点之间的测量压差与所述基准压差进行比较，并在所述测量压差低于所述基准压差时减小排放阀运行周期。

【技术特征摘要】
2011.12.21 KR 10-2011-01391141.一种用于控制燃料电池组阳极内压力振荡的方法，所述方法包括：在电子控制单元处确定运行信息，所述运行信息包括基于燃料电池系统的运行压力映射出的基准功率和所述阳极中至少两个预定点之间的基准压差；在所述电子控制单元处将所述燃料电池系统的功率与所述基准功率进行比较，且当所述燃料电池系统的功率低于所述基准功率时，控制所述阳极内的压力使其成为振荡型目标压力；以及在所述电子控制单元处将所述至少两个预定点之间的测量压差与所述基准压差进行比较，并在所述测量压差低于所述基准压差时减小排放阀运行周期。2.根据权利要求1所述的方法，其中在比较所述测量压差时，所述电子控制单元在所述测量压差高于所述基准压差的情况下控制所述排放阀运行周期使其增加，并在所述测量压差等于所述基准压差的情...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁容奎，李宪重，金载勋，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：