CN105280934A - 燃料电池***的驱动控制方法和*** - Google Patents

燃料电池***的驱动控制方法和*** Download PDF

Info

Publication number
CN105280934A
CN105280934A CN201410746325.4A CN201410746325A CN105280934A CN 105280934 A CN105280934 A CN 105280934A CN 201410746325 A CN201410746325 A CN 201410746325A CN 105280934 A CN105280934 A CN 105280934A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen pressure
fuel cell
anode
pressure
cell pack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410746325.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105280934B (zh
Inventor
高载准
郑贵成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyundai Motor Co filed Critical Hyundai Motor Co
Publication of CN105280934A publication Critical patent/CN105280934A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105280934B publication Critical patent/CN105280934B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104Regulation of differential pressures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432Temperature; Ambient temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04753Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04783Pressure differences, e.g. between anode and cathode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10Vehicle control parameters
    • B60L2240/36Temperature of vehicle components or parts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种燃料电池***的驱动控制方法和***。所述方法包含监控外部温度。此外,所述方法包含当在所述监控过程期间外部温度小于预设定的外部温度时,增大在燃料电池堆的阳极侧处的氢压力。

Description

燃料电池***的驱动控制方法和***
技术领域
本发明涉及燃料电池***的驱动控制方法和***,且更具体地说,涉及能够通过调整阳极侧的氢压力来改善冷启动性能的燃料电池***的驱动控制方法。
背景技术
用于作为一种类型的环境友好车辆的氢燃料电池车辆的燃料电池***配置成包含从反应气体的电化学反应产生电能的燃料电池堆、将作为燃料的氢供应到燃料电池堆的氢供应设备、将包含作为执行电化学反应所需的氧化剂的氧的空气供应到燃料电池堆的空气供应设备、和通过放出作为燃料电池堆的电化学反应的副产物的热量到外部且执行水管理功能来最佳地调整燃料电池堆的驱动温度的热量和水管理***。
燃料电池堆的高分子膜应保证离子传导率以提高氢与水的电化学反应的性能。随着水解度增加,氢与水的反应率增大。因此,氢供应设备具有氢再循环***,且空气供应设备具有加湿机。但是,当燃料电池的温度降低到0℃或以下时,由通过加湿供应的水和反应产生的水在燃料电池结冻。燃料电池中剩余的水变化为冰态,其体积扩大,因此,造成对膜电极组件的潜在损坏和具有孔隙结构的气体扩散层。此外,在冷启动后,产生的水就在燃料电池的电极中结冻,且直到其解冻才被排出。未排出的冰阻塞反应气体的流动通道。为了在冷启动后更稳定地驱动燃料电池车辆,需要冰在燃料电池中的反应气体的流动通道被完整地阻塞前解冻。因此,在冷启动前,需要减少燃料电池中存在的水量。
图1为说明燃料电池堆的温度和燃料电池堆的输出随时间的变化的示例性曲线图。参考图1,随着时间流逝,燃料电池堆的温度持续增加。然而,如图1所示,随着燃料电池堆的温度升高,燃料电池堆的电压增加,且在冰塞现象,即,产生的水结冻而阻塞反应气体的流动通道的现象发生期间,燃料电池堆的电压减小。当燃料电池堆的温度升高完成燃料电池堆的解冻时,基于燃料电池堆的温度的升高而增大燃料电池堆的电压。
为了在冷启动前减少燃料电池堆中存在的水量,将驾驶期间的燃料电池中剩余的水维持在预定量或以下,或在停机(shutdown)之后经由净化而去除水。通过以上所提到的工艺,在冷启动后观测到冰塞现象的时间可以被延迟,且作为反应气体的流动通道的通道被阻塞的现象可减轻。为了测量燃料电池中存在的水量,可使用测量燃料电池中的电阻的方法和使用从燃料电池堆的驱动环境获得的实验资料的方法。
另一方面,当燃料电池的驱动温度实质上低时,燃料电池堆的出口部分的饱和蒸气压实质上低。因此,排出的水量减少,而增加了剩余的水量。因此,燃料电池堆中发生溢流现象(floodingphenomenon),因此增加了要去除的水量。
图2为说明燃料电池中剩余的水量随燃料电池堆的温度的变化的示例性曲线图。如图2所示,随着燃料电池堆的温度降低,燃料电池堆中剩余的水量增加。阴极和阳极中剩余的水防止在冷启动后电池堆电压的形成,进而抑制电池中的加热。具体地说,当冷启动后的燃料电池堆的电压基于阳极侧剩余的水而降低到最小参考电压时,催化剂中的碳变成阳极电极中的二氧化碳,这样导致催化剂量可能降低。
发明内容
本发明提供一种能够根据情形通过调整阳极处的压力改善冷启动性能和冷驱动性能的燃料电池***的驱动控制方法。
根据本发明的示例性实施例,一种燃料电池***的驱动控制方法可包括如下步骤:监控外部温度;以及当在所述监控过程期间室外温度小于预设定的外部温度时,增大在燃料电池堆的阳极侧处的氢压力。
所述驱动控制方法还可以包括如下步骤:在增大所述氢压力后,当所述燃料电池堆的温度大于预设定的电池堆温度时,将所述阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差调整到预设定的压力或以下。另外,所述驱动控制方法还可以包括如下步骤:在调整所述差后,当燃料电池车辆停止时,如果所述外部温度小于所述预设定的外部温度,则由所述控制器再次增大所述燃料电池堆的阳极侧处的氢压力。
在增大所述氢压力的步骤中,可以将所述阳极侧处的氢压力增大到可允许的最大值。在再次增大所述氢压力的步骤中,可以将所述阳极侧处的氢压力再次增大到可允许的最大值。另外,在增大所述氢压力的步骤中,可以增大所述阳极侧处的氢压力以将所述阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差维持到预设定的第一压力。在增大所述氢压力的步骤中,可以增大所述阳极侧处的氢压力以使所述阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可以基于所述燃料电池堆的温度改变。在增大所述氢压力的步骤中,可以增大所述氢压力以使所述阳极侧处的氢压力与所述阴极侧处的空气压力之间的差可以随着所述燃料电池堆的温度升高而减小。
另外,在增大所述氢压力的步骤中,可以增大所述氢压力以使得当所述燃料电池堆的温度小于所述预设定的电池堆温度时,使所述阳极侧处的氢压力与所述阴极侧处的空气压力之间的差可以变为最大值。在增大所述氢压力的步骤中,可以增大所述阳极侧处的氢压力以使所述阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可以基于所述燃料电池堆的内阻值改变。在增大所述氢压力的步骤中,可以增大所述氢压力以使得当所述燃料电池堆的内阻值变得低于预设定的参考内阻值时,所述阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可以增大。另外,在增大所述氢压力的步骤中,可以增大所述氢压力以当所述燃料电池堆的内阻值以预定比率或以下变得低于预设定的参考内阻值时,使在所述阳极侧处的所述氢压力与在阴极侧处的空气压力之间的差可以变为最大值。
附图说明
将参照示出附图的各种示例性实施例来详细地描述本发明的以上和其它特征,这些附图在下文给出仅用于说明的目的,因此并不是限制本发明,其中:
图1为示出现有技术的燃料电池堆的温度和燃料电池堆的输出随时间的变化的示例性曲线图;
图2为示出现有技术的燃料电池中剩余的水量随燃料电池堆的温度的变化的示例性曲线图;
图3为描述本发明的示例性实施例的燃料电池堆的阴极与阳极之间的水移动机制的示例性视图;
图4为示出本发明的示例性实施例的电压和内阻随燃料电池堆的阳极中的压力增大的变化的示例性曲线图;
图5A和图5B为示出本发明的示例性实施例的燃料电池堆的电压、电流量和温度随燃料电池堆的阳极与阴极之间的压力差的变化的示例性曲线图;
图6A和图6B为示出本发明的示例性实施例的根据燃料电池堆的电流的增大调整阳极压力的示例性曲线图;
图7到图11为示出本发明的示例性实施例的燃料电池***的驱动控制方法的示例性流程图。
具体实施方式
应理解,本文使用的术语“车辆”(vehicle)或“车辆的”(vehicular)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)在内的乘用车、公交车、卡车、各种商务车、包括各种船只和船舶的水运工具、飞行器等等,并且包括混合动力车、电动车、***式混合电动车、氢动力车、燃料电池车辆和其它代用燃料车(例如,来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的,混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆,例如,具有汽油动力和电动力的车辆。
尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程,但是应理解,所述示例性过程也可以由一个或多个模块来执行。另外,应理解,术语控制器/控制单元是指包含存储器和处理器的硬件装置。存储器配置成存储模块并且处理器专门配置成执行所述模块以执行下文进一步描述的一或多个过程。
此外,本发明的控制逻辑也可具体化为计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质,该计算机可读介质包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、CD-ROM(只读光盘),磁带、软盘、闪盘(flashdrive)、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在连接网络(networkcoupled)的计算机***中,以便例如通过远程服务器或控制器局域网(CAN:ControllerAreaNetwork)以分布形式存储和执行计算机可读介质。
本文使用的术语仅仅是为了说明示例性实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的,单数形式“一个、一种(a、an和the)”也意在包括复数形式,除非上下文中另行明确指出。还应该理解,在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数(Integer,整体)、步骤、操作、元件和/或部件,但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的,术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
除非具体陈述的或为从上下文显而易见的,否则如本文所使用的术语“约”应理解为在本领域中的一般公差范围内,例如,在平均值的2倍标准差内。“约”可理解为在陈述值(标值)的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01%内。除非另外从上下文清楚指明,否则本文所提供的所有数值均由术语“约”来修饰。
关于本文中描述的本发明的实施例的结构和功能的具体描述仅为例示性的,且不解释为将本发明限于此。由于本发明可被不同地修改且具有若干示例性实施例,因此具体示例性实施例将展示于附图中且作更详细地描述。然而,应理解,本发明不限于所述具体示例性实施例,而包含在本发明的精神和范围中所包含的所有修改、等效物和替代物。
例如‘第一’、‘第二’等的术语可用以描述各种构件,但不应将所述构件解释为限于所述术语。所述术语仅用以将一个构件与另一构件区分开来。举例而言,在不脱离本发明的范围的情况下,可将‘第一’构件命名为‘第二’构件,也可类似地将‘第二’构件命名为‘第一’构件。
应该理解,当一个元素(元件)被称为“连接到”或“结合到”另一元素(元件)时,它可以直接连接到或直接结合到另一元素(元件),或者也可以在具有介于其间的其他元素(元件)的状态下,连接到或结合到另一元素(元件)。在另一方面,应该理解,当一个元素(元件)被称为“直接连接到”或“直接结合到”另一元素(元件)时,它可以在没有介于其间的其他元素(元件)的状态下连接到或结合到另一元素(元件)。描述部件间关系的其他表达方式,即“在…之间”、“直接在…之间”、“与…相邻”、“直接与…相邻”等等,应该做类似的理解。
除非另行指出,应该理解,在本说明书中使用的所有术语,包括技术和科学术语,其含义均与本领域技术人员所理解的含义相同。必须理解,由辞典定义的术语与现有技术语境中的含义一致,而它们不应该理想地或过于拘泥形式地定义,除非上下文中另行明确指出。
在下文中,将参考附图,详细描述本发明的示例性实施例。每个附图中提出的相同附图标记表示相同部件。
图3为描述燃料电池堆的阴极与阳极之间的水移动机制的示例性视图。构成燃料电池堆的燃料电池中的水移动可由如图3所示的三个机制执行。首先,水可因水的浓度差而移动,可与从阳极移动到阴极的氢离子一起移动,也可因阳极与阴极之间的压力差而移动。
图4为示出电压和内阻随燃料电池堆的阳极中的压力增大的变化的示例性曲线图。可将左y轴的电压确定为燃料电池堆的性能,且右y轴的高频电阻(HFR:highfrequencyresistance)可将燃料电池堆的内阻值指示为高频电阻。图4的测量结果为通过施加阴极的空气压力作为出口参考大空气压力而获得的值。具体地说,可了解,随着阳极中的氢压力增大,燃料电池堆的电压减小,且内阻值增大。换句话说,随着氢压力增大,燃料电池堆的性能可降低。内阻值与燃料电池中的剩余水可呈反比关系。换句话说,随着剩余的水减少,内阻值增大,而随着剩余的水增加,内阻值减小。通过测量得到的内阻值来确定剩余的水量。例如,随着阳极中的氢压力增大,燃料电池中的剩余水减少。
图5A和5B为示出燃料电池堆的电压、电流量和温度随燃料电池堆的阳极与阴极之间的压力差的变化的示例性曲线图。图5A和5B的测量结果为通过在约零下20度下执行冷启动实验获得的值。图5A和5B示出通过将在阳极中的氢压力与在阴极中的空气压力之间的差分别调整到约5kPa和50kPa、驱动燃料电池堆直到燃料电池堆的温度从约0℃变为40℃、净化(purge)高流速达约10秒且接着执行冷启动获得的结果。描述燃料电池的电压的变化,当阳极与阴极之间的压力差相当大时(图5B),可了解,电压的变动性不显著且电压稳定性增加。
图6A和图6B为示出根据燃料电池堆的电流的增大调整阳极压力的示例性曲线图。图6A示出当将可允许的最大压力用作阳极中的氢压力时的压力变化。此为能够在可维持燃料电池堆的气密稳定性的范围内获得最大效果的条件。图6B示出当阳极中的氢压力增大使得阴极中的空气压力与阳极中的氢压力之间的差可以预定压力差维持在平衡状态中的情况。可通过考虑燃料电池堆的气密稳定性和膜耐久性来设定此氢压力的增大。
图7到图11为示出本发明的示例性实施例的燃料电池***的驱动控制方法的示例性流程图。作为参考,当燃料电池车辆的外部温度为约0℃时,例如,在较冷的月份期间,本发明的示例性实施例的燃料电池***的驱动控制方法可在可进入冷启动模式的条件下执行,这是由于当驱动停止时,车辆和燃料电池堆的温度下降到约0℃或以下。如本文中所描述的控制方法可由燃料电池控制器执行。
当在冷启动后燃料电池堆的温度为,例如约30℃或以下时,阳极中的氢压力可增大并且维持。因此,可防止从阴极产生的水移动到阳极侧,并且可防止通过将阳极中的水移动到阴极而从阳极侧产生溢流状态(floodingstate),和产生反向电压。其后,甚至当驱动温度升高且燃料电池堆的温度升高到约40℃或更大时,例如,阳极侧处的氢压力可增大并维持。当阳极侧处的氢压力增大时,燃料电池堆的电压减小,致使输出性能可能降低,但可在燃料效率保持稳定的范围内去除阳极侧处的水。另外,当燃料电池车辆的驱动停止时,阳极侧处的氢压力可再次增大。因此,阳极侧的蒸气发射量可增大,且可将阳极中的剩余水移动到阴极侧。
图7是示出本发明的示例性实施例的燃料电池***的驱动控制方法的示例性流程图。首先,当启动(钥匙开(key-on))燃料电池车辆时(S701),监控外部温度(S703)。当在监控过程期间外部温度小于预设定的外部温度(例如,约0℃)时,可将燃料电池堆的阳极侧处的氢压力增大到可允许的最大值(S705)。在氢压力增大后(S705),当燃料电池堆的温度超过预设定的电池堆温度(例如,约50℃)时,可将阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差调整到预设定的压力或以下(S707)。接着可使车辆停下来(S709),且可关闭(钥匙关(key-off))启动(S711)。
由于图8的S801到S809与图7的S701到S709相同,因此将省略其描述。描述图8中的额外操作(S811和S813),不同于图7,在使车辆停下来(S809)后,可再次确定车辆的外部温度是否小于预设定的室外温度(例如,约0℃)。当车辆的外部温度大于预设定的外部温度时,可关闭(钥匙关)启动(S813),而当车辆的外部温度小于预设定的外部温度时,可再次增大或重新增大燃料电池堆的阳极侧处的氢压力(S811)。在将阳极侧处的氢压力再次增大到可允许的最大值后,可关闭启动(S813)。换句话说,在使车辆停下来后,可增大阳极侧处的氢压力,从而增加阳极侧的蒸气发射量,且因此可将阳极侧处剩余的水移动到阴极侧。
由于图9的S901和S903与图7的S701和S703相同,因此将省略其描述。当外部温度小于预设定的外部温度(例如,约0℃)时,可增大阳极侧处的氢压力。具体地说,可增大氢压力以将阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差维持在预设定的第一压力(50kPa)(S905)。通过维持阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的大致恒定的差,可去除燃料电池堆中的剩余水,同时避免可基于阳极与阴极之间的压力差而出现的电解质膜损坏。由于接下来的操作(S907到S913)对应于图7和8的S707、S709、S807、S809、S811和S813,因此将省略其描述。
由于图10的S1001和S1003与图7的S701和S703相同,因此将省略其描述。当外部温度小于预设定的外部温度(例如,约0℃)时,可增大阳极侧处的氢压力。具体地说,可增大氢压力以基于燃料电池堆的温度改变阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差(S1005)。具体地说,可增大氢压力以随着燃料电池堆的温度升高,减小阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差。此外,当燃料电池堆的温度小于预设定的电池堆温度时,可增大氢压力以使阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差变为最大值。
如图10所示,当燃料电池堆的温度为约0℃时,阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可变为可允许的最大值,且当燃料电池堆的温度为约50℃时,阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可变为约5kPa。换句话说,随着燃料电池堆的温度从约0℃变为50℃,可增大氢压力以减小阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差。相反地,当燃料电池堆的温度相当低时,可将阳极侧处的氢压力增大到可允许的最大值,且随着燃料电池堆的温度升高,阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可线性减小。按与图9的S907到S913相同的方式,将省略接下来的操作(S1007到S1013)的描述。
图11示出通过考虑燃料电池中剩余的水量调整阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差的示例性算法。由于图11的S1101和S1103与图7的S701和S703相同,因此将省略其描述。当外部温度小于预设定的室外温度(例如,约0℃)时,可增大阳极侧处的氢压力。具体地说,可增大阳极侧处的氢压力,使得基于燃料电池堆的内阻值改变阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差(S1105)。
具体地说,可增大氢压力,以当燃料电池堆的内阻值变得低于预设定的参考内阻值时,增大阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差。此外,当燃料电池堆的内阻值以预定比率或以下变得低于预设定的参考内阻值时,增大氢压力以使阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差变为最大值。
参考图11,当燃料电池堆的内阻值以预定比率或以下变得低于预设定的参考内阻值(例如,电池堆内阻参考值)时,阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可设定到可允许的最大值。此外,当燃料电池堆的内阻值约等于预设定的参考内阻值(例如,电池堆内阻参考值)时,阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可变为约5kPa。换句话说,当燃料电池堆的内阻值约等于预设定的参考内阻值时,可将氢压力调整到正常状态下的阳极侧处的氢压力与阴极侧处的氧压力之间的差,且随着内阻值变得低于预设定的参考内阻值,可增大氢压力以增大阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差。将省略类似于图9的S907到S913的接下来的操作(S1107到S1113)的描述。
图7到图11中示出且参考图7到图11描述的数值不限于所示和所描述的数值,且可基于设计工艺、环境变化和技术水平的差异而改变。在本发明的示例性实施例的燃料电池***的驱动控制方法中,在进入冷启动模式后,就可维持电压稳定性,从而改善冷启动性能和冷驱动性能。换句话说,可降低能够执行冷启动的温度,且可减少冷启动完成时间。
在关闭燃料电池车辆的启动后,可减少燃料电池堆的阳极侧处存在的水量从而改善电压稳定性。可防止归因于在冷启动期间引起的碳腐蚀的催化剂损坏。可在无需使用另行附接的部件的状态下改善冷启动性能。此外,可在无需另行改变无燃料效率的状态下改善冷启动性能。
虽然已参照附图中示出的示例性实施例描述了本发明,但其仅为示例。本领域技术人员应了解,能够根据本发明实施各种修改和等效的其它示例性实施例。因此,本发明的实际技术保护范围将由所附权利要求限定。

Claims (20)

1.一种燃料电池***的驱动控制方法,其包括如下步骤:
由控制器监控外部温度;以及
当在监控过程期间室外温度小于预设定的外部温度时,由所述控制器增大在燃料电池堆的阳极侧处的氢压力。
2.根据权利要求1所述的驱动控制方法,其还包括:
在增大所述氢压力后,当所述燃料电池堆的温度大于预设定的电池堆温度时,由所述控制器将所述阳极侧的氢压力与阴极侧的空气压力之间的差调整到预设定的压力或以下。
3.根据权利要求2所述的驱动控制方法,其还包括:
在调整所述差后,当燃料电池车辆停止时,如果所述外部温度小于所述预设定的外部温度,则由所述控制器再次增大所述燃料电池堆的阳极侧的氢压力。
4.根据权利要求1所述的驱动控制方法,其中在增大所述氢压力的过程中,将所述阳极侧的氢压力增大到可允许的最大值。
5.根据权利要求3所述的驱动控制方法,其中在再次增大所述氢压力的过程中,将所述阳极侧的氢压力再次增大到可允许的最大值。
6.根据权利要求1所述的驱动控制方法,其中在增大所述氢压力的过程中,增大所述阳极侧的氢压力以将所述阳极侧的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差维持到预设定的第一压力。
7.根据权利要求1所述的驱动控制方法,其中在增大所述氢压力的过程中,基于所述燃料电池堆的温度,增大所述阳极侧的氢压力以改变所述阳极侧的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差。
8.根据权利要求7所述的驱动控制方法,其中在增大所述氢压力的过程中,随着所述燃料电池堆的温度升高,增大所述氢压力以减小所述阳极侧的氢压力与所述阴极侧的空气压力之间的差。
9.根据权利要求7所述的驱动控制方法,其中在增大所述氢压力的过程中,当所述燃料电池堆的温度小于所述预设定的电池堆温度时,增大所述氢压力以使所述阳极侧的氢压力与所述阴极侧的空气压力之间的差变为最大值。
10.根据权利要求1所述的驱动控制方法,其中在增大所述氢压力的过程中,基于所述燃料电池堆的内阻值,增大所述阳极侧处的氢压力以改变所述阳极侧的氢压力与阴极侧的空气压力之间的差。
11.根据权利要求10所述的驱动控制方法,其中在增大所述氢压力的过程中,当所述燃料电池堆的内阻值变得低于预设定的参考内阻值时,增大所述氢压力以增大所述阳极侧的氢压力与阴极侧的空气压力之间的差。
12.根据权利要求10所述的驱动控制方法,其中在增大所述氢压力的过程中,当所述燃料电池堆的内阻值以预定比率或以下变得低于预设定的参考内阻值时,增大所述氢压力以使所述阳极侧的所述氢压力与阴极侧的空气压力之间的差变为最大值。
13.一种燃料电池***的驱动控制***,其包括:
存储器,其配置成存储程序指令;以及
处理器,其配置成执行所述程序指令,所述程序指令在被执行时配置成:
监控外部温度;以及
当在监控过程期间室外温度小于预设定的外部温度时,增大燃料电池堆的阳极侧的氢压力。
14.根据权利要求13所述的***,其中所述程序指令在被执行时进一步配置成:
在增大所述氢压力后,当所述燃料电池堆的温度大于预设定的电池堆温度时,将所述阳极侧的氢压力与阴极侧的空气压力之间的差调整到预设定的压力或以下。
15.根据权利要求14所述的***,其中所述程序指令在被执行时进一步配置成:
在调整所述差后,在使燃料电池车辆停止时,如果所述外部温度小于所述预设定的外部温度,则再次增大所述燃料电池堆的阳极侧的氢压力。
16.根据权利要求13所述的***,其中在增大所述氢压力的过程中,所述阳极侧的氢压力被增大到可允许的最大值。
17.根据权利要求15所述的***,其中在再次增大所述氢压力的过程中,所述阳极侧的氢压力被再次增大到可允许的最大值。
18.一种非暂时性计算机可读介质,其含有由控制器执行的程序指令,所述计算机可读介质包括:
监控外部温度的程序指令;以及
当在监控过程期间室外温度小于预设定的外部温度时增大燃料电池堆的阳极侧的氢压力的程序指令。
19.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质,其还包括:
在增大所述氢压力后当所述燃料电池堆的温度大于预设定的电池堆温度时,将所述阳极侧的氢压力与阴极侧的空气压力之间的差调整到预设定的压力或以下的程序指令。
20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质,其还包括:
在调整所述差后在使燃料电池车辆停止时,如果所述外部温度小于所述预设定的外部温度,则再次增大所述燃料电池堆的阳极侧的氢压力的程序指令。
CN201410746325.4A 2014-07-15 2014-12-08 燃料电池***的驱动控制方法和*** Active CN105280934B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140089017A KR101592736B1 (ko) 2014-07-15 2014-07-15 연료 전지 시스템의 운전 제어 방법
KR10-2014-0089017 2014-07-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105280934A true CN105280934A (zh) 2016-01-27
CN105280934B CN105280934B (zh) 2019-11-01

Family

ID=55021812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410746325.4A Active CN105280934B (zh) 2014-07-15 2014-12-08 燃料电池***的驱动控制方法和***

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9484586B2 (zh)
JP (1) JP6537809B2 (zh)
KR (1) KR101592736B1 (zh)
CN (1) CN105280934B (zh)
DE (1) DE102014224867A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111048807A (zh) * 2018-10-11 2020-04-21 现代自动车株式会社 用于去除燃料电池堆中的残留水的方法和***
CN111224134A (zh) * 2019-11-29 2020-06-02 安徽江淮汽车集团股份有限公司 燃料电池开关机保护方法、装置、电子设备及存储介质

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108780905B (zh) * 2016-03-15 2021-10-08 日产自动车株式会社 燃料电池***及其控制装置以及燃料电池***的控制方法
US10218018B2 (en) * 2016-05-03 2019-02-26 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell stack health monitoring using groups of fuel cells
CN110364754B (zh) * 2019-08-12 2024-04-12 上海电气集团股份有限公司 燃料电池的过压保护装置及控制方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030039870A1 (en) * 2001-08-02 2003-02-27 Ilona Busenbender Fuel cell system and method of operation
JP2004127914A (ja) * 2002-07-29 2004-04-22 Denso Corp 燃料電池システム
JP2004296326A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005209635A (ja) * 2003-12-26 2005-08-04 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の発電運転制御方法及びその装置
JP2006156181A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の低温起動方法及び燃料電池システム
JP2006253005A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法
JP2007035464A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
CN101755357A (zh) * 2007-07-19 2010-06-23 丰田自动车株式会社 燃料电池***及移动体
KR20130040357A (ko) * 2011-10-14 2013-04-24 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 냉시동 프리컨디셔닝 제어방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4133264B2 (ja) 2002-11-28 2008-08-13 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP4626126B2 (ja) 2003-04-09 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2006147335A (ja) 2004-11-19 2006-06-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2006164675A (ja) 2004-12-06 2006-06-22 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび調圧弁
JP2006331850A (ja) * 2005-05-26 2006-12-07 Toyota Motor Corp 燃料電池の反応ガス供給装置
JP5488605B2 (ja) * 2009-09-16 2014-05-14 日産自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置及び制御方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030039870A1 (en) * 2001-08-02 2003-02-27 Ilona Busenbender Fuel cell system and method of operation
JP2004127914A (ja) * 2002-07-29 2004-04-22 Denso Corp 燃料電池システム
JP2004296326A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005209635A (ja) * 2003-12-26 2005-08-04 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の発電運転制御方法及びその装置
JP2006156181A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の低温起動方法及び燃料電池システム
JP2006253005A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法
JP2007035464A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
CN101755357A (zh) * 2007-07-19 2010-06-23 丰田自动车株式会社 燃料电池***及移动体
KR20130040357A (ko) * 2011-10-14 2013-04-24 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 냉시동 프리컨디셔닝 제어방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111048807A (zh) * 2018-10-11 2020-04-21 现代自动车株式会社 用于去除燃料电池堆中的残留水的方法和***
CN111048807B (zh) * 2018-10-11 2024-04-30 现代自动车株式会社 用于去除燃料电池堆中的残留水的方法和***
CN111224134A (zh) * 2019-11-29 2020-06-02 安徽江淮汽车集团股份有限公司 燃料电池开关机保护方法、装置、电子设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160009147A (ko) 2016-01-26
US20160020474A1 (en) 2016-01-21
US9484586B2 (en) 2016-11-01
JP2016021362A (ja) 2016-02-04
DE102014224867A1 (de) 2016-01-21
JP6537809B2 (ja) 2019-07-03
CN105280934B (zh) 2019-11-01
KR101592736B1 (ko) 2016-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11444300B2 (en) Method for the predictive operation of a fuel cell or a high-voltage accumulator
US11050072B2 (en) Fuel cell system and operation control method of the same
CN105280934A (zh) 燃料电池***的驱动控制方法和***
CN101606260B (zh) 燃料电池***
US8460835B2 (en) Fuel cell system
US10224558B2 (en) Fuel cell system and operation control method of the same
Zheng et al. PMP-based power management strategy of fuel cell hybrid vehicles considering multi-objective optimization
KR102417328B1 (ko) 연료 전지 차량의 점화를 제어하는 방법
JP2006024559A (ja) サブトラックに分割された燃料電池スタックを備える燃料電池システムから発電する方法および燃料電池システム
JP2017204407A (ja) 燃料電池システム及びその制御方法
CN114914484A (zh) 前瞻性能量管理和控制***及方法
CN113299946A (zh) 燃料电池停机工况热管理方法及装置
JP5336903B2 (ja) 燃料電池システム
CN105047962A (zh) 燃料电池***及其控制方法
Topcu et al. The effect of the heater and the pump operation durations on the cold start performance of the coolant heating assisted PEM fuel cell application
Amamou et al. An adaptive cold start strategy of proton exchange membrane fuel cell based on maximum power mode
Molavi et al. State machine-based architecture to control system processes in a hybrid fuel cell electric vehicle
KR20140126862A (ko) 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법
JP5333717B2 (ja) 燃料電池システム
US9997796B2 (en) Fuel cell system and operating method of fuel cell system
Henao et al. PEMFC low temperature startup for electric vehicle
US10763528B2 (en) Operation of a fuel cell stack to prevent low oxygen concentrations in a surrounding enclosed space
Bonci Fuel Cell Vehicle simulation: an approach based on Toyota Mirai
Chandrasekar A Novel Thermal Management Simulation Model Analysis for The Fuel Cell Electric Truck Systems
US20230187664A1 (en) Systems and methods for controlling the thermal management system in a fuel cell powertrain system

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant