CN105720281A - 用于燃料电池***的气体和冷凝水排放***及其控制方法 - Google Patents

用于燃料电池***的气体和冷凝水排放***及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105720281A
CN105720281A CN201410738739.2A CN201410738739A CN105720281A CN 105720281 A CN105720281 A CN 105720281A CN 201410738739 A CN201410738739 A CN 201410738739A CN 105720281 A CN105720281 A CN 105720281A
Authority
CN
China
Prior art keywords
drain valve
condensed water
gas
integrated drain
water
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
CN201410738739.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105720281B (zh
Inventor
沈孝燮
郑世权
权富吉
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 CN105720281A publication Critical patent/CN105720281A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105720281B publication Critical patent/CN105720281B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04597—Current of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于排放燃料电池***的气体和冷凝水的***和方法。气体和冷凝水排放***包括：燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阴极和阳极并且通过氧气和氢气的电化学反应产生电流；聚水器，所述聚水器临时存储从电池堆的阳极排放的气体和水以及冷凝水；集成的排水阀，所述集成的排水阀被安装在所述聚水器处，以便产生用于气体和所述冷凝水的气流路径，所述气体和所述冷凝水穿过集成的排水阀的排放部且被排出所述聚水器；以及控制器，所述控制器通过打开和关闭所述集成的排水阀来排放所述气体和所述冷凝水。

Description

用于燃料电池***的气体和冷凝水排放***及其控制方法
相关申请案的交叉参考
本申请要求2014年9月22日在韩国知识产权局提交的第10-2014-0126188号韩国专利申请的优先权权益，该申请的全部内容通过引用结合在本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池***的气体和冷凝水排放***和方法。具体来说，气体和冷凝水可以通过单个的排放部从燃料电池***中排出。
背景技术
燃料电池***是接收作为燃料的氢气以及空气中的氧气并且通过燃料电池中氢气与氧气之间的电化学反应产生电能的发电***。
例如，燃料电池***被应用于燃料电池车辆中并且通过用由燃料电池产生的电能为电动机供电来操作车辆。
一般来说，这种燃料电池***包括燃料电池堆，所述燃料电池堆是燃料电池单元的组件，每一个燃料电池单元包括阴极和阳极、用于将空气供应到阴极的空气供应装置、以及用于将氢气供应到阳极的氢气供应装置。
当燃料电池***产生电力时，阴极产生水并且由于浓度差，一部分水通过燃料电池堆的电解质层被移动到阳极。
因此，包括未反应的氢气以及来自阴极的水的气体从燃料电池的阳极排放。气体和水通过氢气再循环装置被重新供应到燃料电池堆中，并且冷凝水在被临时存储在聚水器中之后从阳极排出且随后排放至燃料电池堆的外部。
当再循环气体时，通常对包括未反应的氢气的气体进行净化以便将除了从燃料电池堆的阳极排出的氢气以外的杂质去除。因此，这种净化增加了供应到阳极的氢气的浓度并且激活电池堆中的电化学反应。
如果阳极中的冷凝水没有被适当地排放到外部，那么电池堆可能充满冷凝水并且氢气可能无法通过电解质层移动到阴极。这样可能在驱动车辆的过程中引起减小的输出以及严重的问题。因此，冷凝水的排放以及含氢气的气体的净化对于操作燃料电池***来说可能是至关重要的。
通常，排气阀(purgevalve)和排水阀中的每一者都被应用到聚水器上，将来自燃料电池堆的阳极的气体和水排出管线与氢气再循环管线连接或被连接到聚水器的前端和后端上。这些阀可以独立地执行气体净化和排放冷凝水。换句话说，净化管线和排水管线是彼此分离的。
此背景技术部分所揭示的以上信息仅用于增强对发明背景的理解，因此其可能包含不形成在本国中本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种通过利用排放冷凝水的单个排水阀连续地净化再循环气体和排放冷凝水而从燃料电池***中排放气体和冷凝水的***和方法，由此减少燃料电池***的成本和重量。
在示例性实施例中，用于从燃料电池***中排放气体和冷凝水的***可以包括：燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阴极和阳极并且通过氧气和氢气的电化学反应产生电流；聚水器，所述聚水器临时存储从燃料电池堆的阳极排放的气体和水以及冷凝水；集成的排水阀，所述排水阀被安装在聚水器处，使得气体和冷凝水穿过集成的排水阀的排放部并且被排放到聚水器的外部；以及控制器，所述控制器通过打开和关闭所述集成的排水阀来控制气体和冷凝水的排放。
控制器可以通过对由电池堆产生的电流值进行积分或通过直接地接收电流积分值信号来直接地识别电流积分值。
燃料电池***的气体和冷凝水排放***可以进一步包括水位传感器，所述水位传感器被安装在聚水器中并且感测冷凝水。
具体来说，在聚水器中，冷凝水的水位下降的区间可以包括气体和冷凝水两者通过排放部被排出的区间。
集成的排水阀的排放部的入口面可以与冷凝水的水位面平行或基本上平行。
当作为由电池堆产生的电流的积分值的电流积分值等于或大于预定值时，控制器可以打开集成的排水阀。控制器可以通过利用来自水位传感器的输出信号和预定的打开时间中的至少一个确定是否关闭集成的排水阀来关闭所述集成的排水阀。
或者，控制器可以根据来自水位传感器的输出信号打开集成的排水阀并且通过利用来自水位传感器的输出信号和预定的打开时间中的至少一个确定是否关闭集成的排水阀来关闭集成的排水阀。
在示例性实施例中，用于从电池中排放气体和冷凝水的***可以包括：燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阴极和阳极并且通过氧气和氢气的电化学反应产生电流；聚水器，所述聚水器临时存储从电池堆的阳极排出的气体和水以及冷凝水；集成的排水阀，所述集成的排水阀被安装在聚水器处，使得气体和冷凝水可以穿过排放部并且被排放到聚水器的外部；以及控制器，所述控制器通过打开和关闭集成的排水阀来控制气体和冷凝水的排放。
在示例性实施例中，控制***的方法可以包括以下两个步骤中的至少一个步骤：通过控制器确定作为由电池堆产生的电流的积分值的电流积分值是否等于或大于预定值；以及通过控制器确定是否根据来自水位传感器的输出信号感测到冷凝水。所述方法可以进一步包括如果电流积分值等于或大于预定值，则通过控制器打开集成的排水阀的步骤。或者，所述方法可以进一步包括如果控制器确定感测到冷凝水的水位，则通过控制器打开集成的排水阀的步骤。
另外，所述方法可以进一步包括：通过控制器确定是否已经过集成的排水阀的预定打开时间的步骤；以及当已经过打开时间时通过控制器关闭集成的排水阀的步骤。
当电流积分值等于或大于预定值并且感测到冷凝水时，可以打开集成的排水阀，并且由于在打开集成的排水阀之后因未感测到冷凝水，因此在经过预定的第一打开时间之后，集成的排水阀随后可以被关闭。
当电流积分值等于或大于预定值并且未感测到冷凝水时，集成的排水阀可以被打开并且在从集成的排水阀的打开经过预定的第二打开时间之后，集成的排水阀随后可以被关闭。
当感测冷凝水时，集成的排水阀可以被打开并且在从集成的排水阀的打开经过预定的第三打开时间之后，集成的排水阀随后可以被关闭。
附图说明
图1将相关技术中的常规的气体和冷凝水排放***的结构与根据本发明的示例性实施例的气体和冷凝水排放***的示例性的结构进行对比。
图2示出根据本发明的示例性实施例的用于示例性***的排放气体和冷凝水的示例性过程。
图3示出根据本发明的示例性实施例的用于排放气体和冷凝水的示例性***的侧视图。
图4是示出确定在用于排放气体和冷凝水的常规***中净化值的打开时间的原理的曲线图。
图5是示出根据本发明的示例性实施例的确定在排放气体和冷凝水的示例性***中用于净化(purging)再循环气体的打开时间的示例性原理的示例性曲线图。
图6示出根据本发明的示例性实施例的用于排放气体和冷凝水的示例性***的示例性控制设备。
图7示出根据本发明的示例性实施例的控制用于排放气体和冷凝水的示例性***的示例性方法。
图1至7中列举的参考标号包括下文中进一步论述的以下部件：
10：聚水器20：集成的排水阀
21：排放部30：水位传感器
40：控制器50：电流检测器
具体实施方式
本文中所使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，并非意图限制本发明。如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”意图还包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在用于本说明书中时规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件，和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件，和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何以及所有组合。
下文将参考附图详细描述本发明的示例性实施例，使得本领域普通技术人员容易地执行本发明。本领域普通技术人员将认识到，本发明可以以各种不同形式实施并且不应被解释为限于本文中所描述的实施例。
图1说明用于排放气体和冷凝水的常规***的结构以及根据本发明的示例性实施例的用于排放气体和冷凝水的示例性***的示例性结构。
在图1的(a)中示出的常规技术以及图1的(b)中示出的示例性实施例两者中，包含从燃料电池堆的阳极排出的氢气和水的气体可以穿过聚水器或可以临时存储在聚水器中。
在图1(a)中示出的常规技术中，气体和水蒸气在进入聚水器之前可以通过排气阀进行净化，以便去除除氢气以外的杂质。流入聚水器中的冷凝水或在通过聚水器时获得的冷凝水可以被临时存储并且随后基于排放周期通过位于聚水器下方的排水阀排出。因此，气体净化管线和冷凝水排水管线是彼此分离的。
本文所使用的术语“净化”是指“排放”，且具体来说，用于指示气体通过阀门的排放。
另一方面，在根据本发明的示例性实施例的用于排放气体和冷凝水的***中，吸入聚水器中的气体和水可以通过一个排放管线连续地净化或排放。因此，与相关技术中的常规***不同，排气阀和排水阀在功能上可以集成到一个阀中。
图2示出根据本发明的示例性实施例的用于排放气体和冷凝水的示例性***的示例性过程。
如图1和图2所示，根据本发明的示例性实施例的用于排放气体和冷凝水的***可以包括：燃料电池堆，所述燃料电池堆包括通过氧气和氢气的电化学反应产生电流的阴极和阳极；聚水器10，所述聚水器临时存储从电池堆的阳极排出的气体和水以及冷凝水；集成的排水阀20，所述集成的排水阀安装在聚水器10上，使得气体和冷凝水通过同一排放部21并且被排放到聚水器10的外部；以及控制器40(图6)，所述控制器通过打开和关闭集成的排水阀20来控制气体和冷凝水的排放。
具体来说，根据本发明的示例性实施例的用于排放气体和冷凝水的***可以不包括常规的排气阀，取而代之，可以通过仅使用集成的排水阀20连续地净化从电池堆的阳极排出的且再循环的气体并且排出冷凝水。
另外，用于排放气体和冷凝水的***可以进一步包括水位传感器30，所述水位传感器被安装在聚水器10上并且感测冷凝水。
在常规的***中，当电流积分值达到预定值时，排气阀可以被打开预定的时间段或预定的时间以周期性地净化再循环的气体。电流积分值是通过将通过燃料电池堆的电化学反应产生的电流进行积分所获得的值，其单位是库伦(C)。
电流积分值可以通过利用由电流检测器50(图6)检测到的电流由控制器40计算。或者，电流积分值可以通过控制器40直接从电流检测器50接收电流积分值信号而获得。
相反地，用于排放气体和冷凝水的***可以仅利用排水阀，而不需要使用排气阀来净化再循环的气体并排放冷凝水，这将在下面详细描述。
如图2的(a)中所示，当电流积分值等于或大于预定值并且集成的排水阀20被打开时，聚水器10中的冷凝水可以开始通过集成的排水阀20的排放部21排放。
在冷凝水的水位下降过程中，当不能感测到冷凝水的水位传感器30的部分开始出现时(如图2的(b)中所示)，来自水位传感器30的输出信号开始变化。
可以对水位传感器30的安装高度进行调整，使得水位传感器30的矩形水位感测部的上端可以位于与排放部21的入口的上缘一样高的位置。因此，可以检测到从水位传感器30的输出信号开始变化的点，并且因此可以检测到达到与排放部21的入口的上缘一样的高度的冷凝水水位。或者，水位传感器30的水感测部的上端可以放置成略高于排放部21的入口的上缘，使得可以感测到输出信号的明显的变化。图3中示出这种示例性实施例。
当冷凝水水位变得低于排放部21的入口的上缘时，聚水器10中包含氢气的再循环气体可以开始通过排放部21与冷凝水一起排放。该气体还可以包括水蒸气。随后，当冷凝水水位变得低于排放部21的入口的下缘时，如图2的(c)中所示，可以不进一步排放冷凝水并且仅进行气体净化。
因此，其中在聚水器10中冷凝水的水位下降的区间可以包括气体和冷凝水两者通过排放部21排放的区间。具体来说，气体和冷凝水两者通过排放部21排放的区间可以由具有高度的排放部21的入口的形状而形成。
此外，当排放部21的入口面被配置成与冷凝水水位面平行时，气体和冷凝水排放***中的气体和冷凝水的排放区间可以彼此分离。
在这种情况下，可以不产生同时排出气体和冷凝水两者的区间。
用于排放气体和冷凝水的***中的控制器40可以在一段预定的电流积分值A的时期内排放冷凝水，并且排放时间可以随着所存储的冷凝水的体积(例如，冷凝水水位)变化而变化。
例如，当电流积分值A等于或大于1000C的预定值并且控制器40根据来自水位传感器30的输出信号确定感测到冷凝水时，可以打开集成的排水阀20。由于控制器40确定未感测到冷凝水，因此在X1秒的预定第一打开时间之后，随后可以根据来自水位传感器30的输出信号的变化关闭集成的排水阀30。在此实例中，来自水位传感器30的输出的变化以及预定的打开时间X1两者可以用于确定是否关闭集成的排水阀20。
另一方面，当电流积分值A等于或大于1000C的预定值并且控制器40根据来自水位传感器30的输出信号确定未感测到冷凝水时，可以打开集成的排水阀20用于净化再循环的气体。由于集成的排水阀20被打开，因此在X2秒的预定的第二打开时间之后，集成的排水阀20随后可以被关闭。在此实例中，仅预定的打开时间X2被用于确定是否关闭集成的排水阀20。
在示例性实施例中，仅来自水位传感器30的输出信号被用于确定是否关闭集成的排水阀20。当电流积分值等于或大于A时，可以打开集成的排水阀20，并且当根据来自水位传感器30的输出信号确定冷凝水水位变得比排放部21的入口的下缘低预定长度时，可以关闭集成的排水阀20。具体来说，当确定是否关闭集成的排水阀20时，可以不考虑是否已经过预定的打开时间。
在另一实例中，可以根据电流积分值打开集成的排水阀20，而完全不需要使用来自水位传感器30的输出信号，并且在经过预定的打开时间之后，随后可以关闭集成的排水阀。当电流积分值等于或大于A时，可以通过水位传感器30感测到冷凝水，冷凝水水位可以保持几乎恒定，并且可以提前通过实验确定对于冷凝水的排放以及再循环气体的净化最佳的打开时间。另外，仅预定的打开时间可以被用于确定是否关闭集成的排水阀20。
在这四个实例中，当确定感测到冷凝水时，可以表明集成的排水阀20的排放部21的入口被浸没在水中。
在另一实例中，控制器40可以根据来自水位传感器30的输出信号而不是电流积分值确定何时打开集成的排水阀20。在这种情况下，可以使用来自水位传感器30的输出信号和预定的打开时间之中的至少一者来确定是否关闭集成的排水阀20。可以在根据电流积分值的打开集成的排水阀20的上述四个实例中如上所述进行这种确定。
图3示出根据本发明的示例性实施例的用于排放气体和冷凝水排放***的示例性***的侧视图。
参考图3，当冷凝水水位达到排放部21的入口的上缘时，从水位传感器30输出的信号的值可以根据水位传感器30的高度位置而变化，因为水位传感器30的水感测部与冷凝水之间的接触面积可以改变。根据实验，当冷凝水水位达到排放部21的入口的上缘时，可以获得从水位传感器30输出的信号值，所述信号值可以随着水位传感器30的高度位置的变化而变化。另外，当冷凝水达到排放部21的入口的下缘时，可以获得从水位传感器30输出的信号值。
因此，可以获得从水位传感器30输出的信号值，所述信号值对应于冷凝水水位并且随着水位传感器30的安装位置的变化而变化，并且该信息可以用作控制器40用以确定集成的排水阀20的打开和关闭的重要数据。
如图3中所示，其中排放气体和冷凝水两者的区间可以与排放部21的入口处于相同高度处。
在根据本发明的各种示例性实施例的用于排放气体和冷凝水的***中，通过实验提前确定用于净化再循环的气体的打开时间以便预先确定集成的排水阀20的打开时间X1、X2等可能是重要的，这是因为只要水位面适当地降低就可以如预期的那样排放冷凝水，但为了实现目标净化体积L，可能需要确保足够的时间量。
图4是示出用于确定在常规的气体和冷凝水中的净化值的打开时间的原理的曲线图。
图5是根据本发明的示例性实施例的示出确定在排放气体和冷凝水的示例性***中用于净化再循环气体的打开时间的示例性原理的示例性曲线图。
在常规的***中，再循环气体的净化以及冷凝水的排放通过使用两个阀门单独地进行。因此，净化体积对打开时间曲线图呈直线的形式，这表明净化体积随打开时间增加而增加，并且如图4中所示，可以选择对应于目标净化体积的打开时间作为最佳打开时间。
在根据本发明的示例性实施例的示例性***中，气体的净化以及冷凝水的排放可以通过使用单个排水阀来进行。因此，图5中所示的曲线图的形状取决于冷凝水水位下降的区间是否包括排放气体和冷凝水两者的区间。
具体来说，由于排出冷凝水和气体两者，因此如图5中所示，净化体积随着打开时间的增加而以缓和曲线的形式增加，并且随后在冷凝水水位变得低于排放部21的入口的下缘之后，所述曲线图可以呈随打开时间上升的直线形式。因此，满足目标净化体积的最佳打开时间可以略微增加。在后一种情况下，由于单独排出冷凝水和气体，因此以与使用两个阀门进行再循环气体的净化以及冷凝水的排放的相同的方式来确定最佳打开时间。
图6说明根据本发明的示例性实施例的用于控制排放气体和冷凝水的示例性***。
根据本发明的示例性实施例的控制排放气体和冷凝水的设备可以包括：集成的排水阀20；水位传感器30；电流检测器50；以及控制器40。如上所述，可以使用集成的排水阀20的控制逻辑、根据来自水位传感器30的输出信号的通过控制器40的确定方法，以及通过电流检测器50和控制器40的电流积分值的使用逻辑。
在从水位传感器30和电流检测器50接收到信号之后，控制器40可以执行计算或确定，并且可以根据预定控制逻辑将输出信号发送到集成的排水阀20以打开或关闭集成的排水阀20。
图7示出根据本发明的示例性实施例的控制排放气体和冷凝水的示例性方法。
根据本发明的示例性实施例的控制排放气体和冷凝水的方法可以包括：通过控制器40确定何时电流积分值等于或大于预定值A的步骤S10；以及通过控制器40根据来自水位传感器的输出信号确定是否感测到冷凝水的S20和S50步骤中的至少一者。所述控制方法可以进一步包括：当电流积分值等于或大于A时或当控制器40确定感测到冷凝水时，通过控制器40打开集成的排水阀20的步骤S30或S40。
此外，所述控制方法可以进一步包括确定是否已经过集成的排水阀20的预定打开时间的步骤S80或S90。另外，所述控制方法可以进一步包括在经过打开时间之后通过控制器40关闭集成的排水阀20的步骤S100或S110。
如上所述，可以根据电流积分值或来自水位传感器30的输出信号打开集成的排水阀20。同样地，可以使用电流积分值以及来自水位传感器30的输出信号两者。在任一情况下，可以至少根据来自水位传感器20的输出信号或预定的打开时间确定是否关闭集成的排水阀20。
如图7中所示，在所述控制方法中，当电流积分值等于或大于预定值A(S10)且感测到冷凝水(S20)时，可以打开集成的排水阀20(S30)。在没有感测到冷凝水的时间点之后(S50)在经过X1秒的预定的第一打开时间之后(S90)，随后可以关闭集成的排水阀20(S110)。
另一方面，当电流积分值等于或大于预定值A(S10)且没有感测到冷凝水时，可以打开集成的排水阀20(S40)。在集成的排水阀20被打开之后在经过X2秒的预定的第二打开时间之后，随后可以关闭集成的排水阀20(S100)。
对于根据来自水位传感器30的输出信号打开集成的排水阀20(可以不对应于图7中示出的示例性实施例)，当感测到冷凝水时，可以打开集成的排水阀20。在集成的排水阀20被打开之后在经过X3秒的预定的第三打开时间之后，随后可以关闭集成的排水阀20。
具体来说，可以通过实验适当地确定第一打开时间、第二打开时间和第三打开时间。
完全如上所述，本发明可以通过在功能上将排水阀和排气阀集成到单个阀门中来减少成本和重量。
尽管已结合当前认为是实用的示例性实施例的实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所揭示的实施例。相反地，预期涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (13)

1.一种燃料电池***的气体和冷凝水排放***，包括：
燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阴极和阳极并且通过氧气和氢气的电化学反应产生电流；
聚水器，所述聚水器临时存储从所述燃料电池堆的阳极排放的气体和水以及冷凝水；
集成的排水阀，所述集成的排水阀被安装在所述聚水器处，使得所述气体和所述冷凝水通过所述集成的排水阀的排放部并被排出所述聚水器；以及
控制器，所述控制器通过打开和关闭所述集成的排水阀来控制所述气体和所述冷凝水的所述排放。
2.根据权利要求1所述的气体和冷凝水排放***，其中所述控制器通过对由所述燃料电池堆产生的电流值进行积分或通过直接接收电流积分值信号来直接识别电流积分值。
3.根据权利要求1所述的气体和冷凝水排放***，其还包括水位传感器，所述水位传感器被安装在所述聚水器中并且感测所述冷凝水。
4.根据权利要求1所述的气体和冷凝水排放***，其中在所述聚水器中所述冷凝水的水位降低的区间包括通过所述排放部排出所述气体和所述冷凝水两者的区间。
5.根据权利要求1所述的气体和冷凝水排放***，其中所述集成的排水阀的所述排放部的入口面与所述冷凝水的水位面平行或基本上平行。
6.根据权利要求3所述的气体和冷凝水排放***，其中当作为由燃料电池堆产生的电流的积分值的电流积分值等于或大于预定值时，所述控制器打开所述集成的排水阀，并且所述控制器通过利用来自所述水位传感器的输出信号和预定的打开时间中的至少一者确定是否关闭所述集成的排水阀来关闭所述集成的排水阀。
7.根据权利要求3所述的气体和冷凝水排放***，其中所述控制器根据来自所述水位传感器的输出信号打开所述集成的排水阀，并且所述控制器通过利用来自所述水位传感器的输出信号和预定的打开时间中的至少一者确定是否关闭所述集成的排水阀来关闭所述集成的排水阀。
8.一种控制燃料电池***的气体和冷凝水排放***的方法，其中所述气体和冷凝水排放***包括：燃料电池堆，所述燃料电池堆包括阴极和阳极并且通过氧气和氢气的电化学反应产生电流；聚水器，所述聚水器临时存储从所述燃料电池堆的阳极排放的气体和水以及冷凝水；集成的排水阀，所述集成的排水阀被安装在所述聚水器处，使得所述气体和所述冷凝水通过排放部并且被排出所述聚水器；以及控制器，所述控制器通过打开和关闭所述集成的排水阀来控制所述气体和所述冷凝水的排放，所述控制方法包括以下两个步骤中的至少一个步骤：
通过所述控制器确定作为由所述燃料电池堆产生的电流的积分值的电流积分值是否等于或大于预定值；以及
通过所述控制器根据来自所述水位传感器的输出信号确定是否感测到冷凝水。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：当所述电流积分值等于或大于所述预定值时，或当所述控制器确定感测到冷凝水时，通过所述控制器打开所述集成的排水阀。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
通过所述控制器确定是否已经过所述集成的排水阀的预定的打开时间；以及
当已经过所述打开时间时，通过所述控制器关闭所述集成的排水阀。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，当所述电流积分值等于或大于所述预定值并且感测到冷凝水时，打开所述集成的排水阀，并且在打开所述集成的排水阀之后从未感测到所述冷凝水开始，经过预定的第一打开时间之后，随后关闭所述集成的排水阀。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，当所述电流积分值等于或大于所述预定值并且未感测到冷凝水时，打开所述集成的排水阀，并且在从打开所述集成的排水阀的时间开始经过预定的第二打开时间之后，随后关闭所述集成的排水阀。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，当感测到冷凝水时，打开所述集成的排水阀，并且在从打开所述集成的排水阀的时间开始经过预定的第三打开时间之后，随后关闭所述集成的排水阀。
CN201410738739.2A 2014-09-22 2014-12-05 用于燃料电池***的气体和冷凝水排放***及其控制方法 Active CN105720281B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140126188A KR101684505B1 (ko) 2014-09-22 2014-09-22 연료전지 시스템의 가스 및 응축수 배출 시스템과 그 제어 방법
KR10-2014-0126188 2014-09-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105720281A true CN105720281A (zh) 2016-06-29
CN105720281B CN105720281B (zh) 2020-02-07

Family

ID=55444749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410738739.2A Active CN105720281B (zh) 2014-09-22 2014-12-05 用于燃料电池***的气体和冷凝水排放***及其控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US9748586B2 (zh)
KR (1) KR101684505B1 (zh)
CN (1) CN105720281B (zh)
DE (1) DE102014224614A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111180766A (zh) * 2018-10-24 2020-05-19 现代自动车株式会社 用于燃料电池的冷凝水排放控制***及控制方法
CN112140910A (zh) * 2020-09-29 2020-12-29 东风汽车集团有限公司 一种具有储液、排液及液位监测功能的电池包
CN115084601A (zh) * 2022-08-23 2022-09-20 北京英博新能源有限公司 燃料电池的气液排出控制方法、***及燃料电池***

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017219045A1 (de) * 2017-10-25 2019-04-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Entfernung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle
KR102540876B1 (ko) * 2017-12-19 2023-06-07 현대자동차주식회사 연료 전지 고장 진단 장치 및 방법
KR102062639B1 (ko) * 2018-08-07 2020-02-11 주식회사 현대케피코 차량용 산소 센서
KR102621525B1 (ko) * 2018-10-23 2024-01-04 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 워터 트랩용 정전용량형 수위센서의 수위 출력 방법
KR102200772B1 (ko) * 2019-06-21 2021-01-12 주식회사 유니크 연료전지 차량용 응축수 배출 통합밸브
JP7247951B2 (ja) * 2020-04-30 2023-03-29 トヨタ自動車株式会社 情報処理装置、制御装置、車両、及び散水方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101350421A (zh) * 2007-07-20 2009-01-21 现代自动车株式会社 用于燃料电池车辆的聚水器装置
KR101013857B1 (ko) * 2008-11-10 2011-02-14 현대자동차주식회사 워터트랩의 응축수 배출 제어 방법
US20120148927A1 (en) * 2010-12-09 2012-06-14 Kia Motors Corporation Controller for estimating relative humidity and condensed water, and method for controlling condensed water drain using the same
CN103563147A (zh) * 2011-05-25 2014-02-05 戴姆勒股份公司 用于燃料电池***的再循环装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002198083A (ja) * 2000-12-27 2002-07-12 Honda Motor Co Ltd 改質反応器付き燃料電池システム
JP2002313403A (ja) 2001-04-09 2002-10-25 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムの生成水排出方法
KR20140021175A (ko) 2012-08-09 2014-02-20 현대모비스 주식회사 연료전지차량의 일체형 밸브 장치
KR101405211B1 (ko) 2012-11-01 2014-06-10 현대자동차 주식회사 연료 전지 시스템과 이의 수소 퍼지 장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101350421A (zh) * 2007-07-20 2009-01-21 现代自动车株式会社 用于燃料电池车辆的聚水器装置
KR101013857B1 (ko) * 2008-11-10 2011-02-14 현대자동차주식회사 워터트랩의 응축수 배출 제어 방법
US20120148927A1 (en) * 2010-12-09 2012-06-14 Kia Motors Corporation Controller for estimating relative humidity and condensed water, and method for controlling condensed water drain using the same
CN103563147A (zh) * 2011-05-25 2014-02-05 戴姆勒股份公司 用于燃料电池***的再循环装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111180766A (zh) * 2018-10-24 2020-05-19 现代自动车株式会社 用于燃料电池的冷凝水排放控制***及控制方法
CN112140910A (zh) * 2020-09-29 2020-12-29 东风汽车集团有限公司 一种具有储液、排液及液位监测功能的电池包
CN115084601A (zh) * 2022-08-23 2022-09-20 北京英博新能源有限公司 燃料电池的气液排出控制方法、***及燃料电池***

Also Published As

Publication number Publication date
US20170346112A1 (en) 2017-11-30
KR101684505B1 (ko) 2016-12-08
KR20160034771A (ko) 2016-03-30
CN105720281B (zh) 2020-02-07
US10050289B2 (en) 2018-08-14
US9748586B2 (en) 2017-08-29
US20160087289A1 (en) 2016-03-24
DE102014224614A1 (de) 2016-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105720281A (zh) 用于燃料电池***的气体和冷凝水排放***及其控制方法
US9660280B2 (en) System and method of controlling fuel cell system using a drain-purge valve
CN102449832B (zh) 燃料电池车辆
WO2007013453A1 (ja) 燃料電池システム
US10297845B2 (en) Fuel cell system and control method of same
KR101551024B1 (ko) 연료 전지 시스템의 시동 제어 방법
JP4626176B2 (ja) 燃料電池の制御装置
JP5136415B2 (ja) 燃料電池システム
JP2008130442A (ja) 燃料電池システム
EP1422777B1 (en) Fuel cell vehicle detecting and controlling the H2-concentration in the exhaust gas
JP2009176493A (ja) 燃料電池システム
JP7415971B2 (ja) 燃料電池システム
JP2008059933A (ja) 燃料電池システム及び水量推定方法
JP4564347B2 (ja) 燃料電池システム
JP2010272253A (ja) 燃料電池システム
KR101417120B1 (ko) 연료전지 차량용 워터트랩 장치
JP2004152657A (ja) 燃料供給弁の状態検知装置
JP4202219B2 (ja) 燃料電池システムの排出装置および排出方法
JP5140992B2 (ja) 燃料電池システム
US11705560B2 (en) Fuel cell system
JP2024038879A (ja) 燃料電池システム
JP4791022B2 (ja) 燃料電池システム
KR20220149946A (ko) 연료전지 시스템의 생성수 분해 배출 장치
JP2010287320A (ja) 燃料電池システム
JP2004178897A (ja) 燃料電池システム

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