燃料電池組及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及燃料電池組及其控制方法，并且更具體地，涉及能夠提高燃料電池的 耐久性的燃料電池組及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃料電池車輛包括其中堆疊了用作電源的多個(gè)燃料電池的燃料電池組，以及向該 燃料電池組提供作為燃料的氫等的燃料供給器?？諝夤┙o器提供氧氣，氧氣是用于電化學(xué) 反應(yīng)所必需的氧化劑。水和熱管理器控制燃料電池組的溫度。
[0003] 燃料供給器對(duì)氫氣罐中的壓縮氫氣進(jìn)行降壓，并且將其提供到組的陽(yáng)極，并且空 氣供給器將通過(guò)致動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)吸入的外部空氣提供到組的陰極。
[0004] 當(dāng)將氫氣提供至陽(yáng)極，以及將氧氣提供至陰極時(shí)，通過(guò)催化劑反應(yīng)氫離子與陽(yáng)極 分離。經(jīng)由電解質(zhì)膜將分離的氫離子傳輸?shù)疥帢O，陰極是空氣電極。在陰極，從陽(yáng)極分離的 氫離子、電子以及氧一起發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能。具體地，氫的電化學(xué)氧化是從陽(yáng) 極發(fā)生的，并且氧的電化學(xué)還原是從陰極發(fā)生的。由于在這種情況下產(chǎn)生的電子的移動(dòng)，產(chǎn) 生了電和熱，并且由于其中氫和氧結(jié)合的化學(xué)操作，產(chǎn)生了蒸汽或者水。
[0005] 排放裝置被設(shè)置用于排放在燃料電池組產(chǎn)生電能的過(guò)程期間產(chǎn)生的諸如蒸汽、水 以及熱的副產(chǎn)品，以及未反應(yīng)的氫、氧等，并且諸如蒸汽、氫氣以及氧氣的氣體經(jīng)由排氣通 道被排出到大氣中。
[0006] 用于驅(qū)動(dòng)燃料電池的鼓風(fēng)機(jī)、氫循環(huán)風(fēng)機(jī)、水泵等被連接到主總線終端，以促進(jìn)燃 料電池的啟動(dòng)。主總線終端可以連接至用于促進(jìn)電力阻斷與連接的各種繼電器，以及防止 反向電流流動(dòng)到燃料電池里的二極管。
[0007] 通過(guò)加濕器來(lái)加濕經(jīng)由鼓風(fēng)機(jī)提供的干燥空氣，并且然后將所加濕的空氣提供至 燃料電池組的陰極?？梢詫㈥帢O的加濕狀態(tài)的廢氣傳輸?shù)郊訚衿?，通過(guò)在加濕器中產(chǎn)生的 水成分來(lái)加濕將提供至陰極的干燥空氣。
[0008] 在燃料電池車輛輕踩油門或減速時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變?yōu)榈拓?fù)載/無(wú)負(fù)載狀態(tài)或者再 生制動(dòng)狀態(tài)，從而使用少量驅(qū)動(dòng)電流或者不使用驅(qū)動(dòng)電流。由于鼓風(fēng)機(jī)的響應(yīng)速度慢，驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)處于臨時(shí)性無(wú)限空氣增壓狀態(tài)，使得燃料電池組可以變干。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本公開的一方面提供能夠在燃料電池停止發(fā)電時(shí)調(diào)節(jié)提供至燃料電池組的空氣 的一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。
[0010] 根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式，燃料電池系統(tǒng)包括：具有陰極和陽(yáng)極的燃料電池 組?？諝夤┙o器向陰極提供空氣。進(jìn)氣管將空氣供給器的出口和陰極的入口彼此連接，并 且具有設(shè)置在進(jìn)氣管上的開度可調(diào)節(jié)閥?？刂破鞲鶕?jù)空氣的供給量調(diào)節(jié)閥的開度，從而控 制供給到陰極的空氣的流速。
[0011] 控制器可以根據(jù)燃料電池組需要的目標(biāo)空氣流速和當(dāng)前供給到燃料電池組的空 氣流速的比率調(diào)節(jié)閥的開度。
[0012] 控制器可以調(diào)節(jié)閥的開度，從而控制在以下情形中的所供給的空氣的流速：操作 信號(hào)的電平和從燃料電池組輸出的電流的電平低于預(yù)定值，并且空氣供給器的轉(zhuǎn)速指示值 和對(duì)應(yīng)于指示值的實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的誤差大于預(yù)定誤差。
[0013] 閥可以包括基于軸旋轉(zhuǎn)的多個(gè)臂，并且控制單元可以旋轉(zhuǎn)軸，從而經(jīng)由所述多個(gè) 臂調(diào)節(jié)閥的開度。
[0014] 控制器可以調(diào)節(jié)由所述多個(gè)臂與進(jìn)氣管的穿透橫截面形成的角，從而調(diào)節(jié)其中所 供應(yīng)的空氣在管道中流動(dòng)的橫截面面積，并且橫截面面積可與提供至陰極的空氣的流速成 比例。
[0015]角可以是
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，包括： 燃料電池組，包括：陰極和陽(yáng)極； 空氣供給器，被配置為向所述陰極供給空氣； 進(jìn)氣管，將所述空氣供給器的出口和所述陰極的入口彼此連接并且所述進(jìn)氣管具有設(shè) 置到所述進(jìn)氣管上的開度可調(diào)節(jié)閥；以及 控制器，被配置為根據(jù)空氣的供給量來(lái)調(diào)節(jié)所述閥的開度，以控制供給到所述陰極的 空氣流速。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述控制器根據(jù)所述燃料電池組所必 需的目標(biāo)空氣流速與供給到所述燃料電池組的所述空氣流速的比率來(lái)調(diào)節(jié)所述閥的所述 開度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述控制器在操作信號(hào)的電平和從所 述燃料電池組輸出的電流的電平低于預(yù)定值，以及用于所述空氣供給器的轉(zhuǎn)速指示值與對(duì) 應(yīng)于所述指示值的實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的誤差大于預(yù)定誤差的情況下，調(diào)節(jié)所述閥的所述開度以 控制所供給的所述空氣的所述流速。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述閥包括基于軸旋轉(zhuǎn)的多個(gè)臂，以及 所述控制器通過(guò)所述多個(gè)臂旋轉(zhuǎn)所述軸，以調(diào)節(jié)所述閥的所述開度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述控制器調(diào)節(jié)由所述多個(gè)臂與所述 進(jìn)氣管的穿透橫截面形成的角，以調(diào)節(jié)所述管道中的所供給的所述空氣流動(dòng)的橫截面面 積，所述橫截面面積與供給到所述陰極的所述空氣的所述流速成比例。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述角為
$是空氣的流速，（AmsnMt) _是所述燃料電池組需要的目標(biāo)空氣流速，并且（Amsn/ Λ t) 是當(dāng)前供給到所述燃料電池組的空氣的流速。
7. -種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，所述方法包括： 接收加速踏板的操作信號(hào)；以及 基于所接收的所述操作信號(hào)調(diào)節(jié)閥的開度， 其中，所述閥被設(shè)置在連接至燃料電池組的進(jìn)氣口的管道中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在調(diào)節(jié)所述閥的所述開度的步驟中，根據(jù)由所述 燃料電池組根據(jù)所述接收的操作信號(hào)需要的目標(biāo)空氣流速與當(dāng)前供給到所述燃料電池組 的空氣的流速的比率調(diào)節(jié)所述閥的所述開度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括：檢測(cè)從所述燃料電池組輸出的電流， 其中，在輸出電流值小于預(yù)定值，并且用于將空氣供給到所述燃料電池組的空氣供給 器的轉(zhuǎn)速指示值與對(duì)應(yīng)于所述指示值的實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的誤差大于預(yù)定誤差的情況下，執(zhí)行 所述閥的所述開度的所述調(diào)節(jié)。
10. -種燃料電池系統(tǒng)，包括： 燃料電池組，包括：陰極和陽(yáng)極； 空氣供給器，被配置為向所述陰極供給空氣； 進(jìn)氣管，將所述空氣供給器的出口和所述陰極的入口彼此連接，并且具有設(shè)置到所述 進(jìn)氣管上的開度可調(diào)節(jié)閥； 加速踏板傳感器，被配置為檢測(cè)加速踏板操作信號(hào)； 電流傳感器，被配置為感測(cè)從所述燃料電池組輸出的電流；以及 控制器，被配置為根據(jù)空氣的供給量來(lái)調(diào)節(jié)所述閥的開度，以控制供給到所述陰極的 空氣流速。
【專利摘要】本發(fā)明公開了燃料電池組及其控制方法。燃料電池系統(tǒng)，包括：被配置為包括陰極和陽(yáng)極的燃料電池組，被配置為向陰極提供空氣的空氣供給器，以及被配置為將空氣供給器的出口和陰極的入口彼此連接并且具有設(shè)置在其上的開度可調(diào)節(jié)閥的進(jìn)氣管?？刂破鞅慌渲脼楦鶕?jù)空氣的供給量來(lái)調(diào)節(jié)閥的開度，以控制提供至陰極的空氣的流速。從而，防止了所述燃料電池組干燥，并且提高了燃料電池的耐久性。
【IPC分類】H01M8-24, H01M8-04
【公開號(hào)】CN104681845
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410281340
【發(fā)明人】鄭載元
【申請(qǐng)人】現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年6月20日
【公告號(hào)】DE102014210351A1, US20150155577