[发明专利]用于燃料电池的空气供应控制方法及控制系统

说明书

本发明涉及用于燃料电池的空气供应控制方法及控制系统。该方法包括根据预先存储的开度映射图调节压力控制阀的开度。压力控制阀设置在用于向燃料电池供应空气并排出空气的空气供应管线的燃料电池出口处，并且调节空气供应管线中的空气压力。该方法进一步包括：在调节压力控制阀的开度之后判断空气供应管线的空气压力状态是否正常，并且响应于确定空气供应管线的空气压力状态异常以预定开度操作压力控制阀。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的空气供应控制方法及控制系统，更具体地，涉及一种用于控制空气供应以维持燃料电池的空气出口压力与氢气出口压力之间的压力差的方法和系统。

背景技术

燃料电池是能量转换装置，其使用电化学反应将燃料的化学能转换成电能，而不通过燃烧将化学能转化为热能，并且能够用于为工业、家庭和车辆供电，并且还用于为小型电气/电子产品和便携式设备供电。

特别地，在具有高功率密度的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)中，作为主要部件的膜电极组件(MEA)设置在最内侧位置。MEA由能够移动氢离子的固体聚合物电解质膜以及阴极和阳极组成，阴极和阳极是镀有催化剂的电极层，以使得氢和氧在电解质膜的两侧相互反应。因此，燃料电池系统包括：通过电化学反应产生电能的燃料电池堆；向燃料电池堆供应氢气的氢气供应系统；以及向燃料电池堆供应包括氧的空气的空气供应系统，并且进一步包括控制燃料电池堆的工作温度的热管理系统。

燃料电池系统的空气供应系统可以分为低压操作型和高压操作型。一种高压操作空气供应系统包括：空气压缩机，其压缩空气以将压力大于大气压的空气供应到燃料电池堆的阴极；以及压力控制阀，其设置在燃料电池堆的出口处。然而，当燃料电池系统在大致低温条件下停止后重新启动时，燃料电池中的水分冻结并且结成的冰导致向燃料电池堆供应空气并排出空气的空气供应管线阻塞。因此，与正常状态相比，空气压力可能显着升高。

特别地，当未设有测量空气供应管线的燃料电池堆出口处的空气压力的压力传感器时，无法测量由于冰阻塞导致的空气压力的升高，并因此，燃料电池堆的出口处的空气压力增加至高于出口处的氢气压力，从而无法吹扫氢气并且排放冷凝水。因此，空气可能会流回至氢气，由于氢气吹扫量的减少，阳极的氢气浓度可能会降低，并且电池性能可能会恶化，或者由于冷凝水的积聚可能会产生反向电压。

然而，由于在空气供应管线的燃料电池出口处未设有压力传感器，因此无法了解燃料电池堆的出口处的空气压力是否增加至超过出口处的氢气压力，并因此，不清楚停止冷驱动模式并进入正常驱动模式的时间点。因此，即使没有用于测量在燃料电池堆的出口处的空气供应管线的空气压力的压力传感器，也需要在燃料电池堆的出口处感测由于冰阻塞导致的空气供应管线的空气压力的增加，从而能够控制完成冷驱动的时间点。

以上作为本发明的现有技术提供的描述仅用于帮助理解本发明的背景，并且不应被解释为包括在本领域技术人员已知的现有技术中。

发明内容

本发明提供了一种技术，即，即使未设有测量燃料电池堆的出口处的空气供应管线的空气压力的压力传感器，也可以感测由于冰阻塞导致的燃料电池堆出口处的空气供应管线的空气压力的增加，从而控制压力控制阀。

根据本发明的一方面，一种燃料电池的空气供应控制方法可以包括：根据预先存储的开度映射图(opening map)调节压力控制阀的开度，其中压力控制阀设置在用于向燃料电池供应空气并排出空气的空气供应管线的燃料电池出口处，并且调节空气供应管线中的空气压力；在调节压力控制阀的开度后，判断空气供应管线的空气压力状态是否正常；以及确定空气供应管线的空气压力状态异常后，以预定开度操作压力控制阀。

该方法可以进一步包括：在根据预先存储的开度映射图调节压力控制阀的开度之前，在冷状态下启动燃料电池系统并且以冷驱动模式操作燃料电池系统。在冷驱动模式下操作时，可以以预定开度操作压力控制阀。