[发明专利]用于去除燃料电池堆中的残留水的方法和系统

说明书

本公开涉及用于去除燃料电池堆中的残留水的系统和方法，该方法包括：在关闭燃料电池的状态下，阻断通过空气压缩机向燃料电池堆的空气供应；当阻断空气供应时，测量燃料电池堆的电池电压；基于燃料电池堆的测量电池电压来估计燃料电池堆中的残留水量；以及通过驱动控制器基于所估计的水量驱动空气压缩机来去除燃料电池堆中的残留水。

技术领域

本公开涉及一种用于去除燃料电池堆中的残留水的方法和系统，并且更具体地，涉及一种用于在关闭燃料电池时去除燃料电池堆中的残留水以防止结冰的技术。

背景技术

燃料电池为一种发电设备，作为用于将通过燃料的氧化而产生的化学能直接转换成电能的电池。燃料电池与化学电池基本上相同的地方在于其使用氧化还原反应，但是不同于在封闭系统中执行电池反应的化学电池，不同之处在于持续地从外面提供反应物并且因此持续地将反应生成物移除到系统的外面。

近些年，燃料电池发电系统被商业化，并且燃料电池的反应产物为纯水，使得已经主动进行了使用其作为环境友好型车辆的能源的开发。

然而，当燃料电池在外部温度极低的状态下保持关闭时，存在的问题在于由于燃料电池堆中残留的所产生的水结冰而引起的体积膨胀破坏了气体扩散层(GDL)。

为了防止这样的问题，传统上，已经应用了用于在关闭燃料电池时去除燃料电池堆中的残留水的冷停(CSD)控制，但是不测量燃料电池堆中的残留水量，而是进行控制以简单地在预定时间内排放残留水。

根据这样的控制，燃料电池堆中的残留水没有充分排放，或者当过量地供应空气时，提供到燃料电池堆的氢电极的氧气的量增加或者过度地驱动空气压缩机，从而降低了燃料电池的燃料效率等。

前述内容仅仅意在帮助理解本公开的背景，并且不意图表明本公开落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

发明内容

本公开旨在解决上述问题，并且本公开的目的在于提供一种用于通过基于驱动空气压缩机的燃料电池堆的电池电压估计燃料电池堆中的残留水量来去除燃料电池堆中的残留水的方法和系统。

用于实现该目的的根据本公开的去除燃料电池堆中的残留水的方法包括：在关闭燃料电池的状态下，阻断通过空气压缩机向燃料电池堆的空气供应；当阻断空气供应时，通过电池电压传感器测量燃料电池堆的电池电压；通过水量估计处理器基于燃料电池堆的测量电池电压来估计燃料电池堆中的残留水量；以及通过驱动控制器基于所估计的水量驱动空气压缩机来去除燃料电池堆中的残留水。

测量燃料电池堆的电池电压的步骤可以从阻断空气供应时起测量燃料电池堆中包括的多个电池中的一些或全部电池的电压。

估计燃料电池堆中的残留水量的步骤可以基于电池电压减小时间的当前值或电池电压偏差的当前值来估计燃料电池堆中的残留水量，其中，电池电压减小时间为从阻断空气供应到燃料电池堆的测量电池电压中的最小值等于或小于预定电池电压的时间，并且电池电压偏差为当从阻断空气供应时起经过预定时间时燃料电池堆的测量电池电压中的最大值与最小值之间的差值。

估计燃料电池堆中的残留水量的步骤可以在电池电压减小时间的当前值越小时估计出燃料电池堆中的残留水量越多。

估计燃料电池堆中的残留水量的步骤可以在电池电压偏差的当前值越大时估计出燃料电池堆中的残留水量越多。

去除燃料电池堆中的残留水的步骤可以基于所估计的水量在预定持续时间期间根据预定RPM命令来控制驱动空气压缩机。

用于去除燃料电池堆中的残留水的方法可以进一步包括：在阻断空气供应之前，测量燃料电池堆的外部空气温度，并且基于所测量的外部空气温度来确定燃料电池堆中的残留水结冰的可能性。