[发明专利]燃料电池的氢气供应控制系统及控制方法

说明书

本发明提供用于燃料电池的氢气供应控制系统和控制方法。该系统包括：燃料电池堆，使用供应的氢气和空气来产生电力；以及再循环管线，将从燃料电池堆的出口排出的氢气供回到燃料电池堆的入口。吹扫阀设置在再循环管线中位于燃料电池堆的出口侧的位置处，并且在出口打开时将再循环管线中的氢气排放到外部。再循环确定处理器确定再循环管线的再循环状态，并且浓度估计器基于确定的再循环状态来估计由吹扫阀吹扫的每种气体的吹扫量，并基于每种气体的估计吹扫量来估计再循环管线中的氢气浓度。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的氢气供应控制系统以及控制方法，更具体地，涉及一种直接估计供应到燃料电池堆的氢气的浓度并执行吹扫(purge)控制以及氢气压力控制的技术。

背景技术

燃料电池将化学能转换成电能，该化学能源自分别由氢气供应器和空气供应器供应的氢气和氧气的氧化还原反应。燃料电池包括产生电能的燃料电池堆和用于冷却燃料电池堆的冷却系统。

氢气被供应到燃料电池的阳极侧，并且在阳极处发生氢气的氧化反应，从而产生氢离子(质子)和电子。氢离子和电子分别通过电解质膜和隔板输送到阴极。阴极通过电化学反应产生水，该电化学反应涉及从阳极移动的氢离子和电子以及空气中的氧气，通过电子的流动产生电能。在此过程中，需要将供应到燃料电池的阳极侧的氢气保持在预定的浓度水平，从而在氢气再循环管线中实现氢气吹扫控制。氢气吹扫控制通常实时估计氢气浓度并进行氢气吹扫控制，从而保持预定氢气浓度水平。

通常，不能估计燃料电池堆的阳极侧上的氢气浓度。因此，通过燃料电池的输出电流随时间积分、通过将加权因子和积分值相乘来定义Q值以及当Q值达到实验调整的参考值时执行吹扫的方法(电流积分控制方法)，来调节以维持燃料电池堆的阳极侧上的氢气浓度。

然而，采用这种传统的吹扫控制方法，并不清楚Q值和作为实际控制目标的氢气浓度之间的关系。因此，目标氢气浓度或目标氢气压力的标准不明确，从而，无法以最佳方式调节氢气浓度。此外，在燃料电池的输出电流为零的情况下(例如，在怠速停止区段中)，Q值不会增加，因此，可能无法进行吹扫。此外，根据诸如高速行驶或在城市(例如，拥挤区域)中行驶的行驶情况，可能无法适当地维持燃料电池的氢气浓度。

特别地，在燃料电池停止(FC停止)模式或燃料电池消耗很少氢气的低流量控制模式中，燃料电池的喷射器对于再循环管线的再循环效果相对不显著。因此，通过再循环管线的扩散不能充分地实现，因此，吹扫的效果不完全对应于再循环效果显著的状态

前述内容仅旨在帮助理解本发明的背景，并不意味着本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围。

发明内容

因此，本发明提供一种通过根据再循环管线的再循环速率反映由吹扫阀吹扫的每种气体的吹扫量的方式来估计燃料电池堆的阳极侧的氢气浓度并随后调节燃料电池的氢气供应的技术。

为了实现上述目的，根据本发明，一种用于燃料电池的氢气供应控制系统可以包括：燃料电池堆，使用供应的氢气和空气产生电力；再循环管线，将从燃料电池堆的出口排出的氢气供回到燃料电池堆的入口；吹扫阀，设置在再循环管线中位于燃料电池堆的出口侧的位置处，并且当出口打开时，将再循环管线中的氢气排放到外部；再循环确定处理器，配置为确定再循环管线的再循环状态；以及浓度估计器，配置为基于由再循环确定处理器确定的再循环管线的再循环状态，估计由从再循环管线连接到外部的吹扫阀吹扫的每种气体的吹扫量，并且基于每种气体的估计吹扫量来估计再循环管线中的氢气浓度。