[發明專利]燃料電池系統的供氫控制裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201110382003.2
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102820477A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 魯容奎;鄭世權;裴昊駿
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及燃料電池系統的供氫控制裝置及其控制方法。更具體地，本發明涉及一種燃料電池系統的供氫控制裝置及其控制方法，其通過利用用于控制燃料電池堆的氫燃料供給的比例控制電磁閥的流量控制特性，并且利用脈沖流量控制方法以及比例控制方法控制比例控制電磁閥的操作，能夠實現和噴射泵一起控制燃料電池所必需的供氫流量和陽極再循環性能。

背景技術

燃料電池系統是一種能夠把化學能轉換成電能的發電系統，包括配置成產生電能的燃料電池堆，向燃料電池堆供給燃料(氫氣)的燃料供給系統，向燃料電池堆供給電化學反應所必需的氧化劑(氧氣)的空氣供給系統，以及把反應熱排出系統并控制燃料電池堆的工作溫度的冷卻系統。

參見圖7，與燃料電池堆連接的燃料供給系統包括與貯氫罐10連接的供氫管線12，再循環燃料電池堆中的未反應氫的氫再循環管線14，和安裝在燃料電池堆進口13與氫再循環管線14的交叉點，并被配置成把新的氫氣和再循環的氫氣泵送到燃料電池堆的陽極的噴射泵(即，噴射器)16。安裝在燃料電池堆進口的燃料電池堆進口壓力傳感器18被配置成測量氫氣和空氣的壓力，并且ECU?22被配置成基于從燃料電池堆進口壓力傳感器18接收和檢測的信號，控制安裝在供氫管線中的調節器20的流量控制操作。噴射泵16通過經噴嘴噴射從高壓罐供給的壓縮氫氣可產生真空，并且通過吸入燃料電池堆中的廢氣還可再循環氫氣。另外，該系統還包括與再循環管線14連接，用于從系統釋放多余氫氣的放氣閥25。

替換性地，如圖8中所示，可代替噴射泵16，在氫再循環管線14中設置鼓風機24，作為再循環氫氣的機構或裝置。

因而，在常規的燃料電池車輛中，鼓風機或噴射泵可用于平穩的氫燃料供給和再循環。通過這種結構實現的氫再循環的目的在于通過把燃料增壓送入燃料電池堆的陽極通道中而提高系統效率，通過把燃料電池堆出口的濕化氣體重新加載到燃料電池堆進口中而提高增濕效率，根據燃料電池堆陽極流量的增加，改善燃料電池堆中的流動均勻性，以及通過燃料電池堆陽極的冷凝水排放，向膜電極組件(MEA)平穩地供給氫氣燃料。

另一方面，在采用類似于圖8中所示的鼓風機的系統中，為了再循環氫氣，必須配備昂貴的電動機，和可被氫再循環氣體的冷凝水容易地腐蝕，從而導致鼓風機受到破壞的軸承和其它零件。特別地，當冷凝形成的水凍結時，可使鼓風機中的轉子卡住，從而需要用加熱器使轉子熔化。

此外，在系統負載較小時，由于作為可以使用的能源的再循環氫燃料的限制，如圖7中所示的噴射泵不能產生所需的再循環流量。即，當由于因負載較小缺乏供給系統的氫氣，而使整個系統的負載較低時，噴射泵不能產生所需的再循環流量。即，如圖9A中所示，隨著供給噴射泵噴嘴的氫燃料流量(如箭頭所示)增大，噴射泵產生的流量和壓力增大。而且，再循環氫氣的流量與系統壓降曲線之間的交點對應于所產生的實際氫再循環的工作點。

就一定壓力下與氫燃料的增加相應的噴射泵的氫吸入性能而言，如圖9B中所示，當通過噴射泵的噴嘴的流量供給較小時，噴嘴處的氫噴射壓力較低，且流速顯著降低。因此，此時的吸入壓力不是很大，因而噴射泵吸入的氫再循環流量也降低。

因此，當施加于燃料電池系統的負載較低，從而只需要使用少量燃料時，再循環流量在上述工況下不足，從而使燃料電池堆通道的工作狀態變壞。而且，作為結果燃料電池堆效率和耐用性也會變壞。

在本背景技術部分中公開的上述信息只是用于增進對本發明背景的了解，因此其可能包含不構成已為本國內本領域的普通技術人員所知的現有技術的信息。

發明內容

本發明提供一種燃料電池系統的供氫控制裝置及其控制方法，即使在利用噴射器的典型再循環系統中的低功率燃料應用情形下，也能夠確保足夠水平的氫再循環流量。

本發明還提供一種燃料電池系統的供氫控制裝置及其控制方法，能夠通過應用簡單的結構確保所需量的再循環流量，而不需要為解決利用噴射器的典型再循環系統中的低功率燃料應用期間的氫再循環流量的不足而增加的鼓風機或其它再循環零件。

本發明還提供一種燃料電池系統的供氫控制裝置及其控制方法，通過在噴射泵的供氫管線連接部安裝比例控制電磁閥，能夠提高低功率燃料應用期間的噴射泵的效率。

本發明還提供一種燃料電池系統的供氫控制裝置及其控制方法，通過消除作為低功率燃料應用期間的閥的開/關控制的結果而可能產生的噪聲，能夠提供舒適的駕駛模式。