[發明專利]燃料電池系統和用于控制燃料電池系統的方法

有效

• 申請號: 201610816556.7
• 申請日: 2016-09-12
• 公開（公告）號: CN107275660B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 玉成錫;李圭一
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04746
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳鵬;李靜

本公開內容涉及燃料電池系統和用于控制燃料電池系統的方法。該系統包括：燃料電池堆；多個閥，被操作為選擇性地打開或關閉，以將燃料供應給燃料電池堆以及排除雜質；以及壓力傳感器，其檢測被提供給燃料電池堆的燃料的壓力的狀態。燃料電池控制器然后在多個閥被操作為打開或關閉時，通過比較由壓力傳感器檢測到的壓力的上升時間或下降時間與時間延遲的參考范圍，來確定壓力傳感器或多個閥是否有故障。

技術領域

本公開內容涉及一種燃料電池系統以及用于控制該燃料電池系統的方法，并且更具體地，涉及診斷至燃料電池堆的燃料供應的故障的燃料電池系統。

背景技術

燃料電池是一種通過在燃料電池堆中的電化學反應將燃料的化學能轉換成電能的設備，其不僅為工業、家庭以及車輛供應電力，也為小型電氣和電子器件供應電力。

作為燃料電池的示例，已經對聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)作為驅動車輛的動力供應源進行研究。該PEMFC包括：膜電極組件(MEA)，其中，其上發生電化學反應的催化劑電極層被附貼在氫離子穿過的電解質膜上的任一側；氣體擴散層(GDL)，其用于均勻地分布反應氣體并傳遞所產生的電能；墊圈和卡接工具，保持氣密性以及反應氣體和冷卻劑的適當的夾持壓力；以及雙極板，用于移動反應氣體和冷卻劑。

當僅通過上述燃料電池驅動車輛時，在燃料電池的低效工作區域內出現性能的降低。因此，除了主電源燃料電池外，高壓電池或(用作補充電源的電容器的)超級電容器可被用于提供驅動電動機所需的電力。燃料電池車輛包括燃料儲存箱，并通過調節從高壓儲存箱供應給燃料電池單元的氫和氧的壓力來調節來自燃料電池的理想的電輸出。為了從燃料電池獲得理想的電輸出，管理將燃料從燃料儲存箱平穩地(例如，恒定地)供應給燃料電池單元是很重要的。

發明內容

本公開內容提供了一種燃料電池系統和用于控制該燃料電池系統的方法，通過該系統和方法可以診斷在將燃料(例如，氫和氧)提供給燃料電池堆時的故障和錯誤。

根據本公開內容的一個方面，一種燃料電池系統可以包括：燃料電池堆；多個閥，被操作為選擇性地打開或關閉，以將燃料供應給燃料電池堆，以及排除雜質；壓力傳感器，被配置為檢測提供給燃料電池堆的燃料的壓力的狀態；以及燃料電池控制器，被配置為當操作多個閥打開或關閉時，通過比較由壓力傳感器檢測到的壓力的上升時間或下降時間與時間延遲的參考范圍，確定壓力傳感器或多個閥是否有故障。

多個閥可包括燃料供應閥、清洗閥、排放閥以及空氣阻斷閥。燃料供應閥可包括氫供應閥或空氣供應器。燃料電池控制器可被配置為當打開燃料供應閥時，通過將壓力傳感器的值增大到(例如達到)參考值所花費的壓力上升時間與時間延遲的參考范圍進行比較，確定壓力是否正常增大。燃料電池控制器可被配置為當壓力上升時間超出時間延遲的參考范圍時，確定出壓力傳感器有故障，或者未能打開或關閉燃料供應閥。

燃料電池控制器可被配置為當打開清洗閥時，通過將壓力傳感器的值減小到參考值所花費的壓力下降時間與時間延遲的參考范圍進行比較，確清洗閥的狀態以及排出狀態。燃料電池控制器可進一步被配置為當壓力的下降時間超出時間延遲的參考范圍時，檢測到燃料的泄露，或者檢測到清洗閥打開或關閉的故障。燃料電池控制器可被配置為當打開排放閥時，通過將壓力傳感器的值減小到參考值所花費的壓力下降時間與時間延遲的參考范圍進行比較，確定排放閥的狀態以及排出狀態。

此外，燃料電池控制器可被配置為當壓力下降時間超出時間延遲的參考范圍時，檢測到燃料的泄露，或者檢測到排放閥未能打開或關閉的故障。燃料電池控制器可被配置為當打開清洗閥和排放閥兩者時，通過將壓力傳感器的值減小到參考值所花費的壓力下降時間與時間延遲的參考范圍進行比較，確定清洗閥的狀態、排放閥的狀態以及排出狀態。燃料電池控制器可進一步被配置為確定壓力傳感器或者多個閥是否有故障，并且響應于確定了壓力傳感器或者多個閥有故障，輸出故障指示或者操作輔助電源(電池)。