[發明專利]燃料電池系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201711248577.4
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN109671963B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 李賢宰;金大鐘
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04746
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;張燕

本發明提供一種燃料電池系統及其控制方法。該控制方法包括獲取與起動前即刻的陽極壓力對應的第一壓力，并基于所獲取的第一壓力的強度確定與在起動該系統時因供應給陽極的氫氣而在陽極中升高的壓力值對應的氫氣供應目標壓差值。然后調整連接到陽極的氫氣供應閥的開度以供應充足的氫氣，從而升高與氫氣供應目標壓差值對應的陽極壓力。

相關申請的交叉引用

本申請基于并要求2017年10月17日提交的韓國專利申請第10-2017-0134761號的優先權權益，該申請的公開內容全部并入本文以供參考。

技術領域

本公開內容涉及一種燃料電池系統及其控制方法，并且更特別地，涉及一種在起動燃料電池系統時能夠減少氫氣的消耗量的燃料電池系統及其控制方法。

背景技術

燃料電池通過從陽極引入的氫氣和從陰極引入的氧氣的反應而產生動力(power)。在如上所述的燃料電池系統中，應該確保在起動的早期階段中陽極中的氫氣濃度以及燃料電池的性能，以防止內部催化劑損壞。隨著陽極中的氫氣在燃料電池的操作期間通過氧氣和氫氣在燃料電池堆中的電化學反應而朝向陰極移動，陽極壓力減小變成負壓。另外，在燃料電池關閉之后，處于形成負壓狀態下的陽極壓力緩慢地恢復到常壓。

作為根據相關技術的起動氫氣到燃料電池的供應方法，應用了將氫氣目標壓力設置為絕對壓力以滿足氫氣濃度的方法。圖1是示出根據現有技術的起動氫氣的供應方法的圖。在圖1的圖中，X軸指示燃料電池的操作停止時間，并且Y軸指示陽極壓力。此外，A是在起動之前即刻的陽極壓力，并且B1是與絕對壓力相對應的氫氣目標壓力。D1是在陽極中升高以達到氫氣目標壓力的壓力，并且C1是在起動之后的陽極壓力。

如圖1中所示，由于將絕對壓力應用于氫氣目標壓力(B1)，氫氣經供應使壓力達到固定目標壓力，而不管起動之前即刻的陽極壓力(A)。因此，當起動之前即刻的陽極壓力(A)是負壓時，過度地供應不必要的氫氣(參見圖1中的斜線部分)。

根據現有技術的起動氫氣的供應方法是一種基于起動之前即刻的陽極壓力是常壓這一假設的方法，并且在現有的燃料電池車輛中，陰極壓力在關閉或停車之后即刻恢復到常壓，并且因此，陽極壓力也在短時間內恢復到常壓。

然而，隨著燃料電池系統的設計和每個組件的密封改善成增強陰極的密封，與其中陽極壓力在若干分鐘至最多約20分鐘內達到常壓的現有技術不同，負壓保持約100小時或更多，起動之前即刻的陽極壓力大多處于負壓狀態。因此，當使用根據現有技術的方法供應起動氫氣時，在起動時可能過度地供應氫氣的消耗量。因此，一直需要一種能夠在起動系統時使燃料電池中的氫氣的消耗量最小化而不影響燃料電池的耐久性的氫氣供應方法。

發明內容

本公開內容提供一種燃料電池系統及其控制方法，其通過反映陽極中的負壓形成和到常壓的恢復模式基于燃料電池的操作狀態或操作停止時間或陰極的密封狀態和該系統的配置而不同這一事實，能夠使在起動之前即刻的陽極壓力狀態下，特別是負壓狀態下的起動氫氣的消耗量最小化。

本公開內容的一方面還提供一種燃料電池系統及其控制方法，其通過在車輛中使用燃料電池時使由起動之前的負壓引起的氫氣的額外消耗最小化而能夠與現有技術相比增加實際驅動燃料效率。本公開內容的一方面還提供一種燃料電池系統及其控制方法，其通過防止起動氫氣的超壓而能夠保護燃料電池堆并改善燃料電池的操作的安全性。

根據本公開內容的示例性實施方式，燃料電池系統的控制方法可以包括：獲取第一壓力，所述第一壓力對應于起動之前即刻的陽極壓力；基于所獲取的第一壓力的強度確定氫氣供應目標壓差值，所述氫氣供應目標壓差值對應于在起動期間因供應給陽極的氫氣而在陽極中升高的壓力值；以及調整連接到陽極的氫氣供應閥的開度，從而供應充足的氫氣以升高與氫氣供應目標壓差值對應的陽極壓力。