[發明專利]防止燃料電池過熱的控制系統和方法

在審

• 申請號: 202111108068.8
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN114628729A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 鄭圣哲;鄭載元;金鐘均
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞株式會社
• 主分類號: H01M8/04029
• 分類號: H01M8/04029;H01M8/0432;H01M8/04694
• 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

公開了防止燃料電池過熱的控制系統和方法。該系統包括：燃料電池，通過燃料氣體和氧化氣體的反應產生電能；冷卻管路，冷卻介質流經該冷卻管路并且在該冷卻管路中與燃料電池進行熱交換；冷卻泵，安裝在冷卻管路上并且被配置為使冷卻介質循環通過冷卻管路；冷卻控制器，基于燃料電池或冷卻介質的溫度控制冷卻泵的運行狀態；以及發電控制器，基于冷卻泵的運行狀態限制燃料電池的發電。

技術領域

本公開涉及一種用于防止燃料電池過熱的控制系統和方法。更具體地，本公開涉及一種通過基于循環冷卻劑的冷卻泵的運行狀態自適應地限制燃料電池的發電來防止燃料電池過熱的技術。

背景技術

燃料電池是一種將燃料氧化產生的化學能直接轉化為電能的發電機。燃料電池與化學電池的基本相同之處在于它使用氧化和還原反應。然而，化學電池是一個封閉的反應系統，而燃料電池是一個開放的反應系統，反應物不斷地供給系統，并且反應產物不斷地從系統中排出。近年來，燃料電池已投入實際使用。此外，由于燃料電池的反應產物是純水，因此已經積極進行了將這種燃料電池用作環保車輛的能源的研究。

一種燃料電池，包括通過化學反應產生電能的燃料電池堆、向燃料電池堆的空氣極(陰極)供應空氣的空氣供應裝置、以及向燃料電池堆的氫電極(陽極)供應氫的氫供應裝置。即，向燃料電池堆的空氣極(陰極)供應含氧的空氣，向燃料電池堆的氫極(陽極)供應氫。

就熱損傷而言，燃料電池堆在物理上不如傳統的內燃機。由于熱損傷，作為診斷和應對燃料電池堆過熱的控制方法的故障安全策略，成為一個非常重要的問題。

通常，由于難以直接感測燃料電池堆的內部溫度，所以基于從燃料電池堆的出口流出的冷卻劑的溫度來執行用于冷卻燃料電池的控制。因此，當感測燃料電池堆出口處的冷卻劑溫度的溫度傳感器發生故障時，存在無法應對燃料電池堆過熱的問題。

上述內容僅旨在幫助理解本公開的背景。前述并不意味著本公開落入本領域普通技術人員已知的本技術的范圍內。

發明內容

做出本公開是為了解決本技術中出現的問題。本公開的目的是提供一種通過基于循環冷卻劑以冷卻燃料電池的冷卻泵的運行狀態限制燃料電池的發電來防止燃料電池過熱的技術。

根據本公開的一個方面，提供了一種用于防止燃料電池過熱的控制系統，該系統包括：通過燃料氣體和氧化氣體之間的反應產生電能的燃料電池；連接至燃料電池使得流經冷卻管路的冷卻介質與燃料電池進行熱交換的冷卻管路；安裝在冷卻管路上并配置為在驅動冷卻泵時使冷卻介質循環通過冷卻管路的冷卻泵；基于燃料電池或冷卻介質的溫度控制冷卻泵的運行狀態的冷卻控制器；以及基于冷卻泵的運行狀態限制燃料電池的發電量的發電控制器。

冷卻管路可以設置有散熱器，其中，冷卻介質與外部空氣進行熱交換。冷卻管路可以連接成使得散熱器與燃料電池的出口和入口連通。冷卻泵可以泵送冷卻介質，使得從燃料電池的出口排出的冷卻介質部分或全部流向散熱器，或者使得從散熱器排出的冷卻介質流向燃料電池的入口。

該系統還可包括安裝在冷卻管路上并定位在燃料電池出口附近的溫度傳感器。溫度傳感器可以被配置為感測冷卻介質的溫度。冷卻控制器可以基于冷卻介質的溫度來控制冷卻泵的運行狀態。

冷卻控制器可以控制冷卻泵，使得冷卻泵的實際轉速遵循基于燃料電池的溫度或冷卻介質的溫度設定的參考轉速。發電控制器可基于冷卻泵的實際轉速與參考轉速之間的速度差自適應地限制由燃料電池產生的電量。

發電控制器可以將燃料電池產生的電量限制為等于或小于根據燃料電池或冷卻介質的溫度預設的參考發電量。發電控制器還可以將基于速度差設置的第一偏移值應用于燃料電池或冷卻介質的溫度或參考發電量。

當速度差等于或大于預設速度差值時，發電控制器可以設置第一偏移值使得隨著速度差的增加，燃料電池或冷卻介質的溫度逐漸降低或參考發電量而逐漸減小。