[发明专利]车辆、燃料电池系统和用于控制燃料电池系统的方法

说明书

技术领域

各种实施例涉及一种用于准备燃料电池的冻结条件的系统和方法。

背景技术

众所周知，多个燃料电池结合在一起形成燃料电池堆。这样的燃料电池堆通常响应于将氢和氧电化学地转化为水而提供电流。在这样的过程中产生的电流用于驱动车辆或其它这样的设备中的各种装置。供给源通常向燃料电池堆提供氢。燃料电池堆可以使用比供给源所提供的氢少的氢来产生电力。喷射器(ejector)接收从燃料电池堆排放的未使用的氢，将未使用的氢与从供给源提供的氢混合，以维持朝向燃料电池堆的氢的流动。

在燃料电池运行期间，在燃料电池堆的阳极侧可形成副产物(诸如产物水和氮)和未耗尽的氢。可需要去除液态水(诸如水滴)或水蒸气，以防止燃料电池堆流动区域通道或喷射器内的水堵塞。

针对车辆中的燃料电池应用，燃料电池可需要在冻结环境温度下运行。车辆和燃料电池可被暴露在充分低于水的冻结点的-25摄氏度或甚至更低的温度下。为了在具有极端环境温度的气候下操作燃料电池车辆，需要解决冷天气操作问题，并需要满足用户对车辆的期望。当暴露于冻结条件下时，在燃料电池系统中找到的任何水会冻结，形成冰阻塞物，所述冰阻塞物可阻止反应物或副产物流动，并导致燃料电池系统启动的延迟或不成功或者操作性能的降低。

在一些现有技术的系统中，如果燃料电池系统暴露于冻结条件，则当系统关闭时将水从燃料电池系统去除，以防止水冻结。现有技术的系统在系统关闭之后可使用高压空气将水从燃料电池堆的隔膜(membrane)去除。其它的现有技术的系统可加热系统，以通过蒸发来去除液态水并干燥系统；然而，这会大量消耗能量并降低效率。现有技术的系统还可具有车载监视器，以在系统关闭后唤醒燃料电池系统，并引导被加压的空气向外吹动，或者如果环境温度降低到低于阈值则启动加热处理。

发明内容

在实施例中，一种车辆设置有燃料电池系统和控制器，所述燃料电池系统具有用于产生电力的燃料电池堆。所述控制器被配置为：(i)接收指示指定位置处的预计的环境温度的第一信号；(ii)当所述预计的环境温度低于阈值时，命令燃料电池系统在燃料电池堆中的降低的相对湿度下操作。

所述控制器还被配置为：接收指示车辆关闭的预计时间的第二信号，其中，当所述预计的环境温度低于阈值时，所述燃料电池系统被命令在在燃料电池堆中的降低的相对湿度下操作持续车辆关闭的预计时间之前的一个时间段。

所述控制器还被配置为：在车辆关闭时检测燃料电池堆中的相对湿度水平，其中，所述控制器还被配置为：如果所述相对湿度水平高于阈值，则在车辆关闭之后操作空气压缩机。

所述控制器还被配置为：命令燃料电池系统在燃料电池堆的阴极侧的降低的入口湿度下操作，以降低相对湿度。

所述控制器还被配置为：命令燃料电池系统在减小的燃料与空气的比率下操作，以降低相对湿度。

所述指定位置是车辆的预计的目的地。

所述预计的环境温度与预计的车辆关闭事件之后出现的时间段相对应。

所述预计的环境温度与大致与预计的车辆起动时间同时出现的时间段相对应。

在另一实施例中，提供了一种用于控制燃料电池系统的方法。所述方法包括：在控制器处接收指示指定位置的预计的环境温度的第一信号。所述方法还包括：当所述预计的环境温度低于阈值时，使得燃料电池系统在燃料电池堆中的降低的相对湿度下操作，为系统在预计的环境温度下关闭做准备，以减少在所述系统中的冰形成。

通过降低燃料电池堆的阴极侧的入口处的湿度而使所述燃料电池系统在降低的相对湿度下操作。

通过降低燃料与空气比率而使所述燃料电池系统在降低的相对湿度下操作。

所述方法还包括：响应于系统关闭时的相对湿度高于阈值，将被加压的空气供应至燃料电池堆，以减少燃料电池堆中的水。

所述阈值是第一阈值，所述方法还包括：响应于预计的环境温度低于第二阈值，将被加压的空气供应至燃料电池堆，以在燃料电池关闭时减少燃料电池堆中的水，其中，所述第二阈值低于第一阈值。

所述方法还包括：接收指示系统关闭的预计时间的第二信号，其中，当预计的环境温度低于阈值时，燃料电池系统在降低的相对湿度下操作持续车辆关闭的预计时间之前的一个时间段。

在又一实施例中，一种燃料电池系统设置有燃料电池堆和控制器。所述控制器被配置为响应于接收预计的冻结条件，命令所述燃料电池堆在较低的相对湿度下操作持续系统关闭的预计时间之前的一个时间段。

所述预计的冻结条件是预计的环境温度低于阈值水平。