[发明专利]用于燃料电池的氢气浓度估计方法和系统

说明书

本申请涉及用于燃料电池的氢气浓度估计方法和系统。一种用于燃料电池的氢气浓度估计方法包括：测量供应到燃料电池组的空气流量，并且比较测量出的空气流量与预定流量；根据比较结果确定空气处理系统的模型；以及基于所确定的空气处理系统的模型来估计燃料处理系统的氢气浓度。

技术领域

本公开总体涉及用于燃料电池的氢气浓度估计方法和系统，更具体地涉及氢气浓度估计方法和系统，其中通过根据燃料电池组的空气供应量可变地设定模型来估计氢气浓度。

背景技术

如本领域所公知的那样，燃料电池是通过分别从氢气供应装置和空气供应装置供应的氢气和氧气的氧化还原反应将燃料的化学能转换为电能的装置，并且包括用于产生电力的燃料电池组、用于冷却燃料电池组的冷却系统等。

换言之，将氢气供应到燃料电池组的阳极，并且在阳极处发生氧化氢气的氧化反应以产生氢离子(质子)和电子。此时，在阳极处产生的质子和电子分别通过电解质膜和隔板流向阴极。在阴极处，通过涉及从阳极流出的质子和电子以及空气中包含的氧气的电化学反应产生水，并且该电子流产生电力。

供应到燃料电池组阳极的氢气必须保持在适当的浓度等级，以便在氢气再循环管线中进行适当的氢气换气控制。通常，通过实时估计氢气浓度来执行氢气换气控制，由此保持适当的氢气浓度等级。

然而，当在燃料电池停止模式下实时估计氢气浓度时，存在燃料处理系统中氢气浓度估计值与氢气浓度测量值之间的误差较大的问题。

图1(相关技术)是示出根据相关技术的作为燃料电池电流的函数的氢气浓度测量值和氢气浓度估计值的曲线图。

参考图1，在燃料电池电流(燃料电池组的输出电流)为零的燃料电池停止模式(FC停止模式)下，氢气浓度测量值与氢气浓度估计值之间的误差较大。

具体地，在燃料电池停止模式下，氢气浓度测量值随着燃料电池停止模式的持续而增大。然而，燃料电池停止模式下的氢气浓度测量值不可靠，因为氢气浓度不增加。

随着燃料电池停止模式的继续，氢气浓度估计值下降，甚至氢气浓度降低至约20％至30％。然而，根据实验，实际氢气浓度测量值保持为约60％的氢气浓度。

换言之，由于在燃料电池停止模式下氢气浓度测量值与氢气浓度估计值之间出现较大误差，所以与实际氢气浓度不同，估计值显著降低，这导致在解除燃料电池停止模式时执行过量氢气换气的问题。过量氢气换气的执行不利于提高燃料里程和满足排放标准。

以上内容仅仅是为了帮助理解本公开的背景，并不旨在意味着本公开落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

发明内容

本公开提供用于燃料电池的氢气浓度估计方法和系统，其中，即使在燃料电池停止模式下也准确地估计燃料处理系统中的氢气浓度。

为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供一种用于燃料电池的氢气浓度估计方法，该方法包括：测量供应到燃料电池组的空气流量(flow rate)，并且比较测量出的空气流量与预定流量；根据比较结果确定空气处理系统的模型；以及基于所确定的空气处理系统的模型来估计燃料处理系统的氢气浓度。

在将测量出的空气流量与预定流量进行比较时，可以将预定流量设定为在切断对燃料电池组的空气供应时发生的空气流量。

在确定空气处理系统的模型中，当测量出的空气流量超过预定流量时，可以确定空气处理系统为开放模型(open model)。

在确定空气处理系统为开放模型的情况下，当估计燃料处理系统的氢气浓度时，空气处理系统的氢气分压可以视为零。

在确定空气处理系统为开放模型的情况下，当估计燃料处理系统的氢气浓度时，可以基于空气处理系统的气体压力和水蒸气分压来获得空气处理系统的氮气分压或氧气分压。