[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

本公开涉及一种燃料电池系统及其控制方法，该燃料电池系统包括通过氢气和空气的电化学反应产生电能和水的燃料电池堆。燃料电池系统的控制器基于燃料电池堆的输出功率和燃料电池堆中的水量随着时间流逝而汇聚的最大残留水量，计算燃料电池堆中的水量。燃料电池系统可以实时检测燃料电池堆中的水量。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年5月17日提交的第10-2018-0056472号韩国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

该部分中的描述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

作为解决全球环境问题的替代方案，已经研究并开发了一种燃料电池系统，该燃料电池系统通过连续供应的燃料的电化学反应连续产生电能。

燃料电池系统包括具有串联堆叠的数十至数百个电池的堆叠体。该堆叠体具有电池堆叠在端板之间的结构，并且每个电池包括将内部分成两半的电解质膜、电解质膜一侧上的阳极和电解质膜相反侧上的阴极。

当氢气被供应到阳极时，该氢气被催化剂分解成氢离子和电子。电子通过分离器移动到堆叠体外部以产生电力。氢离子穿过电解质膜并移动到阴极，之后氢离子与从外部供应的氧气和电子结合以产生水，然后排出到外部。

与此同时，由于剩余的水阻碍了氧气和氢气的流动，所以需要去除产生并留在燃料电池堆中而未排出的水。然而，所产生的水中的一部分可以通过氢气或空气的流动而排出，而其余部分可能留在燃料电池堆中而不排出。特别地，在燃料电池堆的阳极上存在大量水的情况下，水可能阻碍氢燃料的供应，从而降低燃料电池堆的发电性能并且可能导致燃料电池堆的部件损坏。

为了解决这些问题，将排气管连接到堆叠体中的阳极，以通过打开/关闭净化阀，每隔预定时间段将阳极中的气体排出到外部。然而，我们发现从阳极排出的净化气体包含具有相当高浓度(通常为60％至70％的水平)的氢气，并且由于氢气利用率的降低，氢气的排放可能导致燃料电池系统的效率降低。

发明内容

本公开致力于解决相关技术中出现的上述问题，同时保持相关技术所获得的优点不变。

本公开的方面提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统能够通过准确地预测燃料电池堆中的水量并在适当的时间从燃料电池堆排出水而有效地操作。

本公开要解决的技术问题不限于上述问题，并且本公开所属领域的技术人员将从以下描述中清楚地理解本文未提及的任何其他技术问题。

根据本公开的方面，燃料电池系统包括：燃料电池堆，通过氢气和空气的电化学反应产生电能和水；和控制器，基于燃料电池堆的输出功率和燃料电池堆中的水量随着时间流逝而汇聚的最大残留水量，计算燃料电池堆中的水量。

根据本公开的另一方面，用于控制燃料电池系统的方法包括以下步骤：基于燃料电池堆的输出功率，由控制器计算燃料电池堆中的水量随着时间流逝而汇聚的最大残留水量；和基于最大残留水量和燃料电池堆的输出功率，由控制器计算燃料电池堆中的水量。

具有上述配置的本公开的燃料电池系统可以实时准确地计算燃料电池堆中的水量，并且可以根据需要通过净化氢气来排出水，从而使排出到外部的氢气量最小化并实现有效的操作。

也就是说，本公开的燃料电池系统可以基于燃料电池堆中通过气流排出的水量以及燃料电池堆中产生的水量，实时准确地计算实际残留在燃料电池堆中的水量。

另外，本公开的燃料电池系统可以防止燃料电池堆的发电性能因燃料电池堆中的水所导致的燃料供应不足而劣化。

可应用的其他领域将从本文提供的描述中变得显而易见。应当理解，描述和具体示例旨在用于说明的目的，而非限制本公开的范围。