[发明专利]用于控制燃料电池系统的燃料电极排放阀的装置和方法

说明书

本发明公开一种用于控制燃料电池系统的燃料电极排放阀的装置和方法，其中该装置包括：氢传感器，被配置成测量通过打开燃料电极排放阀而释放的氢的浓度；第一压力传感器，被配置成测量燃料电极排放阀的入口压力；第二压力传感器，被配置成测量燃料电极排放阀的出口压力；以及控制器，被配置成：在排放冷凝物时将燃料电极排放阀的开口面积控制成最大值，并且基于吹扫氢时燃料电极排放阀的入口压力与出口压力之间的差，控制燃料电极排放阀的开口面积。

技术领域

本发明涉及一种用于控制燃料电池系统的燃料电极排放阀的技术。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可不构成现有技术。

燃料电池系统是一种发电系统，其通过电化学方法将燃料电池堆中的燃料的化学能直接转换成电能，而不是通过燃烧将化学能改变成热量。

为此，燃料电池系统可包括产生电能的燃料电池堆；将氢燃料供应到燃料电池堆中的氢供应装置；向燃料电池堆供应空气(氧气)的空气供应装置，其中空气是电化学反应的氧化剂；热管理系统(TMS)，其将燃料电池堆的反应热释放到外部，控制燃料电池堆的工作温度并执行水管理功能；以及控制装置，其用于控制燃料电池系统的整体运行。

燃料电池系统通过氢燃料与空气中的氧发生反应而产生电能，并释放作为反应副产物的热和水。

同时，在诸如氢浓度降低、氮浓度升高、电流累积过多、发生堆反向电压、电压不平衡、燃料电极压力过大等情况下，燃料电池系统打开排放阀，以确保燃料电极中的氢浓度并控制燃料电极中的压力。

当排放阀打开时，位于排放阀前方的集水器中的冷凝物被释放，并且当集水器的水位低于或等于参考值时，燃料电池系统确定冷凝物的释放完成。此后，燃料电池系统将排放阀保持在打开状态持续参考时间，以允许氢被吹扫。

我们已经发现，燃料电池系统在释放冷凝物和吹扫氢的过程中，可能无法适当地调节排放阀的开口面积。因此，燃料电池系统可能产生氢的吹扫延迟，从而降低燃料电池堆的耐久性；也可能促进氢的吹扫，从而使排气中的氢浓度超过参考值。

在本背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此，其可能包含不构成现有技术的任何部分或者现有技术可能向本领域中的普通技术人员提出的信息。

发明内容

本发明的一方面提供一种用于控制燃料电池系统的燃料电极排放阀的装置和方法，其中，该装置和方法抑制或防止燃料电池堆中的降解，并且通过在排放冷凝物时将排放阀的开口面积控制成最大值以及在吹扫氢时基于排放阀的入口压力和出口压力之间的差值来控制排放阀的开口面积，通过在最佳时间吹扫氢，将排气中的氢浓度保持在参考值或更小。

本发明要解决的技术问题不限于上述问题，本发明所属领域的技术人员从以下描述中将清楚地理解本文未提及的任何其他技术问题。

根据本发明的一方面，一种用于控制燃料电池系统的燃料电极排放阀的装置，包括：氢传感器，测量通过打开燃料电极排放阀而释放的氢的浓度；第一压力传感器，测量燃料电极排放阀的入口压力；第二压力传感器，测量燃料电极排放阀的出口压力；以及控制器，在排放冷凝物时将燃料电极排放阀的开口面积控制成最大值，并且基于吹扫氢时燃料电极排放阀的入口压力与出口压力之间的差，控制燃料电极排放阀的开口面积。

在本发明的一种实施方式中，当由氢传感器测量的氢浓度超过第一参考值时，控制器开始吹扫氢。

在本发明的另一种实施方式中，控制器可以在吹扫氢时将燃料电极排放阀的开口面积控制在参考范围内。

在本发明的某些实施方式中，控制器可以随着燃料电极排放阀的入口压力和出口压力之间的差的增大，来减小燃料电极排放阀的开口面积。

在本发明的某些实施方式中，当由氢传感器测量的氢浓度超过第二参考值时，控制器可以将燃料电极排放阀的开口面积控制成最小值。