[发明专利]控制燃料电池系统的运行的装置及方法

说明书

本发明涉及控制燃料电池系统的运行的装置及方法。本发明可以包括电压传感器、空气压缩机、阀驱动器和控制器，所述电压传感器测量燃料电池堆的输出电压；所述空气压缩机向燃料电池堆的阴极供应空气；所述阀驱动器调节气流控制阀(ACV)的开度；在怠速停止状态下，所述控制器以最低级别驱动空气压缩机，并且控制气流控制阀的开度，使得燃料电池堆的输出电压保持在参考范围内。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年11月26日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0165169的权益，其全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明的实施方案涉及用于在使燃料电池的发电暂时停止的怠速停止状态下控制燃料电池系统的运行的技术。

背景技术

通常，燃料电池车辆包括：燃料电池堆、燃料供应系统、空气供应系统、水和热管理系统等，在所述燃料电池堆中堆叠用作电源的多个燃料电池；所述燃料供应系统向燃料电池堆供应作为燃料的氢等；所述空气供应系统供应作为电化学反应所需的氧化剂的氧气；所述水和热管理系统控制燃料电池堆的温度。

燃料供应系统使氢气罐内的压缩氢气减压，以将氢气供应至燃料电池堆的燃料极(阳极)，并且空气供应系统将通过运行鼓风机抽吸的外部空气供应至燃料电池堆的空气极(阴极)。

当将氢气供应至燃料电池堆的燃料极并且将氧气供应至燃料电池堆的空气极时，通过催化反应从燃料极分离出氢离子。分离出的氢离子通过电解质膜转移至氧化极(即，空气极)，在氧化极中，从燃料极分离出的氢离子、电子与氧气一起发生电化学反应，从而获得电能。详细地，氢的电化学氧化发生在燃料极，氧的电化学还原发生在空气极。在这种情况下，由于产生的电子的运动从而产生电和热，并且由于氢和氧结合的化学反应从而产生水蒸气或水。

为了将燃料电池堆产生电能时产生的诸如水蒸气、水、热的副产物和没有发生反应的氢气、氧气等排出，设置有排放装置，诸如水蒸气、氢气和氧气的气体通过排放通道排出至大气中。

用于驱动燃料电池堆的诸如鼓风机、氢气再循环鼓风机和水泵的组件可以与主总线端子连接，以便于燃料电池堆的启动，并且用于方便电力中断和电力连接的各种继电器和用于防止反向电流流向燃料电池堆的二极管可以与主总线端子连接。

通过鼓风机供应的干燥空气通过加湿器进行加湿，然后被供应至燃料电池堆的阴极(空气极)，阴极的排放气体在被在阴极中产生的水组分加湿的状态下输送至加湿器，并且可以用于加湿将要通过鼓风机供应至阴极的干燥空气。

同时，为了提高燃料效率，应认为在车辆行驶时根据需要使燃料电池的发电停止或重启(燃料电池停止和燃料电池重启)的过程(即，使燃料电池车辆中的燃料电池的发电暂时停止的怠速停止过程和燃料电池的接通/关断控制过程)是重要的。

在用于控制燃料电池系统的运行的相关技术中，当进入怠速停止状态时，空气压缩机在氢气的供应压力降低到最低压力的状态下停止，并且气流控制阀(Airflow ControlValve，ACV)沿堆叠方向完全打开，当解除怠速停止状态时，空气压缩机在保持氢气的供应压力升高至工作压力的状态时驱动，并且ACV沿堆叠方向完全打开。

在现有技术中，当长时间保持怠速停止状态时，燃料电池堆的电压降低至0V，因此，燃料电池堆的耐久性减弱。

此外，在现有技术中，在怠速停止状态下，氢气的浓度持续降低(即，空气压缩机停止)，因此，处于阳极侧的氢气跨越至阴极侧。此后，当解除怠速停止状态时，燃料电池堆以低浓度的氢气运行，因此，燃料电池堆的耐久性减弱。

背景技术中描述的内容是为了促进对本发明背景的理解，并且可以包括本技术所属领域的技术人员已知的相关技术内容之外的内容。

发明内容

本发明的实施方案是为了解决现有技术中存在的上述问题，同时完整地保留了现有技术所取得的优点。