器20、鼓風機30、加濕器40、氫氣供給單元50、排水閥60、排放閥70、脫水器 (watertrap) 80、控制器90。在圖1中示出的燃料電池系統(tǒng)100的一些部件對于本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員來說是已知的元件。因此，本文中將不會描述這種部件。
[0027] 氫氣供給單元50可以是被配置為利用基本高壓存儲氫氣并且被配置為向燃料電 池堆10供應(yīng)氫氣的普通的氫氣罐。從氫氣供給單元50可輸出的受到高壓的氫氣可通過調(diào) 壓器、調(diào)壓閥、注入器、調(diào)壓致動器（未示出）等減小壓力并且然后與由噴射器20吸入的循 環(huán)氣一起供應(yīng)給燃料電池堆。噴射器20可被配置為向燃料電池堆10提供減小的壓力的氫 氣，并且通過吸入未使用的氫氣循環(huán)未使用的氫氣，當受到高壓的氫氣通過噴嘴（例如，漸 縮噴嘴或漸擴噴嘴）時使用氫氣噴射流引起的低壓，未使用的氫氣可保持在燃料電池堆的 陽極周圍（例如，圍繞）。
[0028] 排放閥70可以是用于除去燃料電池堆10的陽極中的雜質(zhì)的閥。燃料電池中通過 電化學反應(yīng)產(chǎn)生的水聚集在燃料電池堆10內(nèi)并且可被有效地排出到燃料電池堆外部。當 水不能排出到燃料電池堆10外時，即，當發(fā)生溢出時，可能阻止作為燃料的氫氣的供給，因 而降低燃料電池堆10的發(fā)電效率。當水的排放明顯不佳（例如，排水困難）時，燃料電池 堆10的部件可能受到損害并可能出現(xiàn)故障。
[0029] 為了便于水從陽極排出，可提高燃料電池堆10中的氫氣流速以增加燃料電池 堆中液體流（例如，包括濕氣的氣體混合物）。因此，可執(zhí)行周期性的燃料排放（fuel purging)。換言之，為了除去保留在燃料電池堆10中的濕氣，可打開排放閥70以暫時提高 燃料電池堆10中氫氣的流速。通過打開排放閥70啟動排放的主要目的是減小吸到陽極的 氫氣的濃度并排放燃料電池堆10中收集的水。然而，因為這種排放可能造成氫氣排放到燃 料電池堆10外，燃料效率可能會劣化并且可能會污染環(huán)境。
[0030] 控制器90可被配置為操作排放閥70的開度以調(diào)節(jié)排放程度。具體地，控制器90 可被配置為對燃料電池堆10中產(chǎn)生的電流容量積分并且在電荷容量超過預(yù)定電荷容量時 調(diào)節(jié)排放閥70以使得執(zhí)行排放。該操作是基于通過電化學反應(yīng)產(chǎn)生的電流容量與生成水 的量成比例的原理。然而，因為在操作中未考慮到與燃料濃度有關(guān)的氫氣流的特性，所以燃 料電池系統(tǒng)100中氫氣的流動在大致低負載（lowload)比在大致高負載（highload)時 可能較弱，因而使燃料電池堆100中的水量增加。
[0031] 因此，控制器90可被配置為確定負載是否大于預(yù)定值并且響應(yīng)于負載小于預(yù)定 值的確定，控制器90可被配置為通過將電流容量乘以比例因子并積分來計算實際電流容 量的電荷容量。當所計算的電荷容量超過預(yù)定值時，控制器90可被配置為調(diào)節(jié)排放閥70 以進行排放。在基本低負載狀態(tài)下，實際電流容量可乘以比例因子以產(chǎn)生電荷容量。因此， 排放閥70的開度次數(shù)可能會增加（例如，閥門被打開的次數(shù)可能會增加）。當打開排放閥 70以促使執(zhí)行排放時，可除去燃料電池堆10中的濕氣因而提高燃料電池堆10中氫氣的流 速。
[0032] 圖2A和2B是示出電流容量的積分值的示例性曲線圖。具體地，圖2A是根據(jù)現(xiàn)有 技術(shù)的示例性曲線圖，以及圖2B是根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方式的示例性曲線圖。
[0033] 如圖2A所示，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流容量的積分邏輯，實際電流容量和積分運算中 所用的電流容量是相同的。當通過電流容量的積分運算計算電荷容量時，并且當計算的電 荷容量等于或大于預(yù)定電荷容量時，控制器90通過打開排放閥70進行排放。
[0034] 此外，如圖2B所示，根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方式的積分邏輯，因為可以乘以 比例因子as。&，實際電流容量和積分運算中所用的電流容量是不同的。當所計算的電荷容 量等于或大于預(yù)定電荷容量時，基于其中通過對電流容量乘以比例因子aSMl6執(zhí)行積分運 算可獲得的電荷容量的積分邏輯，通過打開排放閥70執(zhí)行排放。隨著電流容量增加，通過 積分運算獲得的電荷容量同樣可以對應(yīng)地增加。因此，與圖2A中所示的方法不同，可用較 短的時間段內(nèi)執(zhí)行本發(fā)明中的排放。該方法可通過式1來表示。
[0035]式1
[0036] Q= / ( ascaleilow+ihigh)dt
[0037] 其中，Q是電荷容量，a SMle是比例因子，ilOTt是低負載的條件下的電流容量，并且 ihigh是高負載的條件下的電流容量。換言之，僅在基本上低負載的條件下，乘以比例因子產(chǎn) 生總電荷容量。
[0038] 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方式的用于控制氫排放的方法中所用的 比例因子a _le變化的示例性線形圖。如圖3所示，比例因子a SMle在基本低負載區(qū)域中 可具有約a的值以及高負載區(qū)域中可具有約1的值?；镜拓撦d區(qū)域和基本高負載區(qū)域 之間存在過渡區(qū)域。比例因子a s。&的值在低負載區(qū)域內(nèi)隨著式2計算的斜率下降，并在 進入高負載區(qū)域時集中于1。
[0039] 式 2
【主權(quán)項】
1. 一種用于控制氫排放的裝置，所述裝置包括： 排放閥，被設(shè)置用于布置在與燃料電池堆的陽極相鄰的出口并且被配置為調(diào)節(jié)水從所 述燃料電池堆的流出；以及 控制器，被配置為： 基于通過積分所述燃料電池堆的電流容量獲得的電荷容量來調(diào)節(jié)所述排放閥的開度； 以及 當所述燃料電池堆的輸出電流的負載小于預(yù)先設(shè)定的第一參考負載時，通過將所述燃 料電池堆的所述電流容量乘以比例因子來計算所述電荷容量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述控制器被配置為當所計算出的電荷容量大 于預(yù)先設(shè)定的電荷容量時打開所述排放閥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，當所述燃料電池堆的所述輸出電流的所述負載 大于預(yù)先設(shè)定的第二參考負載時，所述控制器被配置為將所述比例因子設(shè)定為1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，當所述負載大于所述第一參考負載且小于所述 第二參考負載時，所述控制器被配置為從所述負載變?yōu)榇笥谒龅谝粎⒖钾撦d的時間點以 預(yù)定梯度減小所述比例因子。
5. -種用于控制氫排放的方法，所述方法包括： 由控制器比較燃料電池堆的輸出電流的負載與預(yù)先設(shè)定的第一參考負載；以及 當所述負載小于預(yù)先設(shè)定的第一參考負載時，由控制器通過將所述燃料電池堆的輸出 電流容量乘以比例因子來計算電荷容量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括： 當所計算出的電荷容量大于預(yù)先設(shè)定的電荷容量時，由所述控制器打開連接到所述燃 料電池堆的陽極的輸出端的排放閥。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括： 當所述負載大于預(yù)先設(shè)定的第二參考負載時，由所述控制器將所述比例因子設(shè)定為1。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括： 當所述負載大于所述第一參考負載且小于所述第二參考負載時，由所述控制器從所述 負載變?yōu)榇笥谒龅谝粎⒖钾撦d的時間點以預(yù)定梯度減小所述比例因子。
9. 一種包含由控制器執(zhí)行的程序指令的非暫存性計算機可讀介質(zhì)，所述計算機可讀介 質(zhì)包括： 比較燃料電池堆的輸出電流的負載與預(yù)先設(shè)定的第一參考負載的程序指令；以及 當所述負載小于預(yù)先設(shè)定的第一參考負載時，通過將所述燃料電池堆的輸出電流容量 乘以比例因子來計算電荷容量的程序指令。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的非暫存性計算機可讀介質(zhì)，進一步包括： 當所計算出的電荷容量大于預(yù)先設(shè)定的電荷容量時，打開連接到所述燃料電池堆的陽 極的輸出端的排放閥的程序指令。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的非暫存性計算機可讀介質(zhì)，進一步包括： 當所述負載大于預(yù)先設(shè)定的第二參考負載時將所述比例因子設(shè)定為1的程序指令。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的非暫存性計算機可讀介質(zhì)，進一步包括： 當所述負載大于所述第一參考負載且小于所述第二參考負載時，從所述負載變?yōu)榇笥? 所述第一參考負載的時間點以預(yù)定梯度減小所述比例因子的程序指令。
【專利摘要】本發(fā)明提供用于控制氫排放的裝置和方法。該裝置包括：被設(shè)置用于鄰近燃料電池堆的陽極布置的出口并且被配置為調(diào)節(jié)燃料電池堆的水的流出的排放閥。此外，控制器被配置為根據(jù)通過積分燃料電池堆的電流容量而獲得的電荷容量調(diào)節(jié)排放閥的開度。當燃料電池堆的輸出電流的負載小于預(yù)先設(shè)定的第一參考負載時控制器被配置為通過將燃料電池堆的電流容量乘以比例因子計算電荷容量。
【IPC分類】H01M8-04
【公開號】CN104733751
【申請?zhí)枴緾N201410371545
【發(fā)明人】李憲重, 權(quán)相旭
【申請人】現(xiàn)代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年7月30日
【公告號】DE102014213867A1, US20150180069