燃料电池系统及确定其空载运行状态的方法与流程

本公开涉及一种燃料电池系统及确定其空载运行状态的方法。

背景技术：

1、燃料电池系统可以通过使用燃料电池堆产生电能。例如，当使用氢气作为燃料电池堆的燃料时，它可能是解决地球环境问题的措施，因此已持续研究和开发燃料电池系统。

2、燃料电池系统可包括：燃料电池堆，产生电能；燃料供应装置，将燃料(氢)供应至燃料电池堆；空气供应装置，将作为电化学反应所需的氧化剂的空气中的氧气供应至燃料电池对；热管理系统(tms)，将燃料电池堆的反应热移除至外部，控制燃料电池堆的工作温度并执行水管理功能；以及燃料电池系统控制器，控制燃料电池系统的整体操作。在燃料电池系统中，燃料电池堆通过使作为燃料的氢气和空气中的氧气相互反应而产生电力，并且将热量和水作为副产物排出。因此，为了确保燃料电池堆的安全性和耐久性，必须将在燃料电池堆中产生的水稳定地排出至电池堆的外部。

技术实现思路

1、提供本概述以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

2、在燃料电池堆的空载运行状态下，氢气可能不被供应至燃料电池堆，或所供应的氢气的压力可能较低，由此在燃料电池堆中产生的冷凝水可能不能充分地排出至外部。在这种情况下，在燃料电池堆中产生的冷凝水聚积在氢电极中，由此削弱了燃料电池堆的耐久性并且降低了其寿命。

3、因此，需要确定燃料电池的空载运行状态，确定冷凝水是否聚积在氢电极中，并且排放氢电极中的冷凝水。

4、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从以下描述中将清楚地理解本文中未提及的任何其他技术问题。

5、在本公开的总体方面，一种燃料电池系统包括：燃料电池堆；燃料集水器，被配置为存储由燃料电池堆生成的冷凝水；以及控制器，被配置为在燃料集水器的水位改变之后，基于指示附属机器的功耗与水位改变之间的比率的第一参数确定燃料电池堆是否处于空载运行状态。

6、控制器可进一步被配置为基于(i)燃料水收集器的水位增加参考单位的时间段与(ii)第一参数之间的关系来确定燃料电池堆是否处于空载运行状态。

7、控制器可进一步被配置为当根据消耗时间段的第一参数的变化率小于阈值并且对应于变化率小于阈值的点的消耗时间段是第一时间段或者比第一时间段长时，确定燃料电池堆处于空载运行状态。

8、控制器可进一步被配置为：当与具有第一参数的值的两个相邻点对应的消耗时间段之间的差是第二时间段或者比第二时间段长时，确定冷凝水聚积在燃料电池堆的氢电极中，第一参数的值的变化率对应于小于阈值的点。

9、控制器可以进一步被配置为当确定冷凝水聚积时向驾驶员发起警告通知。

10、当未确定驾驶员的负载运行状态时，控制器可进一步被配置为：将冷却风扇的每分钟转数(rpm)控制为最大rpm；以及当未检测到驾驶员的负载运行时，通过打开氢电极将冷凝水排出到氢电极外部。

11、控制器可进一步被配置为基于所消耗时间段与第一参数之间的关系确定燃料电池堆的寿命。

12、控制器可进一步被配置为基于对应于变化率小于阈值的点的第一参数的值确定燃料电池堆的寿命。

13、控制器可有线或无线地与燃料电池堆和燃料水收集器通信。

14、控制器可进一步被配置为基于所述确定来控制储存在燃料水收集器中的冷凝水的排放。

15、燃料电池系统可进一步包括：氢气罐；氢气管线，用于将氢气从氢气罐供应至燃料电池堆；以及燃料切断阀(fcv)，设置在氢气罐与氢气供应管线中的燃料供应阀(fsv)之间，fsv设置在氢气供应管线中的fcv与燃料喷射器(fej)之间，其中，控制器进一步被配置为：控制fcv在燃料电池系统的启动状态中打开并且在启动断开状态中关闭，并且调节供应至燃料电池堆的氢气的压力；以及

16、通过向穿过fsv的氢气施加压力来控制fej以将氢气供应至燃料电池堆。

17、氢气管线可连接至燃料电池堆的出口和fej以形成用于氢气的循环路径，并且由燃料喷射器fej排出的氢气可通过与燃料电池堆中的空气反应而产生电能，并且未能反应的氢气可通过燃料电池堆的出口排出以重新引入燃料喷射器fej中以提高氢气的反应效率。

18、在本公开的另一总体方面，一种用于确定燃料电池堆是否处于空载运行状态的方法包括：获取被配置为存储从燃料电池堆排出的冷凝水的燃料水收集器的水位变化的测量；计算第一参数，所述第一参数指示附属机器的功耗与水位的变化的测量值之间的比率；以及基于第一参数确定燃料电池堆是否处于空载运行状态。

19、该方法可进一步包括：基于确定燃料电池堆处于空载运行状态，确定冷凝水是否聚积在燃料电池堆的氢电极中；以及基于确定冷凝水聚积在氢电极中，将冷凝水排放至氢电极的外部。

技术特征：

1.一种燃料电池系统，包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制器进一步被配置为基于(i)所述燃料集水器的水位增加参考单位的时间段与(ii)所述第一参数之间的关系，确定所述燃料电池堆是否处于所述空载运行状态。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述控制器进一步被配置为当根据消耗时间段的所述第一参数的变化率小于阈值并且对应于所述变化率小于所述阈值的点的消耗时间段是第一时间段或者比所述第一时间段长时，确定所述燃料电池堆处于所述空载运行状态。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，所述控制器进一步被配置为：当与具有第一参数的值的两个相邻点对应的消耗时间段之间的差是第二时间段或者比所述第二时间段长时，确定所述冷凝水聚积在所述燃料电池堆的氢电极中，所述第一参数的值的变化率对应于小于所述阈值的点。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述控制器进一步被配置为当确定所述冷凝水聚积时向驾驶员发起警告通知。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，当未确定所述驾驶员的负载操作状态时，所述控制器进一步被配置为：

7.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，所述控制器进一步被配置为基于所述消耗时间段与所述第一参数之间的关系确定所述燃料电池堆的寿命。

8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中，所述控制器进一步被配置为基于对应于变化率小于所述阈值的点的所述第一参数的值确定所述燃料电池堆的所述寿命。

9.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制器通过有线或无线地与所述燃料电池堆和所述燃料水收集器通信。

10.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制器进一步被配置为：

11.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括：

12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，

13.一种用于确定燃料电池堆是否处于空载运行状态的方法，所述方法包括：

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

技术总结本发明提供了一种燃料电池系统及确定其空载运行状态的方法。燃料电池系统包括：燃料电池堆；燃料水收集器，用于存储由燃料电池堆生成的冷凝水；以及控制器。在燃料水收集器的水位改变之后，控制器基于指示附属机器的功耗与水位改变之间的比率的第一参数来确定燃料电池堆是否处于空载运行状态。技术研发人员：李镕羲受保护的技术使用者：现代摩比斯株式会社技术研发日：技术公布日：2024/7/29