用于控制燃料电池系统的操作的装置及其方法与流程

本公开涉及用于控制布置在燃料电池车辆中的燃料电池系统的操作的技术。

背景技术：

1、通常，燃料电池车辆（例如，氢电动车辆）包括：燃料电池堆，其中用作电源的多个燃料电池被堆叠；燃料供应系统，供应氢作为燃料电池堆的燃料；空气供应系统，供应氧作为电化学反应所需的氧化剂；以及水和热管理系统，控制燃料电池堆的温度。

2、燃料供应系统使氢罐内部的压缩氢减压并将其供应至堆的燃料电极（阳极），并且空气供应系统运行鼓风机以将吸入的外部空气供应至堆的空气电极（阴极）。

3、当将氢供应至堆的燃料电极并且将氧供应至空气电极时，在燃料电极处通过催化反应分离氢离子。分离的氢离子通过电解质膜转移至阴极（其是空气电极），并且在阴极处，与燃料电极分离的氢离子与电子和氧一起引起电化学反应，从而获得电能。具体地，在燃料电极处发生氢的电化学氧化，并且在空气电极处发生氧的电化学还原。在这种情况下，通过产生的电子的移动产生电和热，并且通过结合氢和氧的化学反应产生蒸气或水。

4、设置排出设备，用于排出未反应的氢和氧，以及在燃料电池堆的电能产生过程期间产生的诸如水蒸气、水、和热的副产物，并且诸如水蒸气、氢、和氧的气体通过排出通道排出到大气中。

5、诸如被配置为驱动燃料电池堆的空气鼓风机、氢再循环鼓风机以及水泵的组件可以连接至主总线端以促进驱动燃料电池堆，并且主总线端可以连接至用于促进电力切断和连接的各种继电器以及用于防止反向电流流至燃料电池堆的二极管。

6、通过鼓风机供应的干燥空气通过加湿器被加湿并且然后被供应至燃料电池堆的阴极（空气电极）。阴极的排出气体可以通过在其中产生的水成分而被加湿，并且然后可以被传送到加湿器，使得排出气体被用于加湿由鼓风机供应到阴极的干燥空气。

7、同时，为了提高燃料电池车辆的燃料效率，在驾驶时停止和重新启动燃料电池的发电的操作（燃料电池停止和燃料电池重新启动），即，暂时停止燃料电池车辆中的燃料电池的发电的怠速停止操作，以及控制燃料电池的开/关的操作可以被认为是重要的。

8、根据用于控制燃料电池系统的操作的传统技术，当进入怠速停止模式时，将空气供应至燃料电池堆的阴极的空气压缩机停止。由此，供应到燃料电池堆的空气逐渐减少，使得燃料电池堆的输出电压逐渐减少，并且燃料电池的发电停止。

9、因此，根据这种常规技术，当解除怠速停止模式时，空气压缩机启动并达到参考rpm的时间、空气从空气压缩机移动至燃料电池堆内部的时间以及空气在燃料电池堆内部充分扩散的时间可能导致燃料电池堆的输出延迟（或响应延迟）。

10、在该背景技术部分中描述的事项旨在促进对本公开的背景的理解，并且可以包括本领域普通技术人员未知的事项。

技术实现思路

1、已经做出本公开以解决在相关技术中出现的上述问题，同时保持由相关技术实现的优点不受影响。

2、根据本公开的各个方面，本公开提供了一种用于控制燃料电池系统的操作的装置及其方法，该装置和方法被配置为当进入怠速停止模式时，关闭被配置为控制供应至燃料电池堆的空气量的流量控制阀（acv），打开将供应至燃料电池堆的空气排放到燃料电池堆外部的旁通阀，并且运行将空气供应至燃料电池堆的空气压缩机来防止当怠速停止模式解除时发生的燃料电池堆的输出延迟（或响应延迟）。

3、根据本公开的各个方面，本公开提供了一种用于控制燃料电池系统的操作的装置及其方法，该装置和方法被配置为当在车辆速度超过阈值时进入怠速停止模式时，关闭被配置为控制供应至燃料电池堆的空气量的acv，打开将供应至燃料电池堆的空气排放到燃料电池堆外部的旁通阀，并且运行将空气供应至燃料电池堆的空气压缩机来防止在怠速停止模式解除时发生的燃料电池堆的输出延迟。

4、根据本公开的各个方面，本公开提供了一种用于控制燃料电池系统的操作的装置及其方法，该装置和方法被配置为当在车辆速度超过第一阈值并且高压电池的可用输出不超过第二阈值时进入怠速停止模式时，关闭被配置为控制供应至燃料电池堆的空气量的acv，打开将供应至燃料电池堆的空气排放至燃料电池堆外部的旁通阀，并且运行将空气供应至燃料电池堆的空气压缩机来防止在怠速停止模式解除时发生的燃料电池堆的输出延迟。

5、根据本公开的各个方面，本公开提供了一种用于控制燃料电池系统的操作的装置及其方法，该装置和方法被配置为当在车辆速度没有超过第一阈值并且高压电池的可用输出超过第二阈值时进入怠速停止模式时，将用于将供应至燃料电池堆的空气排放至燃料电池堆外部的旁通阀保持在关闭状态并且停止用于将空气供应至燃料电池堆的空气压缩机的运行来提高燃料电池车辆的燃料效率。

6、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。此外，可以容易地理解，本公开的目的和优点可以通过权利要求中记载的单元及其组合来实现。

7、根据本公开的各个方面，一种用于控制燃料电池系统的操作的装置包括：第一阀，被配置为控制供应至燃料电池堆的空气量；第二阀，将供应至燃料电池堆的空气排放至燃料电池堆的外部；空气压缩机，将空气供应至燃料电池堆；传感器，被配置为测量布置有燃料电池堆的车辆的速度，以及控制器，在行驶时打开第一阀，关闭第二阀并且运行空气压缩机，并且当在车辆的速度超过第一阈值时进入怠速停止模式时，关闭第一阀，打开第二阀并且运行空气压缩机。

8、根据本公开的各个方面，该装置还可以包括存储表的存储装置，在表中记录与车辆的速度以及布置在车辆中的高压电池的可用输出对应的空气供应量。

9、根据本公开的各个方面，控制器可以被配置为基于表确定空气压缩机的空气供应量。

10、根据本公开的各个方面，控制器可以获得车辆行驶的道路的高度并且将与该高度对应的权重应用于空气供应量以确定最终空气供应量。

11、根据本公开的各个方面，当布置在车辆中的高压电池的可用输出不超过第二阈值时，控制器可以关闭第一阀、打开第二阀并且运行空气压缩机。

12、根据本公开的各个方面，控制器可以基于高压电池的可用输出改变第一阈值。

13、根据本公开的各个方面，控制器可以与车辆行驶的道路的高度成比例地改变第二阈值。

14、根据本公开的各个方面，控制器可以与车辆行驶的道路的坡度成比例地改变第二阈值。

15、根据本公开的各个方面，当布置在车辆中的高压电池的可用输出未覆盖辅助需求量时，控制器可以关闭第一阀，打开第二阀并且运行空气压缩机。

16、根据本公开的各个方面，当在车辆的速度没有超过第一阈值并且布置在车辆中的高压电池的可用输出超过第二阈值时进入怠速停止模式时，控制器可以使第二阀保持关闭状态并且停止空气压缩机的运行。

17、根据本公开的各个方面，一种用于控制燃料电池系统的操作的方法包括：由传感器测量车辆的速度；当车辆的速度超过第一阈值时，由控制器进入怠速停止模式，由控制器关闭被配置为控制供应至燃料电池堆的空气量的第一阀，由控制器打开将供应至燃料电池堆的空气排放至燃料电池堆的外部的第二阀，并且由控制器运行用于将空气供应至燃料电池堆的空气压缩机。

18、根据本公开的各个方面，该方法还可以包括：由存储装置存储表，表中记录与车辆的速度以及布置在车辆中的高压电池的可用输出对应的空气供应量。

19、根据本公开的各个方面，该方法还可以包括：由控制器基于该表，确定空气压缩机的空气供应量。

20、根据本公开的各个方面，该方法还可以包括获得车辆行驶的道路的高度，并且将与高度对应的权重应用于空气供应量以确定最终空气供应量。

21、根据本公开的各个方面，进入怠速停止模式可以包括：当车辆的速度超过第一阈值并且布置在车辆中的高压电池的可用输出不超过第二阈值时，进入怠速停止模式。

22、根据本公开的各个方面，进入怠速停止模式还可以包括：基于高压电池的可用输出改变第一阈值。

23、根据本公开的各个方面，进入怠速停止模式还可以包括：与车辆行驶的道路的高度成比例地改变第二阈值。

24、根据本公开的各个方面，进入怠速停止模式还可以包括：与车辆行驶的道路的坡度成比例地改变第二阈值。

25、根据本公开的各个方面，进入怠速停止模式还可以包括：当布置在车辆中的高压电池的可用输出未覆盖辅助需求量时，关闭第一阀，打开第二阀并且运行空气压缩机。

26、根据本公开的各个方面，一种用于控制燃料电池系统的操作的方法包括：由传感器测量车辆的速度；当车辆的速度不超过第一阈值并且布置在车辆中的高压电池的可用输出超过第二阈值时，由控制器进入怠速停止模式，由控制器使将供应至燃料电池堆的空气排放至燃料电池堆外部的阀保持关闭状态，并且由控制器停止用于将空气供应至燃料电池堆的空气压缩机的运行。