燃料电池系统的驱动控制方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统的驱动控制方法和系统，且更具体地说，涉及能够通过调整阳极侧的氢压力来改善冷启动性能的燃料电池系统的驱动控制方法。
【背景技术】
[0002]用于作为一种类型的环境友好车辆的氢燃料电池车辆的燃料电池系统配置成包含从反应气体的电化学反应产生电能的燃料电池堆、将作为燃料的氢供应到燃料电池堆的氢供应设备、将包含作为执行电化学反应所需的氧化剂的氧的空气供应到燃料电池堆的空气供应设备、和通过放出作为燃料电池堆的电化学反应的副产物的热量到外部且执行水管理功能来最佳地调整燃料电池堆的驱动温度的热量和水管理系统。
[0003]燃料电池堆的高分子膜应保证离子传导率以提高氢与水的电化学反应的性能。随着水解度增加，氢与水的反应率增大。因此，氢供应设备具有氢再循环系统，且空气供应设备具有加湿机。但是，当燃料电池的温度降低到0°C或以下时，由通过加湿供应的水和反应产生的水在燃料电池结冻。燃料电池中剩余的水变化为冰态，其体积扩大，因此，造成对膜电极组件的潜在损坏和具有孔隙结构的气体扩散层。此外，在冷启动后，产生的水就在燃料电池的电极中结冻，且直到其解冻才被排出。未排出的冰阻塞反应气体的流动通道。为了在冷启动后更稳定地驱动燃料电池车辆，需要冰在燃料电池中的反应气体的流动通道被完整地阻塞前解冻。因此，在冷启动前，需要减少燃料电池中存在的水量。
[0004]图1为说明燃料电池堆的温度和燃料电池堆的输出随时间的变化的示例性曲线图。参考图1，随着时间流逝，燃料电池堆的温度持续增加。然而，如图1所示，随着燃料电池堆的温度升高，燃料电池堆的电压增加，且在冰塞现象，即，产生的水结冻而阻塞反应气体的流动通道的现象发生期间，燃料电池堆的电压减小。当燃料电池堆的温度升高完成燃料电池堆的解冻时，基于燃料电池堆的温度的升高而增大燃料电池堆的电压。
[0005]为了在冷启动前减少燃料电池堆中存在的水量，将驾驶期间的燃料电池中剩余的水维持在预定量或以下，或在停机(shut down)之后经由净化而去除水。通过以上所提到的工艺，在冷启动后观测到冰塞现象的时间可以被延迟，且作为反应气体的流动通道的通道被阻塞的现象可减轻。为了测量燃料电池中存在的水量，可使用测量燃料电池中的电阻的方法和使用从燃料电池堆的驱动环境获得的实验资料的方法。
[0006]另一方面，当燃料电池的驱动温度实质上低时，燃料电池堆的出口部分的饱和蒸气压实质上低。因此，排出的水量减少，而增加了剩余的水量。因此，燃料电池堆中发生溢流现象(flooding phenomenon)，因此增加了要去除的水量。
[0007]图2为说明燃料电池中剩余的水量随燃料电池堆的温度的变化的示例性曲线图。如图2所示，随着燃料电池堆的温度降低，燃料电池堆中剩余的水量增加。阴极和阳极中剩余的水防止在冷启动后电池堆电压的形成，进而抑制电池中的加热。具体地说，当冷启动后的燃料电池堆的电压基于阳极侧剩余的水而降低到最小参考电压时，催化剂中的碳变成阳极电极中的二氧化碳，这样导致催化剂量可能降低。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种能够根据情形通过调整阳极处的压力改善冷启动性能和冷驱动性能的燃料电池系统的驱动控制方法。
[0009]根据本发明的示例性实施例，一种燃料电池系统的驱动控制方法可包括如下步骤:监控外部温度；以及当在所述监控过程期间室外温度小于预设定的外部温度时，增大在燃料电池堆的阳极侧处的氢压力。
[0010]所述驱动控制方法还可以包括如下步骤:在增大所述氢压力后，当所述燃料电池堆的温度大于预设定的电池堆温度时，将所述阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差调整到预设定的压力或以下。另外，所述驱动控制方法还可以包括如下步骤:在调整所述差后，当燃料电池车辆停止时，如果所述外部温度小于所述预设定的外部温度，则由所述控制器再次增大所述燃料电池堆的阳极侧处的氢压力。
[0011]在增大所述氢压力的步骤中，可以将所述阳极侧处的氢压力增大到可允许的最大值。在再次增大所述氢压力的步骤中，可以将所述阳极侧处的氢压力再次增大到可允许的最大值。另外，在增大所述氢压力的步骤中，可以增大所述阳极侧处的氢压力以将所述阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差维持到预设定的第一压力。在增大所述氢压力的步骤中，可以增大所述阳极侧处的氢压力以使所述阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可以基于所述燃料电池堆的温度改变。在增大所述氢压力的步骤中，可以增大所述氢压力以使所述阳极侧处的氢压力与所述阴极侧处的空气压力之间的差可以随着所述燃料电池堆的温度升高而减小。
[0012]另外，在增大所述氢压力的步骤中，可以增大所述氢压力以使得当所述燃料电池堆的温度小于所述预设定的电池堆温度时，使所述阳极侧处的氢压力与所述阴极侧处的空气压力之间的差可以变为最大值。在增大所述氢压力的步骤中，可以增大所述阳极侧处的氢压力以使所述阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可以基于所述燃料电池堆的内阻值改变。在增大所述氢压力的步骤中，可以增大所述氢压力以使得当所述燃料电池堆的内阻值变得低于预设定的参考内阻值时，所述阳极侧处的氢压力与阴极侧处的空气压力之间的差可以增大。另外，在增大所述氢压力的步骤中，可以增大所述氢压力以当所述燃料电池堆的内阻值以预定比率或以下变得低于预设定的参考内阻值时，使在所述阳极侧处的所述氢压力与在阴极侧处的空气压力之间的差可以变为最大值。
【附图说明】
[0013]将参照示出附图的各种示例性实施例来详细地描述本发明的以上和其它特征，这些附图在下文给出仅用于说明的目的，因此并不是限制本发明，其中:
[0014]图1为示出现有技术的燃料电池堆的温度和燃料电池堆的输出随时间的变化的不例性曲线图；
[0015]图2为示出现有技术的燃料电池中剩余的水量随燃料电池堆的温度的变化的示例性曲线图；
[0016]图3为描述本发明的示例性实施例的燃料电池堆的阴极与阳极之间的水移动机制的不例性视图；
[0017]图4为示出本发明的示例性实施例的电压和内阻随燃料电池堆的阳极中的压力增大的变化的示例性曲线图；
[0018]图5A和图5B为示出本发明的示例性实施例的燃料电池堆的电压、电流量和温度随燃料电池堆的阳极与阴极之间的压力差的变化的示例性曲线图；
[0019]图6A和图6B为示出本发明的示例性实施例的根据燃料电池堆的电流的增大调整阳极压力的示例性曲线图；
[0020]图7到图11为示出本发明的示例性实施例的燃料电池系统的驱动控制方法的示例性流程图。
【具体实施方式】
[0021]应理解，本文使用的术语“车辆”(vehicle)或“车辆的”(vehicular)或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)在内的乘用车、公交车、卡车、各种商务车、包括各种船只和船舶的水运工具、飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车、燃料电池车辆和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
[0022]尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应理解，所述示例性过程也可以由一个或多个模块来执行。另外，应理解，术语控制器/控制单元是指包含存储器和处理器的硬件装置。存储器配置成存储模块并且处理器专门配置成执行所述模块以执行下文进一步描述的一或多个过程。
[0023]此外，本发明的控制逻辑也可具体化为计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、Q)-R0M(只读光盘)，磁带、软盘、闪盘(flash drive)、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在连接网络(network coupled)的计算机系统中，以便例如通过远程服务器或控制器局域网(CAN:Controller AreaNetwork)以分布形式存储和执行计算机可读介质。
[0024]本文使用的术语仅仅是为了说明示例性实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an和the) ”也意在包括复数形