专利名称：防止在催化剂加热时由于故障的压力传感器导致的意外的氢气流入阴极的控制策略的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于防止意外的氢气流入燃料电池堆的阴极侧的方法，更具体地，涉及通过限制到阴极侧的氢气流，防止在催化剂加热期间意外的氢气流入燃料电池堆的阴极侧的方法，直到能够确定阀流量估计的精确性。
背景技术：
氢气由于其清洁并可用于燃料电池中高效发电，是ー种很有吸引力的燃料。氢燃料电池是ー种电化学装置，包括阳极和阴极以及置于其间的电解质。阳极接收氢气，阴极接收氧气或空气。氢气在阳极中分解产生自由氢质子和电子。氢质子穿过电解质达到阴极。氢质子与氧气和电子在阴极中反应生成水。来自阳极的电子无法穿过电解质，于是被引导在送至阴极之前流经负载做功。 质子交换膜燃料电池(PEMFC)为汽车常用燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极和阴极典型地包括细粒状的催化剂颗粒，通常为钼(Pt)，担载于碳颗粒上并与离聚物混合。催化剂混合物被沉积在膜的相对面上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合物以及膜的组合限定膜电极组件(MEA)。MEA制造相对昂贵并且需要一定的条件才能有效操作。数个燃料电池典型组合于燃料电池堆中以产生期望的功率。燃料电池堆接收阴极输入气体，典型地为压缩机加压通过电池堆的气体流。并非所有氧气都被电池堆消耗，部分空气作为阴极废气排出，其可能包括电池堆副产物水。燃料电池堆同样接收流入电池堆阳极侧的阳极氢输入气体。燃料电池堆典型地包括一系列置于电池堆中数个MEA之间的双极板，其中双极板和MEA都介于两个端板之间。双极板包括针对电池堆中的相邻燃料电池的阳极侧和阴极侦U。双极板阳极侧上具有阳极气流通道，其可使阳极反应气体流向各自的MEA。双极板阴极侧上提供有阴极气流通道，其可使阴极反应气体流向各自的MEA。一个端板包括阳极气流通道，另一端板包括阴极气流通道。双极板和端板由导电材料制成，例如不锈钢或导电复合物。端板将燃料电池产生的电カ导出电池堆。双极板还包括冷却流体流经的流动通道。MEA可滲透，因此可使空气中的氮气从堆阴极侧穿过并在堆阳极侧收集，在エ业上称为氮气串扰(nitrogen cross-over)。即使阳极侧压力可能略高于阴极侧压力，阴极侧分压也会使氧气和氮气透过膜。滲透的氧气在阳极催化剂存在下反应，但燃料电池堆阳极侧中滲透的氮气稀释了氢气。若氮气浓度增至高于一定百分比，例如50%，燃料电池堆会变得不稳定以及可能失效。现有技术中已知在燃料电池堆的阳极废气出ロ处设置排出阀，以将氮气从堆阳极侧排出。现有技术还已知采用模型估算阳极侧中氮气摩尔分数，以确定何时进行阳极侧或阳极子系统的排放。但是，模型估算可能含有误差，尤其是当燃料电池系统的部件随着时间发生老化吋。如果阳极氮气摩尔分数估算明显高于实际氮气摩尔分数，那么燃料电池系统将排出超过必要的阳极气体，即，将浪费燃料。如果阳极氮气摩尔分数估算明显低于实际氮气摩尔分数，系统不排出足够的阳极气体，可能使燃料电池缺乏反应物，这可能损坏燃料电池堆中的电极。在燃料电池系统中，氢气能够被引入空气入口以在燃料电池堆的阴极侧中反应以用于产生热量的目的。典型地，其通过使氢气从阳极通过具有已知孔尺寸的阀直接流入阴极而完成。为了控制产生的热量，氢气流必须被精确地控制。因此，在本领域中需要确保当氢气从阳极直接流入阴极入口时不会发生意外的氢气流动。
发明内容
本发明公开了ー种方法，其用于确定在燃料电池系统中经过注射器的气体流和经过阀的气体流。方法包括确定流经注射器的气体的注射器流量估计并确定流经阀的气体的阀流量估计。方法还包括计算误差，所述误差为注射器流量估计和阀流量估计之间的差，并且还包括基于所述误差调整经过阀的气体流。以下说明和从属权利要求配合附图
，本发明其他特征将变的明显。本发明还提供了以下方案
I.ー种提供用于从燃料电池系统的阳极子系统到阴极子系统的氢气流的请求的方法，所述方法包括
接收用于从阳极子系统到阴极子系统的氢气流的请求；
提供预定量的所请求的氢气流，所述预定量大约小于氢气流的所请求的量；
确定用于流经注射器到阳极子系统的氢气的注射器流量估计；
确定用于在管线中流经阀的氢气的阀流量估计，所述管线连接阳极子系统到阴极子系
统；
计算误差，所述误差是注射器流量估计和阀流量估计之间的差；以及如果计算的误差在预定阈值以下，通过提供已经被请求的氢气的全部量，完成用于氢气流的请求，如果计算的误差在预定阈值以上，调整用于氢气流的请求。2.根据方案I所述的方法，其特征在于，确定用于流经阀的氢气的阀流量估计包括測量在阀上游的管线中的氢气压力和測量在阀下游的管线中的氢气压力。3.根据方案2所述的方法，其特征在于，确定用于流经阀的氢气的阀流量估计包括使用等式
权利要求
1.一种提供用于从燃料电池系统的阳极子系统到阴极子系统的氢气流的请求的方法，所述方法包括 接收用于从阳极子系统到阴极子系统的氢气流的请求； 提供预定量的所请求的氢气流，所述预定量大约小于氢气流的所请求的量； 确定用于流经注射器到阳极子系统的氢气的注射器流量估计； 确定用于在管线中流经阀的氢气的阀流量估计，所述管线连接阳极子系统到阴极子系统； 计算误差，所述误差是注射器流量估计和阀流量估计之间的差；以及如果计算的误差在预定阈值以下，通过提供已经被请求的氢气的全部量，完成用于氢 气流的请求，如果计算的误差在预定阈值以上，调整用于氢气流的请求。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，确定用于流经阀的氢气的阀流量估计包括测量在阀上游的管线中的氢气压力和测量在阀下游的管线中的氢气压力。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定用于流经阀的氢气的阀流量估计包括使用等式
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，确定用于流经注射器的氢气的注射器流量估计包括使用等式
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，如果计算的误差在预定阈值以上，调整用于氢气流的请求包括控制阳极子系统的压力。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，阀从阳极子系统提供氢气到阴极子系统，从而提供燃料电池堆的阴极催化剂加热。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，为预定量的氢气量是小于所请求量的量。
8.一种提供用于从燃料电池系统的阳极子系统到阴极子系统的氢气流的阴极催化剂加热请求的方法，所述方法包括 接收用于阴极催化剂加热的请求； 提供满足阴极催化剂加热请求所需的预定量的氢气流，所述预定量的氢气流小于满足阴极催化剂加热请求所需的量； 确定用于流经注射器并进入阳极子系统的氢气的注射器流量估计；确定用于在管线中流经阀的氢气的阀流量估计，所述管线连接阳极子系统到阴极子系统； 计算误差，所述误差是注射器流量估计和阀流量估计之间的差；以及如果计算的误差在预定阈值以下，通过提供为了阴极催化剂加热已经被请求的氢气的全部量，完成用于阴极催化剂加热的请求，如果计算的误差在预定阈值以上，调整用于阴极催化剂请求的氢气流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定用于流经阀的氢气的阀流量估计包括测量在阀上游的管线中的氢气压力和测量在阀下游的管线中的氢气压力。
10.一种用于确定在燃料电池系统中经过注射器的气体流和经过阀的气体流的方法，所述方法包括 确定用于流经注射器的气体的注射器流量估计； 确定用于流经阀的气体的阀流量估计； 计算误差，所述误差为注射器流量估计和阀流量估计之间的差；以及 基于所述误差调整在燃料电池系统中经过阀的气体流。
全文摘要
本发明涉及防止在催化剂加热时由于故障的压力传感器导致的意外的氢气流入阴极的控制策略。具体地，一种方法，其用于确定在燃料电池系统中经过注射器的气体流和经过阀的气体流。方法包括确定流经注射器的气体的注射器流量估计并确定流经阀的气体的阀流量估计。方法还包括计算误差，所述误差为注射器流量估计和阀流量估计之间的差，并且基于所述误差调整经过阀的气体流。
文档编号H01M8/04GK102832401SQ20121019588
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者S.E.莱尔纳, S.R.法尔塔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司