器20、鼓风机30、加湿器40、氢气供给单元50、排水阀60、排放阀70、脱水器 (watertrap) 80、控制器90。在图1中示出的燃料电池系统100的一些部件对于本领域普 通技术人员来说是已知的元件。因此，本文中将不会描述这种部件。
[0027] 氢气供给单元50可以是被配置为利用基本高压存储氢气并且被配置为向燃料电 池堆10供应氢气的普通的氢气罐。从氢气供给单元50可输出的受到高压的氢气可通过调 压器、调压阀、注入器、调压致动器（未示出）等减小压力并且然后与由喷射器20吸入的循 环气一起供应给燃料电池堆。喷射器20可被配置为向燃料电池堆10提供减小的压力的氢 气，并且通过吸入未使用的氢气循环未使用的氢气，当受到高压的氢气通过喷嘴（例如，渐 缩喷嘴或渐扩喷嘴）时使用氢气喷射流引起的低压，未使用的氢气可保持在燃料电池堆的 阳极周围（例如，围绕）。
[0028] 排放阀70可以是用于除去燃料电池堆10的阳极中的杂质的阀。燃料电池中通过 电化学反应产生的水聚集在燃料电池堆10内并且可被有效地排出到燃料电池堆外部。当 水不能排出到燃料电池堆10外时，即，当发生溢出时，可能阻止作为燃料的氢气的供给，因 而降低燃料电池堆10的发电效率。当水的排放明显不佳（例如，排水困难）时，燃料电池 堆10的部件可能受到损害并可能出现故障。
[0029] 为了便于水从阳极排出，可提高燃料电池堆10中的氢气流速以增加燃料电池 堆中液体流（例如，包括湿气的气体混合物）。因此，可执行周期性的燃料排放（fuel purging)。换言之，为了除去保留在燃料电池堆10中的湿气，可打开排放阀70以暂时提高 燃料电池堆10中氢气的流速。通过打开排放阀70启动排放的主要目的是减小吸到阳极的 氢气的浓度并排放燃料电池堆10中收集的水。然而，因为这种排放可能造成氢气排放到燃 料电池堆10外，燃料效率可能会劣化并且可能会污染环境。
[0030] 控制器90可被配置为操作排放阀70的开度以调节排放程度。具体地，控制器90 可被配置为对燃料电池堆10中产生的电流容量积分并且在电荷容量超过预定电荷容量时 调节排放阀70以使得执行排放。该操作是基于通过电化学反应产生的电流容量与生成水 的量成比例的原理。然而，因为在操作中未考虑到与燃料浓度有关的氢气流的特性，所以燃 料电池系统100中氢气的流动在大致低负载（lowload)比在大致高负载（highload)时 可能较弱，因而使燃料电池堆100中的水量增加。
[0031] 因此，控制器90可被配置为确定负载是否大于预定值并且响应于负载小于预定 值的确定，控制器90可被配置为通过将电流容量乘以比例因子并积分来计算实际电流容 量的电荷容量。当所计算的电荷容量超过预定值时，控制器90可被配置为调节排放阀70 以进行排放。在基本低负载状态下，实际电流容量可乘以比例因子以产生电荷容量。因此， 排放阀70的开度次数可能会增加（例如，阀门被打开的次数可能会增加）。当打开排放阀 70以促使执行排放时，可除去燃料电池堆10中的湿气因而提高燃料电池堆10中氢气的流 速。
[0032] 图2A和2B是示出电流容量的积分值的示例性曲线图。具体地，图2A是根据现有 技术的示例性曲线图，以及图2B是根据本发明一个示例性实施方式的示例性曲线图。
[0033] 如图2A所示，根据现有技术的电流容量的积分逻辑，实际电流容量和积分运算中 所用的电流容量是相同的。当通过电流容量的积分运算计算电荷容量时，并且当计算的电 荷容量等于或大于预定电荷容量时，控制器90通过打开排放阀70进行排放。
[0034] 此外，如图2B所示，根据本发明一个示例性实施方式的积分逻辑，因为可以乘以 比例因子as。&，实际电流容量和积分运算中所用的电流容量是不同的。当所计算的电荷容 量等于或大于预定电荷容量时，基于其中通过对电流容量乘以比例因子aSMl6执行积分运 算可获得的电荷容量的积分逻辑，通过打开排放阀70执行排放。随着电流容量增加，通过 积分运算获得的电荷容量同样可以对应地增加。因此，与图2A中所示的方法不同，可用较 短的时间段内执行本发明中的排放。该方法可通过式1来表示。
[0035]式1
[0036] Q= / ( ascaleilow+ihigh)dt
[0037] 其中，Q是电荷容量，a SMle是比例因子，ilOTt是低负载的条件下的电流容量，并且 ihigh是高负载的条件下的电流容量。换言之，仅在基本上低负载的条件下，乘以比例因子产 生总电荷容量。
[0038] 图3是示出根据本发明一个示例性实施方式的用于控制氢排放的方法中所用的 比例因子a _le变化的示例性线形图。如图3所示，比例因子a SMle在基本低负载区域中 可具有约a的值以及高负载区域中可具有约1的值。基本低负载区域和基本高负载区域 之间存在过渡区域。比例因子a s。&的值在低负载区域内随着式2计算的斜率下降，并在 进入高负载区域时集中于1。
[0039] 式 2
【主权项】
1. 一种用于控制氢排放的装置，所述装置包括： 排放阀，被设置用于布置在与燃料电池堆的阳极相邻的出口并且被配置为调节水从所 述燃料电池堆的流出；以及 控制器，被配置为： 基于通过积分所述燃料电池堆的电流容量获得的电荷容量来调节所述排放阀的开度； 以及 当所述燃料电池堆的输出电流的负载小于预先设定的第一参考负载时，通过将所述燃 料电池堆的所述电流容量乘以比例因子来计算所述电荷容量。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器被配置为当所计算出的电荷容量大 于预先设定的电荷容量时打开所述排放阀。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中，当所述燃料电池堆的所述输出电流的所述负载 大于预先设定的第二参考负载时，所述控制器被配置为将所述比例因子设定为1。
4. 根据权利要求3所述的装置，其中，当所述负载大于所述第一参考负载且小于所述 第二参考负载时，所述控制器被配置为从所述负载变为大于所述第一参考负载的时间点以 预定梯度减小所述比例因子。
5. -种用于控制氢排放的方法，所述方法包括： 由控制器比较燃料电池堆的输出电流的负载与预先设定的第一参考负载；以及 当所述负载小于预先设定的第一参考负载时，由控制器通过将所述燃料电池堆的输出 电流容量乘以比例因子来计算电荷容量。
6. 根据权利要求5所述的方法，进一步包括： 当所计算出的电荷容量大于预先设定的电荷容量时，由所述控制器打开连接到所述燃 料电池堆的阳极的输出端的排放阀。
7. 根据权利要求5所述的方法，进一步包括： 当所述负载大于预先设定的第二参考负载时，由所述控制器将所述比例因子设定为1。
8. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括： 当所述负载大于所述第一参考负载且小于所述第二参考负载时，由所述控制器从所述 负载变为大于所述第一参考负载的时间点以预定梯度减小所述比例因子。
9. 一种包含由控制器执行的程序指令的非暂存性计算机可读介质，所述计算机可读介 质包括： 比较燃料电池堆的输出电流的负载与预先设定的第一参考负载的程序指令；以及 当所述负载小于预先设定的第一参考负载时，通过将所述燃料电池堆的输出电流容量 乘以比例因子来计算电荷容量的程序指令。
10. 根据权利要求9所述的非暂存性计算机可读介质，进一步包括： 当所计算出的电荷容量大于预先设定的电荷容量时，打开连接到所述燃料电池堆的阳 极的输出端的排放阀的程序指令。
11. 根据权利要求9所述的非暂存性计算机可读介质，进一步包括： 当所述负载大于预先设定的第二参考负载时将所述比例因子设定为1的程序指令。
12. 根据权利要求11所述的非暂存性计算机可读介质，进一步包括： 当所述负载大于所述第一参考负载且小于所述第二参考负载时，从所述负载变为大于 所述第一参考负载的时间点以预定梯度减小所述比例因子的程序指令。
【专利摘要】本发明提供用于控制氢排放的装置和方法。该装置包括：被设置用于邻近燃料电池堆的阳极布置的出口并且被配置为调节燃料电池堆的水的流出的排放阀。此外，控制器被配置为根据通过积分燃料电池堆的电流容量而获得的电荷容量调节排放阀的开度。当燃料电池堆的输出电流的负载小于预先设定的第一参考负载时控制器被配置为通过将燃料电池堆的电流容量乘以比例因子计算电荷容量。
【IPC分类】H01M8-04
【公开号】CN104733751
【申请号】CN201410371545
【发明人】李宪重, 权相旭
【申请人】现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年7月30日
【公告号】DE102014213867A1, US20150180069