控制燃料电池车辆的启动的装置和方法与流程

控制燃料电池车辆的启动的装置和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年6月2日提交的韩国专利申请第10-2020-0066538号的优先权的权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
3.本公开涉及防止燃料电池车辆启动(start-up)期间的电池反向电压以及电池电压偏差的技术。


背景技术：

4.通常，燃料电池车辆包括：燃料电池系统，具有燃料电池堆，燃料电池堆中堆叠有多个燃料电池；燃料供应系统，向燃料电池堆供应作为燃料的氢气等；空气供应系统，供应氧气，氧气是电化学反应所需的氧化剂；热管理系统，控制燃料电池堆的温度；电池管理系统，存储由燃料电池堆产生的能量的等。燃料供应系统对氢气罐内的压缩氢气进行解压，并且将解压的氢气供应至该堆的燃料电极(阳极)。此外，空气供应系统操作鼓风机以将吸入的外部空气供应至该堆的空气电极(阴极)。
5.当氢气被供应至燃料电池堆的燃料电极时并且当氧气被提供给燃料电池堆的空气电极时，通过催化反应氢离子与燃料电极分离。分离的氢离子通过电解质膜转移至作为空气电极的氧化电极，并且与燃料电极分离的氢离子、电子和氧气一起在氧化电极处发生电化学反应，从而获得电能。具体地，在燃料电极处发生与氢气的电化学氧化，并且在空气电极处发生与氧气的电化学还原。由于此时产生的电子的移动，电和热产生。此外，通过氢和氧彼此耦合的化学反应，产生水蒸气或水。
6.设置排出设备，以排出不与副产物(诸如，水蒸气、水和在产生燃料电池堆的电能的过程中产生的热)反应的氢、氧等。诸如水蒸气、氢和氧的气体通过排放通道释放到大气中。用于驱动燃料电池的诸如鼓风机、氢循环风机、水泵等的组件，连接到主总线终端，以促进燃料电池的启动。用于促进电力切断和连接的各种继电器以及防止反向电流流到燃料电池的二极管可连接到主总线端终端。
7.经由鼓风机提供的干燥空气通过加湿器来加湿，并且然后被提供至燃料电池堆的阴极。此外，阴极的废气可用于通过在被内部产生的水加湿的状态下传送到加湿器，来对要被供应至阴极的干空气进行加湿。在不考虑启动期间的外部空气的温度的情况下，这种控制燃料电池车辆的启动的传统技术几乎同时(例如，约0.5秒差)将氢气和空气(氧气)供应至燃料电池堆。因此，在低温启动期间，引起燃料电池堆的电池电压变化。
8.此外，用于控制燃料电池车辆的启动的传统技术的问题在于，在由于空气截止阀(acv)表现不良使得空气被引入到阴极中的状态下，在低温启动期间引起燃料电池堆的电池反向电压(例如，约-0.8v)。作为参考，由于先前引入阴极的空气，产生水。由此产生的水在处于低温的阳极侧的反应区域处冻结，从而引起临时性氢不足，产生电池反向电压。
9.在该背景技术部分中描述的各项被公开以增强对本发明的背景技术的理解，并且
可包括除了本技术所属领域的普通技术人员所已知的现有技术以外的各项。


技术实现要素：

10.本公开提供了用于控制燃料电池车辆的启动的装置和方法，该装置和方法具有图表，在该图表中记录针对燃料电池堆的出口处的每个冷却水温度的氢气供应开始时间点与空气供应开始时间点之间的时间差，并且在燃料电池车辆的启动期间基于该图表来调整空气供应开始时间点，以防止燃料电池堆的电池反向电压以及电池电压偏差。
11.本发明所要解决的技术问题不局限于前述问题，并且本公开所属领域的技术人员将从以下描述中清楚地理解在本文中未提及的任何其他技术问题。
12.根据本公开的一方面，用于控制燃料电池车辆的启动的装置可包括：温度传感器，被配置为测量燃料电池堆的冷却水温度；以及控制器，被配置为在燃料电池车辆的启动期间基于燃料电池堆的冷却水温度调整空气供应开始时间点。在一个实现方式中，温度传感器可被配置为测量燃料电池堆的出口处的冷却水温度。
13.在一个实现方式中，装置可进一步包括被配置以存储图表的存储装置，在图表中可以记录针对燃料电池堆的每个冷却水温度的氢气供应开始时间点与空气供应开始时间点之间的时间差。就此而言，图表可包括当空气没有被引入到燃料电池堆的阴极中时应用的第一图表、和当空气被引入到燃料电池堆的阴极中时应用的第二图表。
14.此外，控制器可被配置为响应于确定空气没有被引入到燃料电池堆的阴极中而基于第一图表来调整空气供应开始时间点，以及响应于确定空气被引入到燃料电池堆的阴极中而基于第二图表来调整空气供应开始时间点。控制器可被配置为在供应至燃料电池堆的氢气的压力达到目标压力之后的参考时间之后的时间点，当燃料电池堆的开路电压(ocv)小于参考电压时，确定空气没有被引入到燃料电池堆的阴极中，并且当燃料电池堆的ocv等于或大于参考电压时，确定空气被引入到燃料电池堆的阴极中。
15.根据本公开的另一方面，用于控制燃料电池车辆的启动的方法可包括：开始燃料电池车辆的启动序列；获得燃料电池堆的冷却水温度；以及基于获得的冷却水温度调整空气供应启动时间点。就此而言，冷却水温度可以是燃料电池堆的出口处的冷却水温度。
16.在一个实现方式中，方法可进一步包括存储图表，其中在图表中记录针对燃料电池堆的每个冷却水温度的氢气供应开始时间点与空气供应开始时间点之间的时间差。就此而言，图表可包括：当空气没有被引入到燃料电池堆的阴极中时应用的第一图表、和当空气被引入到燃料电池堆的阴极中时应用的第二图表。此外，调整空气供应开始时间点可包括：确定空气是否被引入到燃料电池堆的阴极中；当空气没有被引入到燃料电池堆的阴极中时，基于第一图表来调整空气供应开始时间点；以及当空气被引入到燃料电池堆的阴极中时，基于第二图表来调整空气供应开始时间点。
17.确定空气是否被引入到燃料电池堆的阴极可包括：在供应至燃料电池堆的氢气的压力达到目标压力之后的参考时间之后的时间点，检测燃料电池堆的开路电压(ocv)，当燃料电池堆的ocv小于参考电压时；确定空气没有被引入到燃料电池堆的阴极中；以及当燃料电池堆的ocv等于或大于参考电压时，确定空气被引入到燃料电池堆的阴极中。
18.根据本公开的另一方面，用于控制燃料电池车辆的启动的装置可包括：存储装置，被配置为存储第一图表和第二图表，其中，在第一图表和第二图表中记录针对燃料电池堆
的出口处的每个冷却水温度的氢气供应开始时间点与空气供应开始时间点之间的时间差；温度传感器，被配置为测量燃料电池堆的出口处的冷却水温度；以及控制器，被配置为在燃料电池车辆的启动期间，当空气未被引入到燃料电池堆的阴极中时，基于第一图表来调整空气供应开始时间点；并且当空气被引入到燃料电池堆的阴极中时，基于第二图表来调整空气供应开始时间点。
19.在一个实现方式中，其中，控制器可被配置为在供应至燃料电池堆的氢气的压力达到目标压力之后的参考时间之后的时间点，响应于确定燃料电池堆的开路电压(ocv)小于参考电压，确定空气没有被引入到燃料电池堆的阴极中；并且响应于确定燃料电池堆的ocv等于或大于参考电压，确定空气被引入到燃料电池堆的阴极中。此外，在相同的冷却水温度下，第二图表的延迟时间比第一图表的延迟时间更长。
附图说明
20.根据结合附图所做出的下列详细说明，本公开的上述和其他目的、特征和优点将更加显而易见：
21.图1是根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的启动控制装置的配置图；
22.图2是示出根据本公开的示例性实施方式的设置在燃料电池车辆的启动控制装置中的存储装置中存储的第一图表的示例图；
23.图3是示出根据本公开示例性实施方式的设置在燃料电池车辆的启动控制装置中的存储装置中存储的第二图表的示例图；
24.图4是示出根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的启动控制装置的性能的示例图；
25.图5是示出根据本公开的示例性实施方式的燃料电池系统的启动控制方法的流程图；以及
26.图6是示出用于执行根据本公开的示例性实施方式的联网汽车服务信息保护方法的计算系统的框图。
具体实施方式
27.应理解的是，术语“车辆(vehicle，交通工具)”或者“车辆的”或者如本文使用的其他类似的术语通常包含机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(suv)的载客汽车、公共汽车、卡车、各种商用车、包括各种船只和船舶的水运工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃油车、插电混合动力车辆、氢动力车辆及其他替代燃料车辆(例如，由除了石油以外的资源得来的燃料)。
28.尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性处理，但是应理解的是，也可由一个或者多个模块执行示例性处理。此外，应理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器并且被具体编程为执行本文中描述的处理的硬件装置。存储器被配置为存储模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块以便执行下面进一步描述的一个或多个处理。
29.本文所用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并非旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明
确指示。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或者添加。如本文所用，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
30.除非特别说明或从上下文显而易见，否则如本文所用，术语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文另有明确说明，否则本文提供的所有数值均由术语“约”修饰。
31.下文中，将参考示例性附图详细描述本公开的一些示例性实施方式。在向每个附图的组件添加参考标号时，应当注意，即使在其他附图上显示了这些组件，用相同的标号表示相同的或等效的组件。此外，在描述本公开的实施方式时，当确定相关已知配置或功能干扰本公开的实施方式的理解时，将省略相关已知配置或功能的详细描述。
32.在对根据本公开的实施方式的组件进行描述时，可以使用诸如第一、第二、a、b、(a)、(b)等术语。这些术语仅旨在将这些组件与其他组件区分开，并且这些术语不限制这些组件的性质、顺序或序列。除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。应当进一步理解的是，诸如通常使用的词典中所定义的术语，应被解释为具有与相关领域上下文中的含义一致的含义，并且不得以理想化或者过分形式意义进行解释，除非本文中明确如此定义。
33.图1是根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的启动控制装置的流程图。如图1所示，根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的启动控制装置100可包括存储装置10、温度传感器20和控制器30。就此而言，组件可以彼此耦合以实施为单个组件，并且可以基于用于执行根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的启动控制装置100的方案省略一些组件。
34.在描述每个组件时，首先，存储装置10可被配置为存储各种逻辑、算法和程序，在燃料电池车辆启动期间基于燃料电池堆400的出口处的冷却水温度来调整空气供应开始时间点的过程中需要该各种逻辑、算法和程序。存储装置10可被配置为存储图表，在该图表中记录针对燃料电池堆400的出口处的每个冷却水温度的氢气供应开始时间点与空气供应开始时间点之间的时间差。就此而言，存储装置10可被配置为存储当空气未被引入到燃料电池堆400的阴极中时应用的第一图表、和当空气被引入到燃料电池堆400的阴极中时应用的第二图表。
35.图2是示出根据本公开的示例性实施方式的设置在燃料电池车辆的启动控制装置中的存储装置中存储的第一图表的示例图。在图2中，横轴表示燃料电池堆400的出口处的冷却水温度，以及纵轴表示氢气供应开始时间点与空气供应开始时间点之间的时间差。换言之，纵轴表示从氢气供应开始到空气供应开始的延迟时间。可以看出，当空气未被引入到燃料电池堆400的阴极中时应用的第一图表，在冷却水温度低时增加了延迟时间，并且因此，充足的氢气可被供应至燃料电池堆的阴极。
36.图3是示出根据本公开的示例性实施方式的设置在燃料电池车辆的启动控制装置中的存储装置中存储的第二图表的示例图。在图3中，横轴表示燃料电池堆400的出口处的冷却水温度，以及纵轴表示氢气供应开始时间点与空气供应开始时间点之间的时间差。可
以看出，与第一图表类似，当将空气引入到燃料电池堆400的阴极中时应用的第二图表，也在冷却水温度低时增加了延迟时间，并且因此，足够的氢气可被供应至燃料电池堆的阴极。然而，在相同的冷却水温度下，延迟时间比第一图表的延迟时间长。
37.存储装置10可以包括：诸如闪存类型、硬盘类型、微类型和卡类型(例如，安全数字卡(sd卡)或极限数字卡(xd卡))的存储器；和诸如随机存取存储器(ram)类型、静态ram(sram)类型、只读存储器(rom)类型、可编程rom(prom)类型、电可擦除可编程rom(eeprom)类型、磁性ram(mram)类型、磁盘类型和光盘类型的存储器中的至少一种类型的存储介质。
38.温度传感器20可被配置为测量燃料电池堆400的出口处的冷却水温度。温度传感器20还可被配置为测量燃料电池堆400的入口处的冷却水温度。控制器30可被配置为执行每个组件的整体操作以正常地执行其功能。这样的控制器30可以以硬件或软件的形式体现，或者可以以其组合的形式体现。优选地，控制器30可以体现为微处理器，但可以不限于此。控制器30可连接至车辆网络以收集各种信息。在这种连接中，车辆网络可以包括控制器局域网(can)、局部互联网(lin)、flexray、媒体导向系统传输(most)、以太网等。
39.控制器30可被配置为在燃料电池车辆的启动期间基于燃料电池堆400的出口处的冷却水温度调整空气供应开始时间点的过程中，执行各种控制。控制器30可被配置为操作温度传感器20以测量燃料电池堆400的出口处的冷却水温度。此外，控制器30可被配置为操作温度传感器20以测量燃料电池堆400的入口处的冷却水温度。控制器30可被配置为检测燃料电池堆400的开路电压(ocv)。用于检测本公开中的燃料电池堆400的ocv的技术不是本公开的主题。因此，可使用多种广泛已知的方案中的任一种。
40.控制器30可被配置为结合构成燃料电池系统的氢气供给器200获得诸如氢气的供应时间点、氢气的供应压力等的各种信息。控制器30可被配置为：在氢气的供应压力达到目标压力(例如，约140kpa)之后的参考时间(例如，约1秒)之后的时间点，检测燃料电池堆400的ocv。此外，控制器30可被配置为响应于确定ocv小于参考电压(例如，约30v)而确定空气未被引入到燃料电池堆400的阴极中，并且可被配置为响应于确定ocv等于或大于参考电压而确定空气被引入到燃料电池堆400的阴极中。响应于确定空气未被引入到燃料电池堆400的阴极中，控制器30可被配置为基于如图2所示的第一图表调整空气供应开始时间点。
41.在图2中，控制器30可被配置为在冷却水温度等于或小于约-30℃时，在开始氢气供应之后约5秒开始空气供应，在冷却水温度为约-25℃时，在开始氢气供应之后约2.5秒开始空气供应，并且在冷却水温度超过约-20℃时，几乎同时(例如，约0.5秒差)将氢气和空气供应至燃料电池堆400。响应于确定空气被引入到燃料电池堆400的阴极中，控制器30可被配置为基于如图3所示的第二图表来调整空气供应开始时间点。
42.在图3中，控制器30可被配置为在冷却水温度等于或低于约-30℃时，在开始氢气供应之后约15秒开始空气供应，在冷却水温度为约-20℃时，在开始氢气供应之后约10秒开始空气供应，以及在冷却水温度超过约-10℃时，在开始氢气供应之后约5秒开始空气供应。控制器30可被配置为结合构成燃料电池系统的空气供给器300调整将空气供应至燃料电池堆400的时间点。
43.图4是示出根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的启动控制装置的性能的示例图，该图示出了在燃料电池堆400的出口处的冷却水温度等于或小于约-30℃时、以及由于空气截止阀(acv)的故障而使空气引入到燃料电池堆400的阴极中时的性能。在图4
中，a1表示开始氢气供应的时间点，a2表示开始空气供应的时间点，以及a3表示燃料电池车辆的启动完成的时间点(例如，燃料电池堆的输出稳定的时间点)。410是示出氢气的供应压力的曲线图，420是示出第一电池的电压的曲线图，以及430是示出第二电池的电压的曲线图。
44.控制器30可被配置为基于第二图表在时间点a1之后15秒的时间点a2开始供应空气。通过以这种方式延迟空气供应开始时间点以允许充足的氢气被供应至燃料电池堆400，可以确定燃料电池堆400的最小电池电压等于或大于约0v。换言之，可以确定没有发生电池反向电压(例如，负的电压)。
45.图5是示出根据本公开的示例性实施方式的燃料电池车辆的启动控制方法的流程图。首先，控制器30可被配置为响应于来自用户的请求而开始燃料电池车辆的启动序列(501)。就此而言，用户可以通过在接合制动踏板时按压启动按钮、或者通过转动启动钥匙以将燃料电池车辆的电源状态设置为打开状态，来开始启动序列。
46.此后，控制器30可被配置为从温度传感器20获得燃料电池堆的出口处的冷却水温度(502)。此后，控制器30可被配置为确定空气是否被引入到燃料电池堆400的阴极中(503)。响应于确定空气没有被引入到燃料电池堆400的阴极中，可基于第一图表调整空气供应开始时间点(504)。响应于确定空气被引入到燃料电池堆400的阴极中，可基于第二图表调整空气供应开始时间点(505)。
47.图6是示出用于执行根据本公开的示例性实施方式的联网汽车服务信息保护方法的计算系统的框图。参照图6，还可通过计算系统实现上述根据本公开的示例性实施方式的联网汽车服务信息保护方法。计算系统1000可包括通过系统总线1200连接的至少一个处理器1100、存储器1300、用户接口输入装置1400、用户接口输出装置1500、储存装置1600以及网络接口1700。
48.处理器1100可以是对存储在存储器1300和/或存储装置1600中的指令进行处理的中央处理单元(cpu)或半导体装置。存储器1300和存储装置1600可包括各种类型的易失性或非易失性存储介质。例如，存储器1300可以包括rom(只读存储器)1310和ram(随机存取存储器)1320。
49.由此，结合本文所公开的示例性实施方式描述的方法或算法的操作可直接以由处理器1100执行的硬件或软件模块、或其组合来体现。软件模块可存在于存储介质(即，存储器1300和/或存储装置1600)中，诸如，ram、闪存、rom、eprom、eeprom、寄存器、硬盘、固态驱动器(ssd)、可移动磁盘以及cd-rom。示例性存储介质耦合到处理器1100，处理器可从存储介质读取信息并可在存储介质中写入信息。在另一方法中，存储介质可与处理器1100集成。处理器和存储介质可驻留在专用集成电路(asic)中。asic可以驻留在用户终端内。在另一方法中，处理器和存储介质可作为单独的组件驻留在用户终端中。
50.以上描述仅是本公开的技术构思的说明，并且在不背离本公开的基本特征的情况下，本领域技术人员可以做出各种修改和变化。因此，在本公开中公开的示例性实施方式并不旨在限制本公开的技术构思，而是为了说明本公开，并且本公开的技术构思的范围不受实施方式的限制。本公开的范围应被解释为由所附权利要求的范围覆盖，并且落在权利要求的范围内的所有技术构思应被解释为包括在本公开的范围内。
51.根据本公开的示例性实施方式的用于控制燃料电池车辆的启动的装置和方法具
有图表，在该图表中，记录针对燃料电池堆的出口处的每个冷却水温度的氢气供应开始时间点与空气供应开始时间点之间的时间差，并且在燃料电池车辆的启动期间基于图表调整空气供应开始时间点以防止燃料电池堆的电池反向电压以及电池电压偏差。
52.在上文中，虽然已参考示例性实施方式及附图描述了本公开，但是本公开不限于此，在不背离在所附权利要求书中要求保护的本公开的精神和范围的前提下，可由本公开所属领域的技术人员做出各种修改和替换。