用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置和方法与流程

本申请基于并且要求于2015年5月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0065432号的优先权的权益，通过引用将该申请的公开内容整体结合到本文中。
技术领域：
本公开内容涉及用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置和方法，并且更具体地，涉及当停车(关闭点火装置)之后重新启动车辆时，在燃料电池组的阳极流道中的氢浓度超过参考值时，基于车辆停车时间可变地调整净化阀的打开时间。
背景技术：
：通常，燃料电池系统包括产生电能的燃料电池组；燃料供给器，将作为燃料的氢气提供至燃料电池组；空气供给器，将电化学反应所需的空气提供至燃料电池组；热量和水管理器，该热量和水管理器将燃料电池组的反应热移到系统外部、调整燃料电池组的驱动温度并且执行水管理功能；以及操作燃料电池系统的控制器。具体地，燃料供给器包括氢气罐、高压/低压调节器、氢气再循环器等；空气供给器包括鼓风机、加湿器等；以及热量和水管理器包括冷却泵、散热器等。此外，从燃料供给器的氢气罐供给的高压氢气通过高压和低压调节器在低压下被供给至燃料电池组，并且氢气再循环器具有安装在再循环管道 中的循环鼓风机以将在电池组的阳极中使用氢气之后余留未反应的氢气再循环到阳极中，从而促进氢气的再利用。在空气供给器中，由鼓风机供给的干燥空气通过在经过加湿器的同时与从电池组的阴极的出口排出的废气(例如，湿空气)执行湿气交换而变得潮湿，并且然后被供给至燃料电池组的阴极的进口。燃料电池系统的电池组包括多个单元电池连续排列的发电组件，并且每一个单元电池被设置为单元的燃料电池，单元的燃料电池被配置为通过氢气和空气的电化学反应来产生电能。单元电池包括膜-电极组件以及布置成邻近膜电极组件的两侧的分隔器(separator)。具体地，分隔器以具有导电性的板的形式形成，并且各自具有被形成为允许燃料和空气流入膜电极组件的接触表面的流道。此外，膜电极组件具有形成在其一个表面上的阳极、形成在其另一个表面上的阴极，以及形成在阳极与阴极之间的电解质膜。阳极对通过分隔器的流道供给的燃料执行氧化反应以将燃料分成电子和氢离子，并且电解质膜将氢离子移动到阴极。此外，阴极对从阳极供给的电子和氢离子以及通过分隔器的流道供给的空气中的氧气执行还原反应以产生水和热。通过化学反应在阴极中产生的水的一部分渗透电解质膜并且移动到阳极。当移动到阳极的水保留在催化层中时，催化剂的反应量减小。此外，当移动到阳极的水保留在流道中时，阻挡氢气的供给路径。因此，电池组的阳极进一步连接到脱水器和净化线路，脱水器收集和排放余留在催化层或流道中的水，并且净化线路将阳极中的杂质(例如，包括未反应的氢气)排放到加湿器。脱水器连接将水排放到加湿器的排水线，并且排水线包括在每个净化周期打开以排放水的排水阀。此外，净化线路包括用以在每个净化周期排放阳极中的杂质的净化阀。然而，根据相关技术的用于控制燃料电池车辆 的净化阀的装置在固定打开时间打开净化阀，而不考虑停车之后重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度和停车时间。换言之，由于根据相关技术的用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置在重新启动车辆时的固定时间期间无条件打开净化阀，所以氢气的消耗量增大，从而燃料效率降低。技术实现要素：本公开提供一种用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置和方法，其通过估计停车(例如，点火装置关闭)之后重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度是否超过参考值，并且当氢浓度超过参考值时基于车辆的停车时间可变地调整净化阀的打开时间，能够减小氢气的消耗量并且提高燃料效率。在本公开中，停车时间可以表示其中车辆被停放的总时间。例如，当车辆在10:10停车并且然后在10:20重新启动时，停车时间是10分钟。本公开的目的不限于上述目的，并且本公开的其他目的和优点可以通过以下说明来理解并且将通过本公开的示例性实施方式来清楚地说明。此外，将容易了解的是，本公开的目的和优点可以通过在所附权利要求中示出的装置及其组合来实现。根据本公开的示例性实施方式，一种用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置可以包括：停车测时器，被配置为测量车辆的停车时间；测温器，被配置为测量关闭车辆的点火装置时燃料电池组的温度(在下文中，称作第一温度)以及重新启动车辆时燃料电池组的温度(在下文中，称作第二温度)；信息获取器，被配置为获取估计重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度是否大于参考值所需的信息值；净化阀驱动器，被配置为驱动净化阀；以及控制器，被配置为当测温器测量的第二温度超过第一阈值并且信息获取器获得的信息值超过参考值时，操作净化阀驱动器以 基于记录有与停车时间对应的打开时间的表在与停车测时器测量的停车时间对应的打开时间期间打开净化阀。根据本公开的另一示例性实施方式，一种用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置可以包括：停车测时器，被配置为测量车辆的停车时间；测温器，被配置为测量关闭车辆的点火装置时燃料电池组的温度(在下文中，称作第一温度)以及重新启动车辆时燃料电池组的温度(在下文中，称作第二温度)；信息获取器，被配置为获取估计重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度是否超过参考值所需的信息值；净化阀驱动器，被配置为驱动净化阀；以及控制器，被配置为当通过从第一温度中减去第二温度得出的值小于阈值并且信息获取器获得的信息值超过参考值时，操作净化阀驱动器以基于记录有与停车时间对应的打开时间的表在与停车测时器测量的停车时间对应的打开时间期间打开净化阀。根据本公开的另一示例性实施方式，一种用于控制燃料电池车辆的净化阀的方法可以包括：测量车辆的停车时间；测量关闭车辆的点火装置时燃料电池组的温度(在下文中，称作第一温度)以及重新启动车辆时燃料电池组的温度(在下文中，称作第二温度)；获取估计重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度是否超过参考值所需的信息值；以及当测温器测量的第二温度超过第一阈值并且信息获取器获得的信息值超过参考值时，基于记录有与停车时间对应的打开时间的表在与测量的停车时间对应的打开时间期间打开净化阀。根据本公开的另一示例性实施方式，一种用于控制燃料电池车辆的净化阀的方法可以包括：测量车辆的停车时间；测量关闭车辆的点火装置时燃料电池组的温度(在下文中，称作第一温度)以及重新启动车辆时燃料电池组的温度(在下文中，称作第二温度)；获取估计重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度是否超过参考值所需的信息值；以及当从第一温度中减去第二温度得出的值小于阈值并且信息值超过参考值时 时，基于记录有与停车时间对应的打开时间的表在与测量的停车时间对应的打开时间期间打开净化阀。附图说明通过以下结合附图的详细描述，本公开的上述的以及其他的目的、特征以及优点将变得更加显而易见。图1是根据本公开示例性实施方式的用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置；以及图2是根据本公开示例性实施方式的用于控制燃料电池车辆的净化阀的方法的流程图。具体实施方式应当理解，本文中所使用的术语“车辆”或“用车辆运载的(vehicular)”或其他类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种船只和舰船的船舶；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电混合动力车辆、氢动力车辆、和其他替代燃料车辆(例如，来源于除石油以外的资源的燃料)。如本文中提及，混合动力车辆是具有两种以上动力源的车辆，例如，汽油动力和电动车辆。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过程，然而，可以理解的是，也可通过一个或多个模块来执行示例性过程。此外，可以理解的是，术语“控制器/控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储模块，并且处理器具体地被配置成执行所述模块，以执行一个或多个过程，这在下文进一步描述。此外，本发明的控制逻辑可体现为在计算机可读介质上的非临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/控制单元等等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动、智能卡、以及光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在网络耦接的计算机系统中，从而例如通过远程通信服务器(telematicsserver)或控制器局域网络(CAN)以分布式方式存储和执行该计算机可读介质。本文所用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的，而并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本文所用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，意指指定特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有的组合。通过以下参照附图详细描述的细节描述，上述目标、特征和优势将变得显而易见。因此，本公开所属领域的技术人员可以容易地实践本公开的技术理念。此外，在描述本公开时，在确定与本公开相关联的众所周知的技术的详细描述可能对本公开的主旨造成不必要的模糊的情况下，将省略其描述。在后文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施方式。图1是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净化阀的装置。如在图1中示出的，根据本公开的用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置可以包括停车测时器10、测温器20、信息获取器30、净化阀驱动器40、以及控制器50。控制器50可被配置为操作装置的其他各个部件。下面将对各个部件进行描述。首先，停车测时器10可被配置为测量在停车之后重新启动车辆时停车的总时间作为停车时间。换言之，停车测 时器10可被配置为测量从关闭车辆的点火装置的时刻至打开车辆的点火装置的时刻之间的时间作为停车时间。例如，当关闭车辆点火装置的时刻是10:10，并且然后打开车辆点火装置的时刻是10:20时，停车时间是10分钟。此外，测温器20可被配置为测量关闭车辆的点火装置时燃料电池组的第一温度，并且然后测量重新启动车辆时燃料电池组的第二温度。具体地，燃料电池组的温度还可以是燃料电池组的冷却剂的温度，并且还可以是燃料电池组的阴极的温度。信息获取器30(例如，传感器)可被配置为收集和计算估计重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度是否超过参考值所需的信息(例如，数字信息)，并且控制器50可被配置为基于通过以下各种示例性实施方式获得的信息间接估计氢浓度是否超过参考值。燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度可能难以直接测量，这是因为这种测量需要昂贵的氢气传感器，这会引起车辆的生产成本增加。重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度是否超过参考值的估计可以确定是否可变地调节净化阀(purgevalve)。换言之，当重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度不超过(例如，小于)参考值时，可以可变地调节净化阀并且可以使用一般的净化逻辑。1)累积的电荷量信息获取器30可以包括电流计，被配置为测量燃料电池组的电流；电荷量计算器，被配置为将通过将电流计测量的电流乘以时间(例如，监控时间段)来计算电荷量；累积电荷量计算器，被配置为通过累积(例如，求和)电荷量计算器计算的电荷量来计算累积的电荷量；以及控制器，被配置为操作累积电荷量计算器以计算预设时间内的累积电荷量。具体地，当车辆执行“点火、行驶、以及停车(关闭点火装置)”的处理并且然后 重新启动时，预设时间还可以是从车辆的点火到车辆的停车的时间，并且还可以是停车之前的预定时间(即，停车时间之前的预定时间)。2)电荷量变化速度信息获取器30可以包括电流计，被配置为测量燃料电池组的电流；电荷量计算器，被配置为通过将电流计测量的电流乘以时间(监控时间段)来计算电荷量；累积电荷量计算器，被配置为通过累积由电荷量计算器计算的电荷量来计算累积的电荷量；电荷量变化速度计算器，被配置为通过将通过累积电荷量计算器算得的累积电荷量除以预设时间，来计算电荷量变化速度；以及控制器，被配置为操作累积电荷量计算器以计算停车之前的预定时间内的累积电荷量，并且操作电荷量变化速度计算器以将停车之前的预定时间内的累积电荷量除以预定时间，来计算电荷量变化速度。3)累积的净化量信息获取器30可以包括被配置为检测预设时间内的累积净化量的累积净化量检测器。具体地，净化量还可以指示氢压力、预设时间内的净化次数(例如，净化阀的打开次数)、预设时间内的净化时间(例如，净化阀的打开时间)、或它们的组合。当车辆执行“点火、行驶、以及停车(关闭点火装置)”的处理并且然后重新启动时，预设时间还可以是从车辆的点火到车辆的停车的时间，并且还可以是在停车之前的预定时间(即，停车时间之前的预定时间)。4)净化量变化速度信息获取器30可以包括累积净化量检测器，被配置为检测预设时间内的累积净化量；净化量变化速度计算器，被配置为通过将由累积净化量检测器检测的累积净化量除以预设时间，来计算净化量变化速度；以及控制器，被配置为操作累积净化量检测器以检测停车之前的预定时间内的累 积净化量，并且操作净化量变化速度计算器以通过将停车之前的预定时间内的累积净化量除以预定时间，来计算净化量变化速度。此外，净化阀驱动器40可被配置为打开或关闭净化阀。控制器50可被配置为执行一般功能以操作各个部件的功能。具体地，当测温器20测量的第二温度大于第一阈值并且通过信息获取器30获取的信息值大于参考值时，控制器50可被配置为操作净化阀驱动器40以基于记录有与停车时间对应的打开时间的表，在与停车测时器10测量的停车时间对应的打开时间期间打开净化阀。当信息获取器30获取的信息值小于参考值时，可以使用一般的净化逻辑。换言之，当测温器20测量的第二温度大于第一阈值并且信息获取器30获取的信息值大于参考值时，控制器50可被配置为确定重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度大于参考值。此外，即使测温器20测量的第二温度可能小于第一阈值，但当通过从测温器20测量的第一温度中减去第二温度得出的值小于第二阈值并且用信息获取器30获得的信息值大于参考值时，控制器50可被配置为操作净化阀驱动器40以基于存储有与停车时间对应的打开时间的表，在与停车测时器10测量的停车时间对应的打开时间期间打开净化阀。具体地，当通过从测温器20测量的第一温度中减去第二温度得出的值是第二阈值以上时，可以使用一般净化逻辑。此外，当信息获取器30获取的信息值小于参考值时，同样可以使用一般的净化逻辑。换言之，即使测温器20测量的第二温度小于第一阈值，当从测温器20测量的第一温度中减去第二温度得出的值小于第二阈值并且信息获取器30获得的信息值大于参考值时，控制器50可被配置为确定重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度大于参考值。另一方面，举例说明，控制器50可被配置为基于下面的表1调节净化阀的打开时间。表1停车时间3分钟以下3至7分钟7至10分钟10至15分钟70％的目标氢浓度0秒0秒0.3秒0.5秒75％的目标氢浓度0秒0.3秒0.7秒1秒80％的目标氢浓度0秒1秒1秒1.2秒具体地，目标氢浓度意指在重新启动车辆期间的目标氢浓度。如在表1中示出的，当调节净化阀的打开时间时，氢还原效果如下。-当停车时间是7分钟时，当目标氢浓度是大约70％时，可以减小大约0.4g(4.86公升)的氢气。-当停车时间是7分钟时，当目标氢浓度是大约75％时，可以减小大约0.28g(3.4公升)的氢气。根据本公开，用于控制燃料电池车辆的净化阀的装置可以进一步包括存储器，存储器被配置为存储其中可记录有与停车时间对应的打开时间的表。图2是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净化阀的方法的流程图。首先，停车测时器10可被配置为测量车辆的停车时间(201)。此外，测温器20可被配置为测量关闭车辆的点火装置时燃料电池组的第一温度以及重新启动车辆时燃料电池组的第二温度(202)。信息获取器30可被配置为获取估计重新启动车辆时燃料电池组的阳极的流道中的氢浓度是否超过参考值所需的信息值(203)。此外，当测温器20测量的第二温度大于第一阈值并且信息获取器30获得的信息值大于参考值时，控制器50可被配置为基于记录有与停车时间对应的打开时间的表在与停车测时器10测量的停车时间对应的打开时间期间打开净化阀(204)。具体地，即使测温器20测量的第二温度小于第一阈值，当从测温器20测量的第一温度中减去第二温度得出的值小于 第二阈值并且所获得的信息值大于参考值时，控制器50可被配置为以类似于上述的方式打开净化阀。另一方面，如上所述的根据本公开的方法可以由计算机程序产生。此外，本领域中的计算机程序员可以容易地推导出配置计算机程序的代码和代码段。此外，所产生的计算机程序储存在计算机可读记录介质(信息储存介质)中并且由计算机读取和执行，从而实现根据本公开的方法。此外，记录介质包括所有形式的计算机可读记录介质。如上所述，根据本公开的示例性实施方式，通过估计停车(例如，关闭点火装置)之后车辆重新启动时燃料电池组的阳极的流道中的氧浓度是否超过参考值，并且当氢浓度超过参考值时基于车辆的停车时间可变地调节净化阀的打开时间，可以减少氢气的消耗量并且提高燃料效率。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作出各种修改和替换。图中的每个元件的符号10：停车测时器20：测温器30：信息获取器40：净化阀驱动器50：控制器当前第1页1 2 3