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1、(10)申请公布号 CN 102820477 A (43)申请公布日 2012.12.12 CN 102820477 A *CN102820477A* (21)申请号 201110382003.2 (22)申请日 2011.11.25 10-2011-0055814 2011.06.09 KR H01M 8/04(2006.01) (71)申请人 现代自动车株式会社 地址 韩国首尔 (72)发明人 鲁容奎 郑世权 裴昊骏 (74)专利代理机构 北京尚诚知识产权代理有限 公司 11322 代理人 龙淳 (54) 发明名称 燃料电池系统的供氢控制装置及其控制方法 (57) 摘要 本发明提供一种燃料。
2、电池系统的供氢控制装 置及其控制方法。 所述装置包括喷射泵、 比例控制 电磁阀和控制器。喷射泵设置在燃料电池堆的进 口侧， 并把氢气供给和再循环到燃料电池堆中。 比 例控制电磁阀连接到供氢管线并与喷射泵的喷嘴 进口流体连通， 以控制对喷射泵的供氢。 控制器根 据燃料电池系统的功率， 控制比例控制电磁阀的 操作。 这里， 控制器在当前功率小于预定基准功率 的低功率区间， 按照脉冲流量控制方法控制比例 控制电磁阀的操作。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明。
3、书 8 页 附图 7 页 1/2 页 2 1. 一种燃料电池系统的供氢控制装置， 包括 ： 喷射泵， 设置在燃料电池堆的进口并与所述燃料电池堆的进口直接连接， 且被配置成 把氢气供给和再循环到所述燃料电池堆中 ； 比例控制电磁阀， 与供氢管线连接并与所述喷射泵内的喷嘴进口流体连通， 以控制对 所述喷射泵的供氢 ； 和 控制器， 基于从所述燃料电池系统请求的功率的量， 控制所述比例控制电磁阀的操作， 其中所述控制器在当前功率小于预定基准功率的低功率区间， 按照脉冲流量控制方法控制 所述比例控制电磁阀的操作。 2. 根据权利要求 1 所述的装置， 其中所述控制器在当前功率大于所述预定基准功率的 高。
4、功率区间， 按照比例控制方法控制所述比例控制电磁阀的操作。 3.根据权利要求2所述的装置， 其中通过比例积分微分控制(PID)压力控制， 执行在所 述高功率区间的控制， 所述 PID 压力控制计算供氢目标压力与燃料电池堆进口压力之间的 差异。 4. 根据权利要求 1 所述的装置， 其中在所述低功率区间的控制包括通过按照峰值和保 持控制方法， 对所述比例控制电磁阀施加峰值电流和保持电流， 来控制燃料供给。 5. 根据权利要求 4 所述的装置， 其中在通过峰值和保持控制方法在所述低功率区间执 行的控制中， 通过改变峰值电流值、 峰值电流施加时间、 保持电流值和保持电流施加时间中 的至少一者， 来控。
5、制燃料供给。 6. 根据权利要求 1 所述的装置， 其中所述比例控制电磁阀包括沿重力方向操作的阀柱 塞， 并且在所述阀柱塞的下端或者与所述阀柱塞碰撞的阀体添加噪声吸收部件。 7. 一种燃料电池系统的氢燃料供给控制装置的控制方法， 包括 ： 起动对燃料电池堆的供氢 ； 检测所述燃料电池系统的当前功率， 以比较所述当前功率与预定的基准功率 ； 和 根据比较结果确定控制比例控制电磁阀的方法， 并通过控制器控制所述比例控制电磁 阀的操作， 其中对所述比例控制电磁阀的操作的控制包括在所述当前功率低于所述基准功 率的低功率区间， 通过脉冲流量控制方法控制阀的操作， 以及在所述当前功率高于所述基 准功率的高。
6、功率区间， 通过比例控制方法控制阀的操作。 8. 根据权利要求 7 所述的方法， 其中在对所述比例控制电磁阀的操作的控制中， 在所 述低功率区间的控制包括通过按照峰值和保持控制方法， 对所述比例控制电磁阀施加峰值 电流和保持电流， 来控制燃料供给。 9. 根据权利要求 8 所述的方法， 其中所述峰值和保持控制方法包括通过控制保持电流 值的大小和施加时间， 以把阀柱塞的下降分成多个阶段， 从而降低由在下止点的碰撞所产 生的冲击， 来降低噪声。 10. 根据权利要求 8 所述的方法， 其中所述峰值和保持控制方法包括通过控制峰值电 流值的大小和施加时间， 以控制阀柱塞的位置， 从而避免与所述比例控制。
7、电磁阀的阀体内 表面的碰撞， 来降低噪声。 11. 根据权利要求 7 所述的方法， 其中在对所述比例控制电磁阀的操作的控制中， 在所 述低功率区间的控制还包括比较测得的供氢压力与预定的目标压力， 并且当所述测得的压 力小于所述目标压力时， 通过脉冲流量控制方法控制阀的操作， 而当所述测得的压力大于 权 利 要 求 书 CN 102820477 A 2 2/2 页 3 所述目标压力时， 关闭所述比例控制电磁阀。 权 利 要 求 书 CN 102820477 A 3 1/8 页 4 燃料电池系统的供氢控制装置及其控制方法 技术领域 0001 本发明涉及燃料电池系统的供氢控制装置及其控制方法。更具体。
8、地， 本发明涉及 一种燃料电池系统的供氢控制装置及其控制方法， 其通过利用用于控制燃料电池堆的氢燃 料供给的比例控制电磁阀的流量控制特性， 并且利用脉冲流量控制方法以及比例控制方法 控制比例控制电磁阀的操作， 能够实现和喷射泵一起控制燃料电池所必需的供氢流量和阳 极再循环性能。 背景技术 0002 燃料电池系统是一种能够把化学能转换成电能的发电系统， 包括配置成产生电能 的燃料电池堆， 向燃料电池堆供给燃料(氢气)的燃料供给系统， 向燃料电池堆供给电化学 反应所必需的氧化剂 ( 氧气 ) 的空气供给系统， 以及把反应热排出系统并控制燃料电池堆 的工作温度的冷却系统。 0003 参见图 7， 与。
9、燃料电池堆连接的燃料供给系统包括与贮氢罐 10 连接的供氢管线 12， 再循环燃料电池堆中的未反应氢的氢再循环管线 14， 和安装在燃料电池堆进口 13 与氢 再循环管线 14 的交叉点， 并被配置成把新的氢气和再循环的氢气泵送到燃料电池堆的阳 极的喷射泵 ( 即， 喷射器 )16。安装在燃料电池堆进口的燃料电池堆进口压力传感器 18 被 配置成测量氢气和空气的压力， 并且 ECU 22 被配置成基于从燃料电池堆进口压力传感器 18 接收和检测的信号， 控制安装在供氢管线中的调节器 20 的流量控制操作。喷射泵 16 通 过经喷嘴喷射从高压罐供给的压缩氢气可产生真空， 并且通过吸入燃料电池堆中。
10、的废气还 可再循环氢气。另外， 该系统还包括与再循环管线 14 连接， 用于从系统释放多余氢气的放 气阀 25。 0004 替换性地， 如图 8 中所示， 可代替喷射泵 16， 在氢再循环管线 14 中设置鼓风机 24， 作为再循环氢气的机构或装置。 0005 因而， 在常规的燃料电池车辆中， 鼓风机或喷射泵可用于平稳的氢燃料供给和再 循环。 通过这种结构实现的氢再循环的目的在于通过把燃料增压送入燃料电池堆的阳极通 道中而提高系统效率， 通过把燃料电池堆出口的湿化气体重新加载到燃料电池堆进口中而 提高增湿效率， 根据燃料电池堆阳极流量的增加， 改善燃料电池堆中的流动均匀性， 以及通 过燃料电池。
11、堆阳极的冷凝水排放， 向膜电极组件 (MEA) 平稳地供给氢气燃料。 0006 另一方面， 在采用类似于图 8 中所示的鼓风机的系统中， 为了再循环氢气， 必须配 备昂贵的电动机， 和可被氢再循环气体的冷凝水容易地腐蚀， 从而导致鼓风机受到破坏的 轴承和其它零件。特别地， 当冷凝形成的水冻结时， 可使鼓风机中的转子卡住， 从而需要用 加热器使转子熔化。 0007 此外， 在系统负载较小时， 由于作为可以使用的能源的再循环氢燃料的限制， 如图 7 中所示的喷射泵不能产生所需的再循环流量。即， 当由于因负载较小缺乏供给系统的氢 气， 而使整个系统的负载较低时， 喷射泵不能产生所需的再循环流量。即，。
12、 如图 9A 中所示， 随着供给喷射泵喷嘴的氢燃料流量 ( 如箭头所示 ) 增大， 喷射泵产生的流量和压力增大。 说 明 书 CN 102820477 A 4 2/8 页 5 而且， 再循环氢气的流量与系统压降曲线之间的交点对应于所产生的实际氢再循环的工作 点。 0008 就一定压力下与氢燃料的增加相应的喷射泵的氢吸入性能而言， 如图 9B 中所示， 当通过喷射泵的喷嘴的流量供给较小时， 喷嘴处的氢喷射压力较低， 且流速显著降低。因 此， 此时的吸入压力不是很大， 因而喷射泵吸入的氢再循环流量也降低。 0009 因此， 当施加于燃料电池系统的负载较低， 从而只需要使用少量燃料时， 再循环流 量。
13、在上述工况下不足， 从而使燃料电池堆通道的工作状态变坏。 而且， 作为结果燃料电池堆 效率和耐用性也会变坏。 0010 在本背景技术部分中公开的上述信息只是用于增进对本发明背景的了解， 因此其 可能包含不构成已为本国内本领域的普通技术人员所知的现有技术的信息。 发明内容 0011 本发明提供一种燃料电池系统的供氢控制装置及其控制方法， 即使在利用喷射器 的典型再循环系统中的低功率燃料应用情形下， 也能够确保足够水平的氢再循环流量。 0012 本发明还提供一种燃料电池系统的供氢控制装置及其控制方法， 能够通过应用简 单的结构确保所需量的再循环流量， 而不需要为解决利用喷射器的典型再循环系统中的低。
14、 功率燃料应用期间的氢再循环流量的不足而增加的鼓风机或其它再循环零件。 0013 本发明还提供一种燃料电池系统的供氢控制装置及其控制方法， 通过在喷射泵的 供氢管线连接部安装比例控制电磁阀， 能够提高低功率燃料应用期间的喷射泵的效率。 0014 本发明还提供一种燃料电池系统的供氢控制装置及其控制方法， 通过消除作为低 功率燃料应用期间的阀的开 / 关控制的结果而可能产生的噪声， 能够提供舒适的驾驶模 式。 0015 一方面， 本发明提供一种燃料电池系统的供氢控制装置， 包括 ： 设置在燃料电池堆 的进口侧， 并执行将氢气供给和再循环到燃料电池堆中的喷射泵 ； 与供氢管线连接， 并与喷 射泵的喷。
15、嘴进口连通， 从而控制对喷射泵的供氢的比例控制电磁阀 ； 以及根据燃料电池系 统的功率， 控制比例控制电磁阀的操作的控制器， 其中在当前功率低于预定基准功率的低 功率区间， 所述控制器按照脉冲流量控制方法控制比例控制电磁阀的操作。 0016 在一个优选示例性实施例中， 在当前功率高于预定基准功率的高功率燃料应用期 间， 所述控制器可按照比例控制方法控制比例控制电磁阀的操作。 0017 在另一优选示例性实施例中， 可通过比例积分微分控制 (PID) 压力控制执行高功 率燃料应用期间的控制， 所述 PID 压力控制通过计算供氢目标压力与燃料电池堆进口压力 之间的差异来执行所述控制。 0018 在又。
16、一优选示例性实施例中， 在低功率区间的控制可包括通过按照峰值和保持控 制方法， 对比例控制电磁阀施加峰值电流和保持电流， 来控制燃料供给。 0019 在再一优选示例性实施例中， 在通过峰值和保持控制方法在低功率区间执行的控 制中， 可通过改变峰值电流值， 峰值电流施加时间， 保持电流值和保持电流施加时间中的至 少一者， 来控制燃料供给。 0020 在另一优选示例性实施例中， 比例控制电磁阀可包括沿重力方向操作的阀柱塞， 并且可在阀柱塞的下端或者与阀柱塞碰撞的阀体添加噪声吸收部件。 说 明 书 CN 102820477 A 5 3/8 页 6 0021 另一方面， 本发明提供一种燃料电池系统的氢。
17、燃料供给控制装置的控制方法， 包 括 ： 起动对燃料电池堆的供氢 ； 检测燃料电池系统的当前功率， 以比较当前功率与预定的 基准功率 ； 以及根据比较结果确定控制比例控制电磁阀的方法， 并通过控制器控制比例控 制电磁阀的操作， 其中对比例控制电磁阀的操作的控制包括在当前功率低于基准功率的低 功率应用期间， 通过脉冲流量控制方法控制阀的操作， 以及在当前功率高于基准功率的高 功率应用期间， 通过比例控制方法控制阀的操作。 0022 在一个优选示例性实施例中， 在对比例控制电磁阀的操作的控制中， 在低功率应 用下的控制可包括通过按照峰值和保持控制方法， 对比例控制电磁阀施加峰值电流和保持 电流， 。
18、来控制燃料供给。 0023 在另一优选示例性实施例中， 峰值和保持控制方法可包括通过控制保持电流值的 大小和施加时间， 以把阀柱塞的下降分成多个阶段， 从而降低由在下止点的碰撞所产生的 冲击， 来降低噪声。 0024 在又一优选示例性实施例中， 峰值和保持控制方法可包括通过控制峰值电流值的 大小和施加时间， 以控制阀柱塞的上止点的位置， 从而避免在上止点的碰撞， 来降低噪声。 0025 在再一优选示例性实施例中， 在对比例控制电磁阀的操作的控制中， 低功率应用 / 实例期间的控制还可包括比较测得的供氢压力与预定的目标压力， 并且当测得的压力小于 目标压力时， 通过脉冲流量控制方法控制阀的操作，。
19、 而当测得的压力大于目标压力时， 关闭 比例控制电磁阀。 0026 本发明的其它特征和优选实施例在下面讨论。 附图说明 0027 现在将参照附图中示出的某些示例性实施例详细说明本发明的上述和其他特征， 附图在下文中仅以例示的方式给出， 因此不限制本发明， 并且其中 ： 0028 图 1 是示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的供氢控制装置的喷射 泵和比例控制电磁阀的截面图 ； 0029 图 2 是示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的供氢控制装置的视图 ； 0030 图 3 是示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的供氢控制装置的控制 方法的流程图 ； 0031 图 4 是示出。
20、根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的供氢控制装置的控制 方法的图 ； 0032 图 5 是示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的供氢控制装置的比例 控制电磁阀的燃料流量控制特性曲线的图 ； 0033 图 6 是示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的供氢控制装置的比例 控制电磁阀的电流控制方法的图 ； 0034 图 7 和 8 是示出典型燃料电池系统的供氢控制装置的视图 ； 并且 0035 图 9A 和 9B 是示出典型燃料电池系统的供氢控制装置中的氢燃料供给流量的图。 0036 附图中给出的附图标记包括对如下进一步讨论的下列元件的参照 ： 0037 10 ： 贮氢罐 0038 。
21、12 ： 供氢管线 说 明 书 CN 102820477 A 6 4/8 页 7 0039 14 ： 氢再循环管线 0040 16 ： 喷射泵 0041 18 ： 燃料电池堆进口压力传感器 0042 20 ： 调节器 0043 22 ： ECU 0044 24 ： 鼓风机 0045 25 ： 放气阀 0046 26 ： 喷嘴 0047 28 ： 再循环氢气进口 0048 30 ： 燃料电池堆 0049 40 ： 比例控制电磁阀 0050 41 ： 进口 0051 42 ： 出口 0052 43 ： 节流孔 0053 44 ： 阀体 0054 45 ： 螺线管 0055 46 ： 壳体 0056。
22、 47 ： 线圈 0057 48 ： 柱塞 0058 49 ： 弹簧 0059 应该理解的是， 附图不一定按比例绘制， 而是呈现出说明本发明的基本原理的各 种优选特征的有所简化的表现形式。 文中所公开的包括例如具体尺寸、 方向、 位置和形状的 本发明的具体设计特征， 将部分地由特定预期的应用和使用环境来确定。 0060 在图中， 贯穿附图的多幅图中相同的附图标记表示本发明的相同或等同的部件。 具体实施方式 0061 现在将详细参考本发明的各种实施例， 其实例在附图中示出并在以下予以说明。 虽然将结合示例性实施例说明本发明， 但是将会理解的是， 本说明并非意在将本发明局限 于这些示例性实施例。 。
23、相反， 本发明的意图在于不仅涵盖这些示例性实施例， 而且涵盖可包 括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代方式、 改型、 等价方式以 及其他实施例。 0062 应该理解的是， 本文所使用的术语 “车辆” 或 “车辆的” 或者其他类似术语包括通 常的机动车辆， 例如包括运动型多功能车 (SUV)、 公共汽车、 卡车、 各种商用车辆在内的客运 车辆， 包括各种艇和船在内的水运工具、 以及飞行器， 等等， 并且包括混合动力车辆、 电动车 辆、 插电式混合电动车辆、 氢动力车辆和其他代用燃料车辆 ( 例如， 从石油之外的资源取得 的燃料 )。如本文所提及的， 混合动力车辆是具有两种或更。
24、多种动力源的车辆， 例如同时拥 有汽油动力和电动力的车辆。 0063 本发明涉及一种燃料电池系统的氢燃料供给控制装置， 该装置通过利用将喷射泵 和比例控制电磁阈的组合实施为向燃料电池堆的阳极供给氢气和氢再循环气体的单元的 说 明 书 CN 102820477 A 7 5/8 页 8 结构， 并且根据输出区间， 关于供氢流量区别地应用比例控制方法和脉冲流量控制方法， 作 为比例控制电磁阈的控制方法， 而提供高效的氢再循环系统。 0064 以下， 将参照附图详细说明本发明的示例性实施例。 0065 如图 1 和 2 中所示， 燃料电池系统的燃料供给系统可包括与贮氢罐 10 连接的供氢 管线12， 。
25、再循环燃料电池堆中未反应的氢气的氢再循环管线14， 和设置于供氢管线12与氢 再循环管线 14 之间的喷射泵 ( 例如， 喷射器 )16。喷射泵 16 把新的氢气和再循环的氢气 泵送到燃料电池堆的阳极。喷射泵 16 被配置成把从高压氢气罐供给的压缩氢气， 即新的氢 气通过喷嘴 26 喷射到燃料电池堆进口 13， 同时产生真空。在这种情况下， 由于所产生的真 空， 从燃料电池堆排出的未反应氢气可通过再循环氢气进口 28 被吸入， 以便经再循环氢气 进口 28 与新的氢气一起被再循环到燃料电池堆中。 0066 在本发明的示例性实施例中， 可在喷射泵16与贮氢罐10之间的流道内， 在喷射泵 16 的。
26、进口设置比例控制电磁阀 40， 以改变喷射泵 16 的喷嘴 26 的进口处的压力并控制供氢 流量。比例控制电磁阀 40 可被配置成通过利用其中的柱塞的上下移动， 变化新的氢气所通 过的有效开口面积， 并且改变喷射泵 16 的喷嘴 26 的进口压力， 来控制供氢流量。而且， 喷 射泵 16 可被配置成通过喷嘴 26 高速喷射已通过比例控制电磁阀 40 的高浓度氢气。因而， 当通过喷射泵 16 排出氢气时， 由于喷嘴 26 周围的低压， 可产生真空。在这种情况下， 从燃 料电池堆出口排出的未反应的氢气可被所产生的真空吸回到系统中。 0067 如图 1 中所示， 比例控制电磁阀 40 可包括分别沿水。
27、平方向设置的阀体 44， 和沿竖 直方向设置在阀体 44 上的螺线管 45。阀体 44 可包括在其一侧的接收氢燃料的进口 41， 和 在其另一侧的与喷射泵 16 的喷嘴 26 的进口对准的出口 42。在阀体 44 的中部内可设置节 流孔 43， 以使流体在进口 41 与出口 42 之间流通， 并允许来自贮氢罐 10 的氢气通过。 0068 沿竖直方向设置在阀体 44 的上表面或顶面的螺线管 45 可包括设置在壳体 46 的 内周的线圈 47， 设置在线圈 47 内通过根据从线圈 47 供给的电流而上升和下降来改变节流 孔 43 的面积的柱塞 48， 和设置在壳体 46 的上部 / 上段内弹性支。
28、承柱塞 48 的弹簧 49。 0069 如图 1 中所示， 螺线管内的柱塞可被配置成沿重力方向上升和下降。在喷射泵沿 着与重力方向垂直的方向供给燃料的情况下， 可垂直于燃料供给方向设置螺线管， 从而能 够防止因重力方向与柱塞驱动方向之间的差异而可产生的磨损或噪声。 0070 另一方面， 尽管图 1 中未示出， 然而还可在燃料电池系统的氢燃料供给控制装置 中设置阀控制器， 以控制比例控制电磁阀 40 的开关操作。图 2 中所示的 ECU 22 可用作控 制比例控制电磁阀 40 的操作的阀控制器。 0071 阀控制器可用于避免由于如图 9 中所示的低功率区间或低功率应用期间吸入性 能的降低， 而难。
29、以确保氢再循环流量的问题。为此， 阀控制器可通过根据燃料电池系统的 功率的等级区分工作状态， 并根据工作状态向比例控制电磁阀施加预定电信号作为控制输 入， 来控制阀的开关。 0072 具体而言， 阀控制器可利用脉冲流量控制方法， 其中在吸入性能降低的低功率区 间， 向阀施加电流以 ( 短时间 ) 供给燃料电池堆所需量的氢气， 随后可阻断对阀的电流施 加， 以在剩余时间停止供氢。 0073 脉冲流量控制方法表示通过比例控制阀， 控制持续很短的时间供给足够的氢气， 从而供给低负载工作条件有效存在所必需的氢燃料流量。 可通过控制时间和施加于比例控 说 明 书 CN 102820477 A 8 6/8。
30、 页 9 制阀的电流， 实现这种脉冲流量控制。 通过比较预定基准功率与燃料电池系统的当前功率， 阀控制器可被配置成在当前功率等于或大于基准功率时， 执行典型的阀比例控制， 而在当 前功率小于基准功率时， 按照脉冲流量控制方法执行阀控制。 0074 因此， 在燃料电池系统的氢燃料供给控制装置中， 即使在低功率情形 / 低功率区 间， 通过脉冲流量控制方法， 也可使喷射泵在显示较高效率的区间反复工作。 0075 以下， 将详细说明包括喷射泵、 比例控制电磁阀和阀控制器的燃料电池系统的氢 燃料供给控制装置的控制方法。 0076 如图 5 的燃料流量控制特性曲线所示， 比例控制电磁阀 40 通过在柱塞。
31、 48 根据施 加于线圈 47 的电流的大小而上下移动时变化节流孔 43 的横截面面积， 可精确地控制从贮 氢罐 10 的氢燃料供给， 并且根据氢燃料供给精确地控制喷射泵 16 的喷嘴 26 的进口压力。 0077 例如， 当施加于比例控制电磁阀40的线圈47的电流小于氢燃料供给起动电流时， 阀被关闭。 换言之， 柱塞48阻断节流孔43， 因而氢燃料不能被供应给喷射泵16。 另一方面， 当逐渐施加更大的电流时， 柱塞 48 可逐渐上升， 并且节流孔 43 的横截面面积可增大， 以允 许氢燃料供给逐渐增大。当在最大供给量位置减小施加的电流时， 柱塞 48 可逐渐下降， 并 且节流孔 43 的横截。
32、面面积和供氢流量可减小， 从而显示迟滞特性。 0078 图 3 和 4 示出燃料电池系统的氢燃料供给控制装置的控制方法。如图 3 的流程图 和图 4 的曲线图中所示， 可根据功率相对于基准功率的等级， 使用两种情况执行氢燃料供 给和供氢压力控制。 0079 在每种情况下， 如图 3 的流程图中所示， 可首先执行判定当前功率区间是否是低 功率应用的处理， 以通过比较预定的基准功率与当前功率来选择控制方法。 之后， 可根据当 前功率区间是低功率区间还是高功率区间， 进行选择性控制。 0080 例如， 如图 3 中所示， 将基准功率和当前功率相互比较。当当前功率大于基准功率 时， 当前功率区间可被认。
33、为是高功率区间， 并且可对阀执行比例控制。 当当前功率等于或小 于基准功率时， 当前功率区间可被认为是低功率区间， 并且阀可按照脉冲流量控制方法操 作。在低功率区间， 可测量压力并与目标压力比较。当测得的压力低于目标压力时， 可将阀 关闭。只有当测得的压力高于目标压力时， 才可执行脉冲流量控制。 0081 如以下详细说明的， 燃料电池系统的氢燃料供给控制装置可被分成通过在比例控 制电磁阀40设置于喷射泵16的进口的状态下， 快速开启/关闭比例控制电磁阀40， 而在燃 料电池系统的低功率条件下控制供氢的情况， 和通过调节比例控制电磁阀 40 的柱塞 48 的 上下移动， 以变化允许氢气通过的节流。
34、孔 43 的横截面面积， 而在燃料电池系统的高功率条 件下控制供氢的情况。 0082 低功率下的供氢控制 0083 在燃料电池系统的工作中， 在小于基准功率 ( 例如， 作为例如总输出的 5-30， 优 选为总输出的 10-20的低功率与高功率之间的边界线功率的预定值 ) 的低功率下， 可通 过其中快速重复比例控制电磁阀 40 的开启 / 关闭的脉冲流量控制方法， 执行供氢控制。 0084 可对比例控制电磁阀 40 施加等于或大于燃料供给起动电流的电流。在这种情况 下， 如图 4 中所示， 可按照最佳频率高速地反复施加电流， 以快速反复开启 / 关闭比例控制 电磁阀 40。换言之， 按照对比例。
35、控制电磁阀 40 的线圈 47 的电流施加的开 / 关反复， 可以 重复柱塞 48 的上升和下降， 并且可以重复节流孔 43 的相对开关。通过控制比例控制电磁 说 明 书 CN 102820477 A 9 7/8 页 10 阀 40 的施加电流以最佳频率打开 / 关闭， 如波形中所示， 可以脉冲流量控制的形式实现氢 燃料供给， 并且可以一定的时间间隔， 通过喷射泵 16 的喷嘴 26 喷射氢燃料， 以便经燃料电 池堆进口 13 供应给燃料电池堆 30。 0085 同时， 当通过喷射泵 16 的喷嘴 26 喷射氢燃料时， 在喷射泵 16 的再循环氢气进口 28 一侧可产生真空， 从而允许通过再循。
36、环氢气进口 28 吸入从燃料电池堆排出的未反应氢 气， 并连同新的氢气一起再循环到燃料电池堆中。 0086 另一方面， 在燃料电池系统的氢燃料供给控制装置中， 可反复执行比例控制电磁 阀 40 的开 / 关控制， 直到供氢压力达到预定目标压力为止。当供氢压力达到预定目标压力 时， 可将比例控制电磁阀 40 关闭。当供氢压力未达到预定目标压力时， 可使比例控制电磁 阀 40 持续开启一定时间， 以根据供氢的增加而增加喷嘴的进口压力。因此， 如图 3 中所示， 需要查看供氢压力是否已达到目标压力。只有当供氢压力尚未达到目标压力时， 才可对阀 进行脉冲流量控制。即使高速进行阀的开 / 关， 也能够以。
37、低噪声方式实现在低功率区间的 这种控制方法。 0087 具体而言， 当在低功率区间内持续短周期地重复阀的开 / 关时， 柱塞可撞击或冲 击内部阀组件的上部或下部， 从而反复引起噪声。 为了克服该阀组件中的这种局限性， 可代 替开 / 关阀使用比例控制电磁阀， 并可通过脉冲流量控制方法操作该阀。 0088 更具体地， 在根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的氢燃料供给控制装置 中， 对于如上所述的在低功率区间的脉冲流量控制， 可通过如图 6 中所示的峰值和保持方 法施加电流， 并且可控制峰值电流值和施加时间， 以使阀柱塞不到达内部阀组件的顶部， 而 仅到达内部阀组件的顶部以下预定距离的位置。因。
38、此， 阀柱塞可被配置成不撞击阀组件的 上部， 从而避免在低功率区间的噪声。 0089 如此， 可以减小柱塞的移动距离， 从而减小柱塞的下落高度。因此， 可以使由阀片 表面与柱塞之间的碰撞所产生的冲击最小化， 从而降低在阀的下部的噪声。通过连同峰值 电流一起施加保持电流， 可以施加在柱塞的下落期间， 在与柱塞的下落方向相反方向上的 作用力， 从而相对降低柱塞的下降速度， 且因此进一步降低由碰撞引起的噪声。 可在阀片表 面添加由能够吸收噪声的材料构成的噪声吸收部件， 以彻底防止噪声的产生。 0090 在燃料电池系统的氢燃料供给控制装置中， 可在柱塞上升段阻止与阀的上部的接 触， 并且可在柱塞下降段。
39、控制下降速度和下降高度， 从而显著降低由与阀的下部接触所引 起的噪声。 0091 因此， 在燃料电池系统的氢燃料供给控制装置的控制方法中， 通过在低功率区间 使用峰值和保持控制方法控制所施加的电流， 可显著降低噪声。 在这种情况下， 可通过适当 控制关于所施加电流的峰值电流值、 峰值电流施加时间、 保持电流值和保持电流施加时间 这四个参数， 把降噪程度调整为所需水平， 来执行脉冲流量控制。 0092 示例性地， 通过使阀柱塞的移动方向与重力方向一致， 可避免由于磨损引起的耐 用性的降低和噪声的产生， 并且通过在阀柱塞的下端添加噪声吸收部件， 可彻底防止噪声。 0093 图 6 示出执行峰值和保。
40、持控制的具体实例。如图 6 中所示， 在峰值和保持控制中， 可持续一定的峰值电流施加时间 (t1) 施加一定的峰值电流值 (p1)， 随后可持续一定的保 持电流施加时间 (t2) 施加一定的保持电流值 (h1)。在一段时间 (t3) 之后， 按照预定的开 /关周期， 可如上所述重复峰值电流和保持电流的施加。 图6示出通过峰值和保持方法的电 说 明 书 CN 102820477 A 10 8/8 页 11 流控制所控制的比例控制电磁阀的燃料供给 / 吸入流量图和柱塞位置图。 0094 如图 6 的柱塞位置图中所示， 峰值电流被控制成使得柱塞的位置不会到达对应于 100开启的上止点。而且， 可以证。
41、实阀的下降是分阶段进行的， 并且噪声被降低。 0095 另外， 如燃料供给 / 吸入流量图中所示， 即使在低功率区间， 通过周期性地提供一 定水平以上的燃料供给 / 吸入流量， 也改善了氢再循环性能。 0096 高功率下的供氢控制 0097 另一方面， 可通过控制供氢压力和供氢量二者， 执行在比基准功率更高功率下的 供氢控制。可通过比例积分微分控制 (PID) 压力控制来设定供氢压力， 该 PID 压力控制通 过计算供氢目标压力与燃料电池堆进口压力之间的差异来执行控制。 可通过根据设定的供 氢压力调整柱塞的上升和下降高度， 以变化节流孔的横截面面积， 来控制供氢流量。 0098 因此， 通过根。
42、据由 PID 压力控制所设定的供氢压力， 使比例控制电磁阀 40 的柱塞 48 线性上升和下降， 可增大氢气通过的节流孔 43 的横截面面积， 同时可线性增大通过节流 孔 43 从贮氢罐供给的氢气。 0099 同时， 当通过喷射泵 16 的喷嘴 26 持续喷射氢燃料时， 在喷射泵 16 的再循环氢气 进口 28 一侧可产生真空。因此， 可通过再循环氢气进口 28 容易地吸入从燃料电池堆排出 的未反应的氢气， 并可连同新的氢气一起再循环到燃料电池堆中。 因而， 通过利用比例控制 电磁阀的柱塞的线性移动来控制氢气流量， 能够避免噪声， 并且由于通过喷射泵喷射的氢 燃料供给充足， 因此能够容易地实现。
43、氢再循环。 0100 本发明具有下述优点。 0101 根据示例性实施例， 由于在燃料电池系统的低功率运行期间， 通过脉冲流量控制 方法执行燃料供给， 并且使喷射泵(喷射器)的再循环气体的吸入性能最大化， 因此即使在 低功率运行情况下， 也能够确保足够的再循环流量。 例如， 使上述成为可能所需的较低功率 为总输出的 5-30， 优选为总输出的 10-20。而且， 因为由于比例控制阀的特性， 柱塞不 会产生强冲击和压缩气体， 所以不会显著产生噪声。 0102 另外， 由于通过使用阀控制器调节峰值电流和保持电流， 可分阶段地控制阀柱塞 的上升和下降操作， 因此能够显著抑制通常的噪声， 从而提供无声的。
44、驾驶性能。此外， 当在 高功率区间控制供氢时， 通过计算供氢目标压力与燃料电池堆进口压力之间的差异， 来执 行阀比例控制 ( 例如， PID 压力控制 )。在这种情况下， 能够供给燃料电池堆所必需的氢气 量， 并且能够使喷射泵显示最佳性能地运行。因而， 能够获得足够的再循环氢气的吸入流 量。 0103 因此， 在燃料电池系统的供氢控制装置及其控制方法中， 通过把比例控制电磁阀 连接于喷射泵， 并根据基准输出控制比例控制电磁阀， 能够实现高效的氢再循环系统， 而不 需要诸如鼓风机或多个喷射泵等的附加组件。 0104 已参照其优选实施例详细说明了本发明。 然而， 本领域技术人员将会理解的是， 可 。
45、在这些实施例中做出变化， 而不脱离本发明的原理和精神， 本发明的范围限定在所附权利 要求及其等效形式中。 说 明 书 CN 102820477 A 11 1/7 页 12 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102820477 A 12 2/7 页 13 图 3 说 明 书 附 图 CN 102820477 A 13 3/7 页 14 图 4 说 明 书 附 图 CN 102820477 A 14 4/7 页 15 图 5 说 明 书 附 图 CN 102820477 A 15 5/7 页 16 图 6 说 明 书 附 图 CN 102820477 A 16 6/7 页 17 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 102820477 A 17 7/7 页 18 图 9A 图 9B 说 明 书 附 图 CN 102820477 A 18 。