用于发电的燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法

技术领域

本公开涉及一种燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。更准确地，本公开涉及一种用于发电的燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法以下述方式提高下次启动性(next-time startability)。在诸如用于发电的燃料电池系统的大型燃料电池系统的操作结束之后，需要除去残留在大型燃料电池系统内部的氢、空气、生成水等。为此，当需要操作空气压缩机时，选择一个燃料电池模块作为电源模块，通过电源模块来操作空气压缩机。因此，提高了燃料电池堆的耐久性，同时确保了重新启动大型燃料电池系统所需的恒定发电量。

背景技术

向燃料电池供应作为燃料的氢和空气中的氧，并且燃料电池产生由氢和氧之间的电化学反应产生的电能。该燃料电池不仅可以用于供应工业用、家庭用和车辆用的电力，而且可以供应小型电气/电子产品和便携式装置用的电力。

例如，在包括高功率密度的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)中，作为主要构成部件的膜电极组件(MEA)位于最内部。膜电极组件包括固体聚合物电解质膜、阴极(cathode)和阳极(anode)。固体聚合物电解质膜被配置为传输氢离子。阴极和阳极分别是固体聚合物电解质膜的相对表面上的电极层。催化剂被涂覆到电极层。

燃料电池可以向建筑物等供应工业用或家庭用的电力。燃料电池可以安装在车辆中以供应用于驱动车辆的电力。需要包括多个燃料电池堆的大型燃料电池系统来制造用于发电的燃料电池。用于发电的燃料电池安装在建筑物等中并且产生大量电力。

用于发电的燃料电池系统包括多个燃料电池模块。每个燃料电池模块包括燃料电池堆、空气压缩机、辅助电池等。燃料电池堆中通过电化学反应产生电能。空气压缩机启动燃料电池堆。辅助电池被配置为驱动空气压缩机。

当燃料电池系统被驱动时，氢和氧在燃料电池内部发生反应，从而生成水。此时，水(生成水)减小催化剂层的活化表面积并导致电极反应损失。此外，水增加材料传输的阻力并导致电压下降。因此，存在燃料电池的性能降低的问题。

因此，燃料电池系统需要频繁地排放在燃料电池系统操作期间生成的水，以防止生成水过度积聚的溢流现象。

因此，在燃料电池系统操作期间，出现操作空气压缩机以从燃料电池内部排放残留的生成水并且结束(关闭)燃料电池系统的操作的情况。此时，空气压缩机通过利用燃料电池堆的输出而操作。

通常，在如冬季大气温度较低的环境中，当关闭燃料电池系统时，内部残留的生成水结冰的现象频繁地发生。当燃料电池内部结冰时，氢/氧的流动路径或扩散层被阻塞，因此供燃料电池操作的氢/氧难以平稳地供应。因此，难以发生正常的电化学反应。因此，燃料电池的性能降低。另外，当在从结束燃料电池系统的操作的时间起经过预定时间段之后重新启动燃料电池系统时(当需要提高下次启动性时)，存在无法正常启动燃料电池系统的问题。

因此，为了在冬季更可靠地除去燃料电池内部残留的生成水，需要在关闭燃料电池模块时附加地操作空气压缩机(以执行附加排放)。

当执行附加排放时，燃料电池模块处于关闭状态。因此，空气压缩机通过利用辅助电池的输出来驱动。因此，当辅助电池放电时或当重新启动燃料电池堆时，会出现无法确保足够的所需输出的问题。

本公开的该背景技术部分中包含的信息仅用于增强对本公开的一般背景的理解，不可视为对这些信息构成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。

发明内容

本公开的各方面旨在提供一种用于发电的燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法以下述方式提高下次启动性。在诸如用于发电的燃料电池系统的大型燃料电池系统的操作结束之后，需要除去残留在大型燃料电池系统内部的氢、空气、生成水等。为此，当需要操作空气压缩机时，选择一个燃料电池模块作为电源模块，通过电源模块来操作空气压缩机。因此，提高了燃料电池堆的耐久性，同时确保了重新启动大型燃料电池系统所需的恒定发电量。

根据本公开的各方面，提供一种用于发电的燃料电池系统，该系统包括：多个燃料电池模块，各自包括燃料电池堆、空气压缩机和辅助电池；以及系统控制器，被配置为当关闭至少一个燃料电池模块时并且当需要操作空气压缩机时，在燃料电池模块中选择至少一个燃料电池模块作为电源模块，并且通过电源模块来操作关闭的至少一个燃料电池模块的空气压缩机。

在燃料电池系统中，当关闭至少一个燃料电池模块时并且当不需要操作空气压缩机时，系统控制器可以通过燃料电池模块的操作来对辅助电池进行充电并且可以关闭辅助电池。

在燃料电池系统中，当关闭至少一个燃料电池模块时并且当需要操作空气压缩机时，系统控制器可以对辅助电池进行放电并且可以关闭辅助电池。

在燃料电池系统中，当关闭至少一个燃料电池模块时并且当需要附加排放时，系统控制器可以选择燃料电池模块作为电源模块。

在燃料电池系统中，系统控制器可以在所有燃料电池模块中选择具有由外部空气温度检测器提供的最高值的燃料电池模块作为电源模块。

在燃料电池系统中，系统控制器被配置为在所有燃料电池模块中选择辅助电池具有最高充电状态的燃料电池模块作为电源模块。

在燃料电池系统中，系统控制器可以在对燃料电池模块执行附加排放的同时使电源模块对辅助电池进行充电，并且可以在附加排放的执行完成的时间点中断辅助电池的充电。

在燃料电池系统中，系统控制器可以在对需要执行附加排放的所有燃料电池模块的附加排放的执行完成之后关闭电源模块。

根据本公开的各方面，提供一种燃料电池系统的控制方法，该方法包括：当关闭燃料电池模块时，通过系统控制器判断是否需要操作空气压缩机；通过系统控制器选择至少一个燃料电池模块作为电源模块；以及通过系统控制器通过电源模块来操作关闭的至少一个燃料电池模块的空气压缩机。

在该方法中，在判断是否需要操作空气压缩机时，可以预测操作燃料电池模块中的每一个的空气压缩机所需的时间，并且可以将预测的时间与预定的估计时间进行比较。

该方法可以进一步包括：当需要操作空气压缩机时，通过消耗辅助电池的输出来对辅助电池进行放电，其中，在选择至少一个燃料电池模块作为电源模块之前执行辅助电池的放电。

在该方法中，在选择至少一个燃料电池模块作为电源模块时，可以在所有燃料电池模块中选择具有由外部空气温度检测器提供的最高值的燃料电池模块作为电源模块。

在该方法中，当两个以上的燃料电池模块具有由外部空气温度检测器提供的最高值时，可以在所有燃料电池模块中选择辅助电池具有最高充电状态的燃料电池模块作为电源模块。

在该方法中，通过电源模块来操作关闭的至少一个燃料电池模块的空气压缩机可以包括：在关闭需要操作空气压缩机的燃料电池模块之后执行附加排放；以及在对燃料电池模块执行附加排放的同时，通过电源模块来对辅助电池进行充电。

该方法可以进一步包括：在对所有燃料电池模块的附加排放的执行完成之后关闭电源模块。

根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统被配置为以下述方式提高下次启动性。在诸如用于发电的燃料电池系统的大型燃料电池系统的操作结束之后，需要除去残留在大型燃料电池系统内部的氢、空气、生成水等。为此，当需要操作空气压缩机时，选择一个燃料电池模块作为电源模块，通过电源模块来操作空气压缩机。因此，提高了燃料电池堆的耐久性，同时确保了重新启动大型燃料电池系统所需的恒定发电量。

本公开的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将从一起用于解释本公开的某些原理的并入本文的附图和以下具体实施方式中显而易见或在附图和具体实施方式中更详细地阐述。

附图说明

图1是示例性地示出根据本公开的各种示例性实施例的用于发电的燃料电池系统中的一个燃料电池模块的视图；

图2是示例性地示出根据本公开的各种示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的视图；以及

图3是根据本公开的各种示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的控制方法的流程图。

可以理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现了说明本公开的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。如本文所包括的本公开的包括例如具体尺寸、取向、位置和形状的具体设计特征将部分地由特别预期的应用和使用环境确定。

在附图中，附图标记在附图的多个图中指代本公开的相同或等同部分。

具体实施方式

现在将详细参照本公开的各种实施例，本公开的各种实施例的示例在附图中示出并在下面描述。尽管将结合本公开的示例性实施例来描述本公开，但是将理解的是，本描述并不旨在将本公开限制于本公开的那些示例性实施例。另一方面，本公开旨在不仅涵盖本公开的示例性实施例，而且涵盖可以包括在如所附权利要求书所限定的本公开的思想和范围内的各种替代形式、修改形式、等同形式和其它实施例。

除非另有说明，否则当在整个示例性实施例中使用时，表述“系统或方法包括构成元件”表示系统或方法包括构成元件并且可以进一步包括任何其它构成元件而不可排除任何其它构成元件。

为了公开，下面将参照附图在配置和操作原理方面详细描述本公开的各种实施例。

图1是示例性地示出根据本公开的各种示例性实施例的用于发电的燃料电池系统中的一个燃料电池模块100的视图。图2是示例性地示出根据本公开的各种示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的视图。

参照图1和图2，根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统包括多个燃料电池模块100、100'和100”以及系统控制器200。多个燃料电池模块100、100'、和100”各自包括燃料电池堆110、空气压缩机120和辅助电池130。当关闭燃料电池模块100、100'或100”时并且当需要操作空气压缩机120时，系统控制器200选择至少一个剩余燃料电池模块作为电源模块，并且通过选择的电源模块来操作关闭的燃料电池模块的空气压缩机120。

根据本公开的各种示例性实施例的控制器可以通过非易失性存储器和处理器来实现。非易失性存储器被配置为存储关于为控制车辆的各种部件的操作而生成的算法或用于执行算法的软件命令的数据。处理器被配置为利用存储在非易失性存储器中的数据来执行下述操作。此处的存储器和处理器可以实现为单独的芯片。或者，存储器和处理器可以实现为单个集成芯片。处理器可以是一个或多个处理器的组合。

根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统包括燃料电池模块100、100'和100”以及系统控制器200。燃料电池模块100、100'和100”各自包括在内部通过电化学反应产生电能的燃料电池堆110、启动燃料电池堆110的空气压缩机120、用于驱动空气压缩机120的辅助电池130、FDC 140等。系统控制器200控制多个燃料电池模块100、100'和100”。

多个燃料电池模块100、100'和100”具有相同的配置。第二燃料电池模块100'和第三燃料电池模块100”的术语在图2中示出，以仅用于对多个燃料电池模块100、100'和100”进行区分。根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统不应被理解为简单地配置为仅包括三个燃料电池模块。

首先描述用于发电的燃料电池系统的操作方法以帮助理解本公开。当启动用于发电的燃料电池系统时，通过利用辅助电池130的输出来驱动空气压缩机120，从而启动燃料电池堆110。此时，通常，当前使用12V电池作为辅助电池130。为了启动燃料电池堆110，辅助电池130的电压需要通过双向DC-DC转换器(BLDC)131升压。

即，空气压缩机120通过利用由双向DC-DC转换器131升压的辅助电池130的输出来驱动。因此，在图1中，辅助电池130和双向DC-DC转换器131都被示出。

当正常启动燃料电池堆110时，燃料电池的操作可以产生电能并且可以供应工业用或家庭用的电力。此外，为了启动燃料电池堆110而消耗电力的辅助电池130通过利用燃料电池堆110的输出来充电，因而获得在停止之后重新启动燃料电池堆110所需的辅助电池130的输出。

在燃料电池操作期间，根据电化学反应生成的水(被称为生成水)积聚在燃料电池堆110内部。当发生生成水过度积聚的溢流现象时，燃料电池的性能降低。因此，需要操作空气压缩机120以除去积聚的生成水。在这种情况下，空气压缩机120通过利用燃料电池堆110的输出来操作。

燃料电池中的水被配置为用于传输氢离子的介质。为此，需要适量的水来操作燃料电池。即，生成水过少的干涸现象的发生对燃料电池堆110的耐久性产生不利影响，例如，发生燃料电池堆110的劣化。

因此，当通过操作空气压缩机120而过度除去生成水时，燃料电池堆110可能由于干涸现象而劣化。为了防止该劣化，可能需要暂时停止或结束(关闭)燃料电池的操作。

为了结束燃料电池的操作，依次执行以下操作。首先，通过利用燃料电池堆110的输出使空气压缩机120操作(一般关闭)。并且，利用辅助电池130的输出来断开主继电器并停止燃料电池堆110。然后，空气压缩机120通过利用辅助电池130的输出而附加地操作(附加排放)。

此处的附加排放是在低温条件下，例如在冬季附加地执行的操作，以防止在结束燃料电池的操作之后残留的生成水结冰。因此，当预计残留的生成水不会结冰时，可以不执行附加排放。

为了描述，在需要执行附加排放的环境中，在低温条件下比附加排放早地执行一般关闭。因此，为了描述，一般关闭在下文中被定义为冷关闭(CSD)。

即，CSD可以被理解为表示当在冬季操作燃料电池堆110时通过利用燃料电池堆110的输出来操作空气压缩机120。附加排放可以被理解为表示在冬季停止燃料电池堆110的操作之后通过利用辅助电池130的输出来操作空气压缩机120。因此，当执行附加排放时，辅助电池130的充电状态(SOC)值降低。

此外，为了帮助理解本公开，需要操作空气压缩机120的情况在下文中可以被理解为包括需要一般关闭的情况和需要CSD的情况，但不包括需要附加排放的情况。

即，需要操作空气压缩机120的情况和需要附加排放的情况可以被理解为彼此区分。

现在，描述主继电器的断开。当结束燃料电池的操作时，由于高压继电器的触点之间产生电弧，两个触点彼此接触，因而可能发生继电器的接通和断开不受控制的状态。通常，该状态表现为主继电器的融合。当主继电器中发生融合时，虽然结束操作，但也可能会出现安全问题，例如，当重新执行操作时，由于外露的高压会导致用户触电。

因此，当结束燃料电池的操作时，需要主继电器返回断开状态以防止主继电器的融合。此时，对于主继电器的断开，利用由双向DC-DC转换器131升压的辅助电池130的输出。因此，与执行附加排放时一样，辅助电池130的SOC值降低。

根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200单独控制多个燃料电池模块100、100'和100”。在操作燃料电池系统期间，当需要操作空气压缩机120并需要关闭燃料电池时，系统控制器200执行需要关闭的燃料电池模块100、100'或100”的一般关闭或CSD。

当执行CSD时，相应地，系统控制器200选择燃料电池模块100、100'或100”作为电源模块，操作电源模块的燃料电池堆110，并操作关闭的燃料电池模块100、100'或100”的空气压缩机120。作为参考，此时，关闭的燃料电池模块100、100'或100”的空气压缩机120的操作表示对关闭的燃料电池模块100、100'或100”执行附加排放。

如上所述，附加排放表示利用辅助电池130代替燃料电池堆110来驱动空气压缩机120。因此，关闭的燃料电池模块100、100'或100”的空气压缩机120利用电源模块的燃料电池堆110的输出代替关闭的燃料电池模块100、100'或100”的辅助电池130的输出来操作。因此，对关闭的燃料电池模块100、100'或100”执行附加排放。

因此，尽管关闭多个燃料电池模块100、100'和100”中的一个，但是可以稳定地执行附加排放。尽管执行附加排放，但可以实现辅助电池130保持足够高的SOC以重新启动用于发电的燃料电池系统的效果。

为了公开，将参照附图在配置和操作原理方面更详细地描述本公开。

当关闭多个燃料电池模块100、100'和100”中的一个时并且当不需要操作空气压缩机120时，根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200可以通过剩余燃料电池模块的操作来对辅助电池130进行充电并且可以关闭辅助电池130。

该情况可以被理解为当既不需要一般关闭也不需要CSD时根据用户的需要提出停止燃料电池系统的请求并且因此执行一般关闭的情况。

当既不需要一般关闭也不需要CSD时，生成水在燃料电池堆110内部保持适当。因此，燃料电池稳定地操作。因此，不需要系统控制器200进行单独控制。

然而，当根据用户的需要提出停止燃料电池系统的请求时，由于主继电器的断开而降低的辅助电池的SOC值需要恢复到先前状态。主继电器的断开必定会在停止燃料电池系统之后执行。为了返回到先前SOC，通过操作燃料电池模块100、100'和100”中的每一个的燃料电池堆110来对辅助电池130进行充分充电，然后停止(一般关闭)燃料电池系统。

作为参考，此时，所有燃料电池模块100、100'和100”的双向DC-DC转换器131总是以降压模式操作。因此，利用从燃料电池堆110输出的电力对辅助电池130进行充电。

因此，尽管执行一般关闭，但燃料电池模块100、100'和100”中的每一个的辅助电池130可以保持足够高的SOC。因此，当重新启动用于发电的燃料电池系统时，可以提高下次启动性。

当关闭多个燃料电池模块100、100'和100”中的一个时并且当需要操作空气压缩机120时，根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200可以对辅助电池130进行放电，然后关闭辅助电池130。

这种情况是需要CSD的情况，并且可以被理解为根据用户的需要提出停止燃料电池系统的请求的情况。当需要CSD时，不仅需要断开主继电器，而且需要执行附加排放。因此，辅助电池130的SOC值在执行CSD时比在执行一般关闭时降低得更多。因此，频繁地发生放电。

因此，根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200执行控制，使最初提供辅助电池130的输出作为用于发电的商业目的的输出，因此辅助电池130放电。因此，系统控制器200执行控制，使得在稍后的时间利用电源模块对放电的辅助电池130进行充电。因此，用户可以在燃料电池系统操作期间同时利用燃料电池堆110的输出和辅助电池130的输出。

现有技术中用于发电的燃料电池系统在燃料电池系统操作期间通过燃料电池的输出对辅助电池130进行充电。因此，用户不能利用燃料电池的最大输出。根据本公开的示例性实施例，可以改善该缺点。

通常，在用于发电的燃料电池系统中，双向DC-DC转换器131总是以降压模式操作。相比之下，在根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统操作期间，所有燃料电池模块的双向DC-DC转换器131总是以升压模式操作。因此，从燃料电池堆110输出的电力被消耗，增加了操作输出。

当关闭多个燃料电池模块100、100'和100”中的一个时并且当需要附加排放时，根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200可以选择电源模块。

该情况与上述情况一样，是需要CSD的情况，并且可以被理解为根据用户的需要提出停止燃料电池系统的请求的情况。即，当需要CSD时，需要执行附加排放，因此辅助电池130的SOC值降低。因此，辅助电池130放电的可能性由于辅助电池130的降低的SOC而增加。

因此，根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200执行选择燃料电池模块作为电源模块的控制，使得在稍后的时间利用电源模块对SOC降低或放电的辅助电池130进行充电。

因此，尽管执行CSD和附加排放，但燃料电池模块100、100'和100”中的每一个的辅助电池130可以保持足够的SOC。因此，当重新启动用于发电的燃料电池系统时，可以提高下次启动性。

此时，根据以下将详细说明的两个基准，可以在多个燃料电池模块100、100'和100”中选择一个燃料电池模块作为电源模块。

根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200可以在多个燃料电池模块100、100'和100”中选择具有由外部空气温度检测器提供的最高值的燃料电池模块作为电源模块。

当燃料电池操作时，燃料电池堆110的温度由于燃料电池堆110内的氢和氧之间的电化学反应产生的热而升高。当燃料电池堆110的温度升高到预定高温以上时，由于燃料电池的性能降低或燃料电池堆110的劣化，会出现燃料电池堆110的耐久性降低的问题。

因此，通常，在燃料电池操作期间使冷却剂等朝向燃料电池堆110的外部流动。因此，防止燃料电池堆110不时地被加热到预定高温以上。

然而，需要CSD的情况主要对应于燃料电池外部的外部空气的温度如在冬季那样低的情况。因此，尽管燃料电池堆110的温度由于燃料电池的操作而升高，但是外部空气的低温使得燃料电池堆110的温度难以升高到预定温度以上。相反，随着燃料电池的性能降低，由于燃料电池的操作而产生的热量也会降低。因此，燃料电池堆110的温度逐渐下降。

因此，从燃料电池的当前特性，可以理解的是，当如在冬季需要CSD时，在多个燃料电池模块100、100'和100”中，具有由外部空气温度检测器提供的最高值的燃料电池模块利用最稳定性能产生电能。

即，在多个燃料电池模块100、100'和100”中选择在需要关闭燃料电池系统的时间点产生最稳定输出的燃料电池模块作为电源模块。因此，可以操作电源模块直到系统控制器200的系统控制即将结束。

因此，电源模块对所有燃料电池模块100、100'和100”的辅助电池130进行充电，然后系统控制结束。因此，当重新启动用于发电的燃料电池系统时，可以提高下次启动性。

根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200可以在所有燃料电池模块100、100'和100”中选择辅助电池130具有最高充电状态的燃料电池模块作为电源模块。

如上所述，电源模块被配置为对包括被选择作为电源模块的燃料电池模块的所有燃料电池模块100、100'和100”的辅助电池130进行充电。即，电源模块对除了被选择作为电源模块的燃料电池模块之外的燃料电池模块的辅助电池130进行充电，同时对被选择作为电源模块的燃料电池模块自身的辅助电池130进行充电。

电源模块自身的辅助电池130的SOC值越高，关闭电源模块所花费的时间缩短得越多。此时，在除了被选择作为电源模块的燃料电池模块之外的燃料电池模块的辅助电池130完成充电之后，关闭电源模块。因此，需要选择辅助电池130具有最高SOC的燃料电池模块作为电源模块。

作为参考，如上所述根据辅助电池130的SOC值选择燃料电池模块作为电源模块的选择基准适用于在所有燃料电池模块100、100'和100”中两个以上的燃料电池模块具有由外部空气温度检测器提供的最高值的情况。

根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200可以在对燃料电池模块执行附加排放的同时使电源模块对辅助电池130进行充电，并且可以在附加排放的执行完成的时间点停止辅助电池130的充电。

如上所述，电源模块被配置为对包括被选择作为电源模块的燃料电池模块的所有燃料电池模块的辅助电池130进行充电。此时，仅在对需要执行附加排放的燃料电池模块执行附加排放时通过电源模块对辅助电池130进行充电。辅助电池130的充电在附加排放的执行完成的时间点结束。

即，虽然辅助电池130在附加排放的执行完成的时间点没有被充电到容量的100％，但是电源模块对辅助电池130的充电结束。这样的原因是因为所有燃料电池模块100、100'和100”的辅助电池130中的每一个只需要保持足够高的SOC以执行重新启动。辅助电池130通过电源模块进行充电的原因是为了确保用于发电的燃料电池系统的下次启动性。

此外，当在重新启动之后的燃料电池系统的操作期间再次需要燃料电池模块的CSD时，系统控制器200对所有燃料电池模块100、100'和100”的辅助电池130进行放电，然后在一个燃料电池模块被选择作为电源模块之后对所有燃料电池模块100、100'和100”的辅助电池130进行充电。因此，将所有辅助电池130保持充电到容量的100％是低效的。

因此，根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200使电源模块仅在对燃料电池模块执行附加排放的同时才对辅助电池130进行充电并且在附加排放的执行完成的时间点停止辅助电池130的充电。因此，可以实现更有效地确保用于发电的燃料电池系统的下次启动性的效果。

根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200可以在对需要执行附加排放的所有燃料电池模块100、100'和100”的附加排放的执行完成之后关闭电源模块。

电源模块需要对所有燃料电池模块100、100'和100”的辅助电池130进行充电，直到对需要执行附加排放的燃料电池模块的附加排放的执行完成。因此，辅助电池130的充电直到对需要执行附加排放的所有燃料电池模块100、100'和100”的附加排放的执行完成之前不会中断。

即，电源模块自身被设置为在除了被选择作为电源模块的燃料电池模块之外的燃料电池模块关闭之后关闭。

因此，根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的系统控制器200在对需要执行附加排放的所有燃料电池模块100、100'和100”的附加排放的执行完成之后关闭电源模块。因此，可以实现确保用于发电的燃料电池系统的下次启动性并且同时稳定地停止燃料电池系统的效果。

图3是示出根据本公开的各种示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的控制方法的流程图。

参照图3，根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的控制方法包括：当关闭燃料电池模块100、100'或100”时，通过系统控制器200判断是否需要操作空气压缩机120的步骤S100和S110；选择至少一个剩余燃料电池模块作为电源模块的步骤S220；以及通过电源模块来操作关闭的燃料电池模块的空气压缩机120的步骤。

在判断是否需要操作空气压缩机120的步骤S100和S110中，在燃料电池系统操作期间检查燃料电池模块100、100'和100”中的每一个的状态。当多个燃料电池模块100、100'和100”都不需要一般关闭和CSD时，判断是否因根据用户的需要提出停止燃料电池系统的请求而执行一般关闭。或者，当多个燃料电池模块100、100'和100”中的任一个需要CSD时，判断是否因根据用户的需要提出停止燃料电池系统的请求而执行CSD(S210)。

在判断是否需要操作空气压缩机120的步骤S100和S110中，可以预测操作燃料电池模块100、100'和100”中的每一个的空气压缩机120所需的时间(步骤S100)，并且可以将预测的时间与预定的估计时间进行比较。

即，在燃料电池系统操作期间，系统控制器200检查所有燃料电池模块100、100'和100”中的每一个的燃料电池堆110内部积聚的生成水的量，预测所有燃料电池模块100、100'和100”中的每一个操作空气压缩机120以除去积聚的生成水所花费的时间，并且通过将预测的时间与对应于预测的时间的预定的估计时间进行比较来判断是否存在需要CSD的燃料电池模块(S110)。

此时，所有燃料电池模块100、100'和100”中的每一个操作空气压缩机120所花费的时间可以根据所有燃料电池模块100、100'和100”中的每一个的外部空气温度检测器的值来预测，并且与所有燃料电池模块100、100'和100”中的每一个的外部空气温度检测器的值对应的预定的估计时间可以作为通过多次实验获得的数据值(例如，当外部空气的温度低于-20℃时为25秒)存储在系统控制器200的存储器中。

当作为将预测的时间与估计时间进行比较的结果不存在需要CSD的燃料电池模块时，系统控制器200执行一般操作而不执行单独控制，并且直到根据用户的需要提出停止燃料电池系统的请求，连续判断是否需要操作所有燃料电池模块100、100'和100”中的每一个的空气压缩机120。当根据用户的需要提出停止燃料电池系统的请求时，系统控制器200停止燃料电池系统。

关于存在需要CSD的燃料电池模块的情况，以下为公开而详细描述根据本公开的各种示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的控制方法的步骤。

根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的控制方法可以进一步包括：当需要操作空气压缩机120时，通过消耗辅助电池130的输出来对辅助电池130进行放电的步骤S200。在选择至少一个燃料电池模块作为电源模块的步骤S220之前执行步骤S200。

如上所述，这样的原因是因为当需要CSD时，不仅需要关闭主继电器，而且需要执行附加排放。因此，辅助电池130的SOC值比执行一般关闭时降低得更多。此外，在某些情况下，辅助电池130放电的可能性增加。

因此，在根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的控制方法中，最初提供辅助电池130的输出作为用于发电的商业目的的输出，因此辅助电池130放电。然后，选择一个燃料电池模块作为电源模块，并且通过电源模块对放电的辅助电池130进行充电。

因此，在燃料电池操作期间，可以使用燃料电池的最大输出。相应地，在现有技术中用于发电的燃料电池系统操作期间，双向DC-DC转换器131总是以降压模式操作。因此，可以克服用户无法使用燃料电池的最大输出的缺点。

在选择至少一个燃料电池模块作为电源模块的步骤S220中，可以在所有燃料电池模块100、100'和100”中选择具有由外部空气温度检测器提供的最高值的燃料电池模块作为电源模块。

如上所述，这样的原因是因为从燃料电池的特性，可以理解的是，当如在冬季需要CSD时，具有由外部空气温度检测器提供的最高值的燃料电池模块利用最稳定性能产生电能。因此，在所有燃料电池模块100、100'和100”中，在需要关闭燃料电池系统的时间点产生最稳定输出的燃料电池模块被选择作为电源模块。因此，可以操作电源模块直到系统控制器200的系统控制即将结束。

当两个以上的燃料电池模块具有由外部空气温度检测器提供的最高值时，可以选择辅助电池130具有最高充电状态的燃料电池模块作为电源模块。

如上所述，这样的原因是因为电源模块自身的辅助电池130的SOC值越高，关闭电源模块所花费的时间缩短得越多。此时，在除了被选择作为电源模块的燃料电池模块之外的燃料电池模块的辅助电池130完成充电之后，关闭电源模块。

作为参考，如上所述根据辅助电池130的SOC值选择燃料电池模块作为电源模块的选择基准适用于在所有燃料电池模块100、100'和100”中两个以上的燃料电池模块具有由外部空气温度检测器提供的最高值的情况。

通过电源模块来操作关闭的燃料电池模块的空气压缩机120的步骤可以包括：在关闭需要操作空气压缩机120的燃料电池模块之后执行附加排放的步骤S320和S330；以及在对燃料电池模块执行附加排放的同时通过电源模块来对辅助电池130进行充电的步骤S410。

如上所述，这样的原因是因为电源模块对所有燃料电池模块100、100'和100”的辅助电池130中的每一个进行充电以仅保持预定的足以执行重新启动的SOC。此外，由于当在重新启动之后的燃料电池系统的操作期间再次执行燃料电池模块的CSD时对辅助电池130进行放电，因此将所有辅助电池130保持充电到容量的100％是低效的。

判断是否需要对所有燃料电池模块100、100'和100”中的每一个执行附加排放(S300)。当存在需要执行附加排放的燃料电池模块时，执行该燃料电池模块的CSD(S310)。因此，停止燃料电池堆110的操作(S320)，并且执行附加排放(S330)。当不存在需要执行附加排放的燃料电池模块时，附加地判断该燃料电池模块是否是电源模块(S400)。当该燃料电池模块对应于电源模块时，通过电源模块对辅助电池130进行充电(S410)。当该燃料电池模块不对应于电源模块时，该燃料电池模块的燃料电池堆110立即停止(S500)。

根据本公开的示例性实施例的用于发电的燃料电池系统的控制方法可以进一步包括：在对所有燃料电池模块100、100'和100”的附加排放的执行完成之后关闭电源模块的步骤S420和S430。

如上所述，这样的原因是因为电源模块需要对所有燃料电池模块100、100'和100”的辅助电池进行充电，直到对需要执行附加排放的燃料电池模块的附加排放的执行完成。因此，辅助电池130的充电直到对需要执行附加排放的所有燃料电池模块100、100'和100”的附加排放的执行完成之前不会中断。

在通过电源模块对辅助电池130进行充电时，判断对需要执行附加排放的燃料电池模块的附加排放的执行是否完成(S420)，并且在对需要执行附加排放的所有燃料电池模块100、100'和100”的附加排放的执行完成之后，关闭电源模块(S430)。

即，在除了被选择作为电源模块的燃料电池模块之外的所有燃料电池模块关闭之后，电源模块自身关闭。因此，不仅可以确保用于发电的燃料电池系统的下次启动性，而且可以稳定停止燃料电池系统。

在本公开的各种示例性实施例中，控制装置可以以硬件或软件的形式实现，或者可以以硬件和软件的组合来实现。

此外，说明书中包括的诸如“单元”、“模块”等术语表示用于处理至少一个功能或操作的单元，该单元可以通过硬件、软件或其组合来实现。

为了方便解释和所附权利要求书中的准确限定，参照在图中示出的示例性实施例的特征的位置，利用术语“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后面”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内”、“外”、“之内”、“之外”、“向前”和“向后”来描述这些特征。将进一步理解的是，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。

为了说明和描述的目的，给出了本公开的特定示例性实施例的前述描述。这些描述并非旨在穷举本公开或将本公开限制为所公开的精确形式，并且显然，根据以上教导，许多修改和变型是可能的。选择和描述示例性实施例以解释本公开的某些原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够实施和利用本公开的各种示例性实施例及其各种替代形式和修改形式。本公开的范围旨在由所附权利要求书及其等同内容来限定。