用于FCS排出和排放的阳极集管排放阀的智能使用的智能燃料电池系统和控制逻辑的制作方法

用于fcs排出和排放的阳极集管排放阀的智能使用的智能燃料电池系统和控制逻辑
技术领域
1.本公开总体上涉及用于将富氢燃料转化为电能的电化学燃料电池系统。更具体地，本公开的各方面涉及用于从燃料电池堆的部分去除过量水的主动阀系统。


背景技术：

2.当前生产的机动车辆、诸如现代汽车最初配备了操作成用于推进车辆并为车辆的车载电子设备提供动力的动力传动系。例如，在汽车应用中，车辆动力传动系通常以原动机为代表，该原动机通过自动或手动换档的动力传输将驱动扭矩传递到车辆的最终驱动系统（例如差速器、车轴、角模块、车轮等）。汽车历来由往复活塞式内燃发动机（ice）组件提供动力，因为它易于使用且成本相对低廉、重量轻且整体效率高。作为一些非限制性示例，这样的发动机包括压缩点火（ci）柴油发动机、火花点火（si）汽油发动机、二冲程、四冲程和六冲程架构以及旋转式发动机。另一方面，混合动力电动和全电动车辆（统称为“电动车辆”）利用替代动力源来推进车辆，并且因此最小化或消除对基于化石燃料的发动机的牵引动力的依赖。
3.混合动力电动和全电动动力传动系采用各种架构，其中一些利用燃料电池系统为一个或多个电力牵引马达提供必要的动力。燃料电池是一种电化学装置，通常由接收氢气（h2）的阳极、接收氧气（o2）的阴极和介于阳极和阴极之间的电解质组成。引发电化学反应以在阳极处氧化氢分子以产生自由质子（h+），然后将该质子转移通过电解质以供在阴极处用氧化剂（诸如氧气）进行还原。特别地，氢气在阳极催化剂层中的氧化半电池反应中被催化分解以产生自由氢质子和电子。这些氢质子通过电解质到达阴极，在那里氢质子与阴极中的氧和电子发生反应，从而形成各种堆副产物。然而，来自阳极的电子不能通过电解质；这些电子通过负载重新定向，诸如车辆的牵引马达或需要高压（hv）发电的非车辆负载，然后再发送到阴极。
4.汽车应用中常用的燃料电池设计利用固体聚合物电解质膜（pem）（也称为“质子交换膜”）以在阳极和阴极之间提供离子迁移。质子交换膜燃料电池（pemfc）通常采用固体聚合物电解质（spe）质子传导膜，诸如全氟磺酸膜，以在质子的传导之外分离产物气体并提供电极的电绝缘。阳极和阴极通常包括精细分散的催化颗粒，诸如铂，其被支撑在碳颗粒上并与离聚物混合。这种催化混合物沉积在膜的侧面以形成阳极层和阴极层。阳极催化层、阴极催化层和电解质膜的组合限定了膜电极组件（mea），其中阳极催化剂和阴极催化剂被支撑在离子导电固体聚合物膜的相对面上。
5.为了产生为机动车辆供电所需的电力，许多燃料电池被组装成燃料电池堆，以实现更高的输出电压并允许更大的电流消耗。例如，用于汽车的典型燃料电池堆可能具有超过两百个堆叠的燃料电池。这些燃料电池堆接收反应气体作为阴极输入，通常作为计量流的环境空气或由压缩机强制进入堆的浓缩气态氧。在正常操作期间，堆不会消耗可量化的氧气质量；一些剩余的氧气作为阴极废气输出，其中可能包括作为堆副产物的水。燃料电池
堆还接收氢气或富氢反应气体作为流入堆的阳极侧的阳极输入。对于适当的燃料电池堆操作，阳极流动通道内的氢气分布通常保持基本恒定。在一些操作模式中，补充氢气被馈入燃料电池堆，从而使阳极气体均匀分布以实现校准的堆输出负载。此外，燃料电池堆可以以保持mea处于湿润状态的方式操作；供应给燃料电池堆的气体可以被加湿以防止膜组件的干燥和破裂。燃料电池堆产生的排气可能包括水蒸气、液态水、空气、低水平的废氢气和氮气，以及其他痕量元素。


技术实现要素：

6.本文介绍的是具有用于选择性地从燃料电池堆的阳极集管排空水的伴随控制逻辑的智能燃料电池系统（fcs）、制造方法和操作所述系统的方法，以及配备有所述系统的机动车辆。例如，公开了用于智能使用阳极集管排放阀以消除对用于阳极集管排放的倾斜角传感器的依赖的系统和方法。在代表性的燃料电池架构中，有三个主动流体阀端口连接到阳极堆的下游：阳极出口排出（aob）阀、阳极集水槽排放（asd）阀和阳极集管排放（ahd）阀。aob阀可以是常闭电子阀，其流体连接到堆或阳极出口下游的集水槽容积并且可选择性地致动以将氮气从阳极排气装置排出到阴极或排气装置的氧气入口管路。同样地，asd阀可以是常闭电子阀，其流体连接到阳极集水槽容积的下游并且可选择性地致动以将水从集水槽排放到阴极入口或排气出口管路。相反，ahd阀可以是常闭电子阀，其流体连接到阳极排气集管并且可选择性地致动以将积水从集管清除到阴极入口或排气出口管路。
7.在fcs操作期间，系统监测阳极电极内的氢浓度以优化系统效率并避免阳极“缺h
2”。如果检测到的氢浓度低于系统校准的最低h2水平（例如，~75%），则会产生排出请求以从阳极排气装置中排放氮气，直到氢浓度升至最低h2水平以上。现有的燃料电池系统采用专用的阳极排出阀来满足所有排出请求。然而，在代表性的燃料电池架构中，aob阀用于服务于预先限定的最大数量（n
br
）的连续排出请求（x
br
）；对于随后的排出请求（x
br
=n
br
+1），ahd阀被激活以从阳极排气装置中排出氮气，并且伴随排放来自集管的积水。这样做既可以防止水在阳极排气集管中过度积聚，又可以排放足够量的氮气以确保阳极处有足够的氢浓度。通过这种方法，燃料电池系统消除了对用于确定何时排放阳极集管的车载倾斜角传感器的任何依赖。在fcs的最大操作功率下，ahd阀可以代替asd阀满足所有排出请求，例如，以最小化与打开排出阀可能导致的电压骤降相关的功率损失，例如，如果aob阀打开到阴极入口。
8.至少一些所公开构思的附带益处包括智能燃料电池系统架构和控制方案，其通过消除昂贵且不可靠的倾斜角传感器来提高系统效率同时降低系统成本。通过在系统操作期间定期从阳极集管中排放积水，而不是等待fcs倾斜或关闭触发以进行集管吹扫，燃料电池的耐用性得到了提高，而不会影响系统效率。所公开的fcs控制技术还可有助于降低系统复杂性，同时避免用于预测阳极集管中的水量的专用控制逻辑的创建、模拟和构思验证（poc）的时间和费用。其他附带的好处可以包括在燃料电池系统的最大功率操作模式期间，通过消除在最大功率下打开排出阀（例如如果aob阀打开到阴极入口）引起的电压骤降，减轻系统功率损失。
9.本公开的各方面涉及燃料电池控制系统、系统控制逻辑和用于燃料电池系统的选择性排出和排放的闭环反馈控制技术。在示例中，提出了一种用于操作包含燃料电池堆的燃料电池系统的方法，该燃料电池堆具有一个或多个燃料电池，每个燃料电池具有阳极、阴
极和夹在阳极和阴极之间的膜。fcs还包括流体连接到一个或多个阳极的阳极出口端口的阳极出口，以及流体连接到一个或多个阳极的阳极集管。该代表性方法以任何顺序和与任何上述和以下公开的选项和特征的任何组合包括：例如经由本地或远程系统控制器接收指示燃料电池系统当前正在运行的fcs模式信号；在接收到fcs模式信号之后，例如经由系统控制器接收排出请求以从阳极出口中的阳极排气装置中去除废气（例如n2）；例如，响应于接收到排出请求经由系统控制器确定总排出阀使用（tbvu）次数，该总排出阀使用（tbvu）次数等于阳极排出阀完成的用于从阳极排气装置中去除废气的先前排出请求的总和；例如，经由使用本地或远程系统存储设备的系统控制器确定tbvu次数是否小于最大排出阀使用（mbvu）次数；响应于tbvu次数小于mbvu次数，例如经由系统控制器向阳极排出阀传输一个或多个第一命令信号以从阳极排气装置中排出废气；并且响应于tbvu次数不小于mbvu次数，例如经由系统控制器将一个或多个第二命令信号传输到集管排放阀，以从阳极排气装置排出废气并从阳极集管排放水。
10.本公开的各方面还涉及在不使用倾斜传感器的情况下操作ahd阀与aob阀配合以排出阳极排气并排放fcs的阳极集管的计算机可读介质（crm）。在示例中，非暂时性crm存储可由系统控制器的一个或多个处理器、诸如专用燃料电池控制（fcc）模块执行的指令。当由一个或多个处理器执行时，这些指令使系统控制器执行操作，包括：接收指示燃料电池系统正在运行的fcs模式信号；接收排出请求以从阳极出口中的阳极排气装置中去除废气；响应于接收到排出请求，确定总排出阀使用次数，该总排出阀使用次数等于由阳极排出阀完成的用于从阳极排气装置中去除废气的先前排出请求的总和；确定tbvu次数是否小于最大排出阀使用次数；响应于tbvu次数小于mbvu次数，命令阳极排出阀从阳极排气装置中排出废气；并且响应于tbvu次数不小于mbvu次数，命令集管排放阀从阳极排气装置排出废气并从阳极集管排放水。
11.本公开的其他方面涉及配备有燃料电池系统的智能机动车辆，该燃料电池系统具有改进的阳极集管排放能力。如本文所用，术语“车辆”和“机动车辆”可以互换和同义地使用以包括任何相关的车辆平台，诸如乘用车（ice、hev、fev、燃料电池、完全和部分自动驾驶等）、商用车辆、工业车辆、履带式车辆、越野和全地形车辆（atv）、摩托车、农用设备、船舶、飞机等。对于非汽车应用，公开的fcs可实施用于所有逻辑相关用途，包括独立发电站、便携式电源组、备用发电机系统、泵送设备、住宅用途、电动汽车充电站（evcs）等。在示例中，电驱动车辆包括带有乘客舱的车身、安装到车身的多个车轮（例如，经由联接到一体式或车身框架底盘的角模块）和其他标准原始设备。一个或多个电动牵引马达单独操作（例如，用于fev动力传动系），或与发动机组件（例如，用于hev动力传动系）一起操作，以选择性地驱动一个或多个车轮以推进车辆。具有电化学燃料电池堆的燃料电池系统安装在车身上并且可操作以产生用于运行一个或多个牵引马达的电力。
12.继续前面示例的讨论，车辆采用一个或多个专用或共享或中央控制器或控制模块或控制器/模块网络（统称为“控制器”）来支配车辆fcs的操作。控制器被编程以接收确认燃料电池系统当前正在运行的一个或多个fcs模式信号，并且一旦确认，接收一个或多个排出请求以从fcs的阳极出口中的阳极排气装置中去除废气。响应于排出请求的接收，控制器然后确定指示由阳极排出阀完成的先前排出请求的数量的tbvu次数，并且此后确定tbvu次数是否小于mbvu次数。如果是，则控制器响应性地将一个或多个命令信号传送到阳极排出阀
以从阳极排气装置中排出废气。如果tbvu次数不小于mbvu次数，则控制器响应性地将一个或多个命令信号传输到集管排放阀以从阳极排气装置排出废气并从阳极集管排放水。
13.对于任何公开的系统、方法和车辆，阳极排出阀可以选择性地将阳极出口流体联接到阴极入口，该阴极入口连接到阴极入口端口，通过该阴极入口端口将氧气馈入fcs的一个或多个阴极中。在这种情况下，集管排放阀可以选择性地将阳极集管与阴极出口或排气装置联接，该阴极出口或排气装置连接到阴极出口端口，阴极排气通过该阴极出口端口从一个或多个阴极排空。作为又一选项，阳极出口可包括阳极集水槽，其储存从阳极排气装置中提取的水。在这种情况下，阳极排出阀可以连接到阳极集水槽的上部；排出的废气包括在电池堆阳极侧积聚的氮。可连接到阳极集水槽下部的集水槽排出阀可操作以选择性地将阳极集水槽流体连接到阴极入口或排气装置。系统控制器可以选择性地命令集水槽排放阀从阳极集水槽排放水，例如，结合aob阀和/或ahd阀的操作。
14.对于任何公开的系统、方法和车辆，fcs模式信号可以指示燃料电池系统的同时通电。每次燃料电池系统通电时，系统控制器可以响应性地将tbvu次数设置为零。同样的道理，每当集管排放阀从阳极排气装置排出废气并从阳极集管排放水时或在使用ahds阀达预设次数之后，系统控制器可以响应性地将tbvu次数设置为零。作为又一选项，系统控制器可以响应性地在每次阳极排出阀从阳极排气装置中排出废气时将tbvu次数递增1。
15.对于任何公开的系统、方法和车辆，系统控制器可以确定集管排放阀的有效循环时间。该有效循环时间可以包括用于从阳极集管排放水的阶段检测时间（δt1）和用于从阳极排气装置排出废气的排出时间（δt2）。在这种情况下，系统控制器可以确定阶段检测时间是否大于预先限定的倾斜检测阈值；如果是，则系统控制器可以响应性地发送指示燃料电池系统处于fcs倾斜情况的电子通知。作为另一选项，系统控制器可以确定阶段检测时间是否大于预先限定的集管溢出阈值；如果是，则系统控制器可以响应性地递减mbvu次数，例如递减1或更多。有效循环时间可以计算为作为阶段检测时间的函数的可变总持续时间，其可以取决于燃料电池系统的电压输出，或阀气体流量估计，以及排出时间，其可以取决于阳极内检测到的氢浓度。
16.对于任何公开的系统、方法和车辆，接收排出请求可以包括系统控制器从模型估计的阳极h2浓度或从连接到fcs的阳极侧的h2传感器接收指示检测到的阳极内的氢浓度低于预先限定的最低氢水平的数据。一旦fcs达到预先限定的最低氢水平，ahd阀有效循环的第二阶段可能会终止。相比之下，一旦fcs达到系统校准的最小电压输出水平，ahd阀有效循环的第一阶段可能会终止。作为另一选项，fcs模式信号可以通过指示燃料电池系统已开启、正在输出电力和/或正在执行系统管理控制操作来指示燃料电池系统正在运行。
17.以上概述并不旨在代表本公开的每个实施例或每个方面。相反，前述概述仅提供本文阐述的一些新颖构思和特征的范例。当结合附图和所附权利要求考虑时，根据以下示出的用于实施本公开的示例和代表性模式的详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和伴随的优点将变得显而易见。而且，本公开明确地包括上面和下面提出的元件和特征的任何和所有组合和子组合。
18.本发明还包括如下技术方案。
19.技术方案1. 一种操作燃料电池系统（fcs）的方法，所述燃料电池系统包括：具有阳极、阴极和膜的燃料电池，连接到所述阳极的阳极出口端口的阳极出口，以及连接到所述
阳极的阳极集管，所述方法包括：经由系统控制器接收指示所述燃料电池系统正在运行的fcs模式信号；在接收到所述fcs模式信号后，经由所述系统控制器接收排出请求，以从所述阳极出口中的阳极排气装置中去除废气；响应于接收到所述排出请求，经由所述系统控制器确定总排出阀使用（tbvu）次数等于阳极排出阀完成的用于从所述阳极排气装置中去除废气的先前排出请求的总和；经由所述系统控制器使用系统存储设备确定所述tbvu次数是否小于最大排出阀使用（mbvu）次数；响应于所述tbvu次数小于所述mbvu次数，经由所述系统控制器向所述阳极排出阀发送第一命令信号以从所述阳极排气装置中排出废气；以及响应于所述tbvu次数不小于所述mbvu次数，经由所述系统控制器向集管排放阀发送第二命令信号以从所述阳极排气装置中排出废气并从所述阳极集管中排放水。
20.技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述阳极排出阀选择性地将所述阳极出口流体联接到连接到阴极入口端口的阴极入口，通过所述阴极入口端口将氧气馈送到所述阴极中，并且其中，所述集管排出阀选择性地将所述阳极集管流体联接到连接到阴极出口端口的阴极出口，阴极排气通过所述阴极出口端口从所述阴极排空。
21.技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述fcs模式信号进一步指示所述燃料电池系统的同时通电，所述方法进一步包括响应于所述燃料电池系统的同时通电将所述tbvu次数设置为零。
22.技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，进一步包括响应于所述集管排放阀从所述阳极排气装置排出废气并从所述阳极集管排放水而将所述tbvu次数设置为零。
23.技术方案5. 根据技术方案1所述的方法，进一步包括响应于所述阳极排出阀从所述阳极排气装置中排出废气而将所述tbvu次数递增1。
24.技术方案6. 根据技术方案1所述的方法，进一步包括确定所述集管排放阀的有效循环时间，所述有效循环时间包括从所述阳极集管排放水的阶段检测时间和从所述阳极排气装置排出废气的排出时间。
25.技术方案7. 根据技术方案6所述的方法，进一步包括：经由所述系统控制器确定所述阶段检测时间是否大于预先限定的倾斜检测阈值；以及响应于所述阶段检测时间大于所述预先限定的倾斜检测阈值，经由所述系统控制器发送指示所述燃料电池系统处于fcs倾斜情形或估计倾斜角的电子通知。
26.技术方案8. 根据技术方案6所述的方法，进一步包括：经由所述系统控制器确定所述阶段检测时间是否大于预先限定的集管溢出阈值；以及响应于所述阶段检测时间大于所述预先限定的集管溢出阈值，经由所述系统控制器递减所述mbvu次数。
27.技术方案9. 根据技术方案6所述的方法，其中，确定所述有效循环包括计算作为所述阶段检测时间的函数的有效循环的可变总持续时间，其取决于所述燃料电池系统的电压输出或阀气体流速，以及所述排出时间，其取决于所述阳极内检测到的氢浓度。
28.技术方案10. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述阳极出口包括存储从所述阳极排气装置中提取的水的阳极集水槽，所述阳极排出阀连接到所述阳极集水槽，并且所述废气包括聚集在所述阳极内的氮气。
29.技术方案11. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述fcs包括燃料电池堆，并且其中，所述方法进一步包括：确定所述燃料电池堆中的一个末端燃料电池或一组末端燃料电池的末端电池电压或最小电池电压；确定所述堆中所有燃料电池的平均电池电压；以及响应于所述末端电池电压或所述最小电池电压下降到低于平均电池电压预设阈值，打开所述集管排放阀。
30.技术方案12. 根据技术方案1所述的方法，其中，接收所述排出请求包括经由所述系统控制器从模型估计的阳极h2浓度或连接到所述阳极的h2传感器接收指示在所述阳极内检测到的氢浓度低于预先限定最小氢水平的数据。
31.技术方案13. 根据技术方案1所述的方法，其中，指示所述燃料电池系统正在运行的所述fcs模式信号包括所述燃料电池系统被开启、输出电力和/或进行系统管理控制操作。
32.技术方案14. 根据技术方案1所述的机动车辆，包括：确定所述fcs系统是否正以最大系统功率输出在操作；以及在所述fcs系统正以所述最大系统功率输出在操作时，针对收到的所有排出请求，命令所述集管排放阀从所述阳极排气装置排出废气并从所述阳极集管排放水。
33.技术方案15. 一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令可由燃料电池系统（fcs）的系统控制器的一个或多个处理器执行，所述fcs包括：具有阳极、阴极和膜的燃料电池，连接到所述阳极的阳极出口端口的阳极出口，以及连接到所述阳极的阳极集管，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述系统控制器执行包括以下的操作：接收指示所述燃料电池系统正在运行的fcs模式信号；接收排出请求以从所述阳极出口去除废气；响应于接收到所述排出请求，确定总排出阀使用（tbvu）次数等于阳极排出阀完成的用于从所述阳极排气装置中去除废气的先前排出请求的总和；确定所述tbvu次数是否小于最大排出阀使用（mbvu）次数；响应于所述tbvu次数小于所述mbvu次数，命令所述阳极排出阀从所述阳极排气装置中排出废气；以及响应于所述tbvu次数不小于所述mbvu次数，命令集管排放阀从所述阳极排气装置排出废气并从所述阳极集管排放水。
34.技术方案16. 一种机动车辆，包括：车身；附接到所述车身的多个车轮；牵引马达，所述牵引马达附接到车身并且可操作以驱动一个或多个车轮，从而推进所述机动车辆；燃料电池系统（fcs），所述fcs附接到所述车身并且可操作地为所述牵引马达提供
动力，所述fcs包括具有阴极、阳极和设置在所述阴极和阳极之间的质子交换膜的燃料电池，所述fcs进一步包括连接到所述阳极的阳极出口端口的阳极出口以及连接到所述阳极的阳极集管；以及fcs系统控制器，所述fcs系统控制器被编程为：接收指示所述燃料电池系统正在运行的fcs模式信号；接收排出请求以从所述阳极出口去除废气；响应于接收到所述排出请求，确定总排出阀使用（tbvu）次数等于阳极排出阀完成的用于从所述阳极排气装置中去除废气的先前排出请求的总和；确定所述tbvu次数是否小于最大排出阀使用（mbvu）次数；响应于所述tbvu次数小于所述mbvu次数，向所述阳极排出阀发送第一命令信号以从所述阳极排气装置中排出废气；以及响应于所述tbvu次数不小于所述mbvu次数，将第二命令信号发送到集管排放阀以从所述阳极排气装置中排出废气并从所述阳极集管中排放水。
35.技术方案17. 根据技术方案16所述的机动车辆，其中，所述阳极排出阀选择性地将所述阳极出口流体联接到连接到阴极入口端口的阴极入口，通过所述阴极入口端口将氧气馈送到所述阴极中，并且其中，所述集管排出阀选择性地将所述阳极集管流体联接到连接到阴极出口端口的阴极出口，阴极排气通过所述阴极出口端口从所述阴极排空。
36.技术方案18. 根据技术方案16所述的机动车辆，其中，所述fcs系统控制器进一步被编程为：响应于所述集管排放阀从所述阳极排气装置排出废气并从所述阳极集管排放水而将所述tbvu次数设置为零；并且响应于所述阳极排出阀从所述阳极排气装置中排出废气而将所述tbvu次数递增1。
37.技术方案19. 根据技术方案16所述的机动车辆，其中，所述fcs系统控制器进一步被编程以确定所述集管排放阀的有效循环时间，有效循环包括从所述阳极集管排放水的阶段检测时间和从所述阳极排气装置排出废气的排出时间。
38.技术方案20. 根据技术方案19所述的机动车辆，其中，所述fcs系统控制器进一步被编程为：确定所述阶段检测时间是否大于预先限定的倾斜检测阈值；以及响应于所述阶段检测时间大于所述预先限定的倾斜检测阈值，发送指示所述燃料电池系统处于fcs倾斜情形或估计倾斜角的电子通知。
附图说明
39.图1是根据本公开的各方面的代表性机动车辆的立面透视图图示，带有燃料电池系统的示例的示意性插图。
40.图2是根据本公开的各方面的代表性智能燃料电池系统的示意图，带有具有智能排出和排放能力的主动阀系统架构。
41.图3是根据所公开构思的各方面的图示用于阳极废气的主动排出和阳极集管水的排放的排出阀和集管排放阀的配合操作的代表性阀控制算法的流程图，该代表性阀控制算
法可以对应于存储器存储的指令，该指令可以由本地或远程控制器、控制逻辑电路、可编程控制单元或其他集成电路（ic）设备或设备网络执行。
42.图4呈现了根据所公开构思的各方面的三个时域图，图示了响应于fcs排出请求以实现阳极集管水排放的排出阀和集管排放阀的配合操作。
43.本公开适于各种修改和替代形式，并且一些代表性的实施例在附图中通过示例的方式示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，本公开的新颖方面不限于以上列举的附图中示出的特定形式。相反，本公开将覆盖落入例如由所附权利要求涵盖的本公开的范围内的所有修改、等同方案、组合、子组合、置换、分组和替代方案。
具体实施方式
44.本公开易于以许多不同形式实施。在附图中示出了本公开的代表性实施例，并且将在本文中进行详细描述，应当理解，这些实施例作为所公开的原理的范例而不是对本公开的广泛方面进行限制来提供。就此而言，例如在摘要、引言、发明内容和具体实施方式部分中描述但在权利要求中未明确阐述的元件和限制，不应通过暗示、推断或以其他方式将其单独或共同地并入权利要求中。
45.为了本具体实施方式的目的，除非特别否认，否则单数包括复数，并且反之亦然；词语“和”和“或”应同时为连接词和反意连接词；词语“任何”和“所有”均应指“任何和所有”；以及词语“包括”、“含有”、“包含”、“具有”等应各自表示“包括但不限于”。此外，例如，近似词语（诸如“约”、“几乎”、“基本上”、“大致”、“大约”等等）可以在本文中按“在、接近或几乎在”、或“在0-5%内”或“在可接受制造公差内”或其逻辑组合的意义使用。最后，方向形容词和副词，诸如在前部、在后部、内侧、外侧、右舷、左舷、竖直、水平、向上、向下、前、后、左、右等，可能是相对于机动车辆，诸如当车辆可操作地定向在水平行驶表面上时，机动车辆的向前行驶方向。
46.现在参考附图，其中相同的附图标记在多个视图中指代相同的特征，在图1中示出了代表性的机动车辆，其总体上以10表示并且为了讨论的目的而在本文中描绘为轿车风格的全电动汽车。图示的汽车10-在本文中也称为“机动车辆”或简称为“车辆
”‑
仅仅是本公开的新颖方面可以通过其实践的示例性应用。同样的道理，将本构思结合到fev动力传动系中应该被理解为公开特征的非限制性实施方式。因此，将理解，本公开的各方面和特征可以应用于其他动力传动系架构，并入任何逻辑相关类型的机动车辆，并且用于汽车和非汽车应用等。此外，本文仅更详细地示出和描述了机动车辆和燃料电池系统的选定部件。然而，下文讨论的车辆和系统可以包括许多附加的和替代的特征，以及其他可用的用于执行本公开的各种方法和功能的外围部件。
47.包装在汽车10的车身12内的是代表性的燃料电池系统14，其用于为一个或多个牵引马达，例如电动马达发发电机单元（mgu）16提供动力，并可操作用于驱动车辆的车轮18的组合。图1的质子交换膜燃料电池系统14配备有一个或多个燃料电池堆20，每个燃料电池堆20由多个pem型燃料电池22组成，这些燃料电池彼此电串联或并联连接。在所示的架构中，每个燃料电池22是具有阳极侧24和阴极侧26的多层结构，它们由质子传导的全氟磺酸膜28隔开。阳极扩散介质层30设置在pemfc 22的阳极侧24上，阳极催化剂层32插置在膜28和对应的扩散介质层30之间并且可操作地连接膜28和对应的扩散介质层30。同样地，阴极扩散
介质层34设置在pemfc 22的阴极侧26上，阴极催化剂层36插置在膜28和对应的扩散介质层34之间并且可操作地连接膜28和对应的扩散介质层34。两个催化剂层32和36与膜28配合以完全或部分地限定膜电极组件（mea）38。
48.扩散介质层30和34是多孔结构，其提供到达mea 38的流体入口传输和来自mea 38的流体排放传输。阳极流场板（或“第一板”）40设置在阳极侧24上，与阳极扩散介质层30邻接。同样的道理，阴极流场板（或“第二板”）42设置在阴极侧26上，与阴极扩散介质层34邻接。冷却剂流动通道44横穿板40和42中的每一个以允许冷却流体流过燃料电池22。流体入口端口和集管将富氢燃料和氧化剂引导到阳极和阴极流场板40、42中的通道。面对质子传导膜28的阳极板40的中心活性区域可以制造有由蛇形流动通道组成的阳极流场，以用于在膜28的相对面上分配氢。mea 38和板40、42可以在不锈钢夹板和单极端板（未示出）之间堆叠在一起。这些夹板可以通过垫圈或介电涂层与端板电绝缘。燃料电池系统14还可以采用阳极再循环，其中阳极再循环气体从排气歧管或集管通过阳极再循环管路馈送，以用于将氢气再循环回到阳极侧24输入端，从而保存堆20中的氢气。
49.氢气（h2）入口流-无论是气态的、浓缩的、夹带的或其他的-从氢源、诸如燃料储存罐46，经由联接到（第一）流体吸入导管或软管48的流体喷射器47传输到燃料电池堆20的阳极侧24。阳极排气经由（第一）流体排放导管或软管50离开堆20。尽管显示在堆的入口侧，但压缩机或泵52经由（第二）流体吸入管路或歧管54向堆20的阴极侧26提供阴极入口流、诸如环境空气和/或浓缩气态氧（o2）。阴极排气经由（第二）流体排放导管或歧管56从堆20输出。流量控制阀、流量限制器、过滤器和其他用于调节流体流量的可用装置可以由图1的pemfc系统14实施。由一个或多个燃料电池堆20产生并由燃料电池系统14输出的电可被传输用于存储到可再充电能量存储系统（ress）80内的车载牵引电池组82。
50.图1的燃料电池系统14还可以包括热子系统，该热子系统可操作成在预调节、试运转和后调节期间控制燃料电池堆20的温度。根据图示的示例，冷却流体泵58将冷却流体通过冷却剂回路60泵送到燃料电池堆20并进入每个电池22中的冷却剂通道44。在冷却剂回路60中流体耦接的散热器62和可选的加热器64用于将堆20保持在期望的操作温度。该燃料电池调节系统可以配备有各种感测装置，以用于监测系统操作和燃料电池试运转的进展。例如，（第一）温度传感器66监测到达燃料电池堆20的冷却剂入口处的冷却剂的温度值，并且（第二）温度传感器68测量堆20的冷却剂出口处的冷却剂的温度值。电连接器或电缆74将燃料电池堆20连接到电力负载76，其可用于从堆20中的每个电池22汲取电流。电压/电流传感器70可操作成测量、监测或以其他方式检测堆20中的燃料电池22两端的燃料电池电压和/或电流。
51.可编程电子控制单元（ecu）72有助于控制燃料电池系统14的操作。作为示例，ecu 72从一个或多个温度传感器66、68接收一个或多个温度信号t1，其指示燃料电池堆20的温度；ecu 72可以被编程以响应性地发出一个或多个命令信号c1以调节堆20的操作。图1的ecu 72还从电压传感器/电流70接收一个或多个电压信号v1；ecu 72可被编程以响应性地发出一个或多个命令信号c2以调节氢源46和/或压缩机/泵52的操作，从而调节堆20的电输出。图1的ecu 72也显示为接收来自传感器66和/或68的一个或多个冷却剂温度信号t2；ecu 72可以被编程以响应性地发出一个或多个命令信号c3以调节燃料电池的热系统的操作。额外的传感器信号sn可以由ecu 72接收，并且额外的控制命令cn可以从ecu 72发出，例如，以
控制本文图示和/或描述的任何其他子系统或部件。ecu 72可以发出命令信号以将放出的氢气和液态h2o从阴极侧26通过流体排放导管56传输到水分离器78（图1），在水分离器78中来自阴极的氢气和水与通过流体排放导管50从阳极排放的耗尽的氢气结合。
52.继续参考图1，牵引电池组82包含阵列或可充电锂类（二次）电池模块84。所公开构思的各方面可以类似地适用于其他电存储单元架构，包括采用镍金属氢化物（nimh）电池、铅酸电池、锂金属电池或其他适用类型的可充电电动车辆电池（evb）的那些架构。每个电池模块84可以包括一系列电化学电池单元，诸如袋型锂离子（li-ion）或锂离子聚合物电池单元86。例如，单独的锂离子电池模块84可以由一组10-45个电池单元来分组，这些电池单元以彼此并排面对的关系堆叠并且并联或串联连接以用于存储和供应电能。虽然被描述为基于硅的锂离子“袋式单元”电池，但单元86可适用于其他结构，包括圆柱形和棱柱形结构。
53.接下来转向图2，示出了燃料电池系统114的示意图，该燃料电池系统114用于通过氧化还原反应将富氢燃料和氧化剂转化为电能。尽管在外观上有所不同，但可以设想，以上参考图1的燃料电池系统14描述的任何特征和选项可以单独或以任何组合方式并入图2的燃料电池系统114中，并且反之亦然。作为相似点，燃料电池系统114包含多个单独的燃料电池122，它们以面对面的关系一个堆叠在另一个之上。每个燃料电池122可以彼此基本相同，并且可以包含图1中所示和上文关于燃料电池22解释的那些元件。例如，每个单独的燃料电池122可以采用阳极电极124、阴极电极126和夹在阳极124和阴极126之间的离子交换膜128。
54.图1的燃料电池系统14和图2的燃料电池系统114之间的其他代表性相似点可以包括与流体喷射器组件188串联流体流动连通的流体喷射器组件147，它们都经由阳极吸入管路148联接到阳极入口端口。通过实施系统校准的喷射器主动循环，流体喷射器147通过吸入管路148向燃料电池堆122中的阳极侧流场提供氢气脉冲。喷射器147的脉冲宽度和频率控制有多少氢气输入到电池122以获得所请求的fcs功率密度。阳极废气在阳极排气管路150上从燃料电池堆122排放，其中一些排气从fcs排放（例如，在开放式排气系统中）或所有排气通过再循环管路189重新定向到水分离器178和阳极集水槽190（例如，在封闭的排气系统中）。水分离器178从阳极排气装置中去除夹带的水并将分离的液态水储存在阳极集水槽190中。“干燥的”阳极排气然后再循环回到流体喷射器188，该流体喷射器188将排气与来自吸入管路148上的氢源（例如，图1的储罐46）的“新鲜”氢气混合。在线压力传感器194监测阳极入口压力并将指示其的传感器数据输出到系统控制器（例如，ecu 72）。
55.在燃料电池系统114的阴极侧，流体压缩机组件152通过阴极吸入管路154和阴极入口端口将压缩的环境空气或罐储存的富氧燃料传输到电池的阴极侧流场122。阴极排气在阴极排气管路156上从燃料电池122排放。离开阴极电极126的气体是热的并且可以通过等温膨胀器组件192穿过，该等温膨胀器组件192可以冷却和膨胀废气。旁通阀196设置在阴极旁通管路195上，该阴极旁通管路195直接将阴极吸入管路154连接到阴极排气管路156，例如连接到膨胀器192的上游，使得计量量的空气/燃料可以围绕燃料电池堆122。
56.燃料电池堆122阳极侧的下游是一组主动阀装置，用于支配来自燃料电池系统114的阳极排气副产物的排出和排放。例如，阳极出口排出（aob）阀112流体连接到阳极集水槽190的上部并且控制器可致动以从阳极排气装置中去除废气，诸如未使用的氢气（h2）中夹带的氮气（n2）。根据所示示例，aob阀112选择性地将阳极124出口处的再循环管路189上的
阳极集水槽190与阴极126入口处的阴极吸入管路154流体联接。阳极集水槽排放（asd）阀118流体连接到阳极集水槽190的下部，并且控制器可致动以从阳极排气装置中去除排气中携带的液体，诸如从排气中分离的废水。如图所示，asd阀118在阴极126的出口处将阳极集水槽190选择性地流体联接到阴极排气管路156。所公开的阀可以采用任何合适的流体阀构造，包括电磁螺线管阀装置和马达驱动的球阀装置。
57.选择燃料电池堆122的部件，包括膜腔、端板开口、内部垫圈等，其与双极板中的互补开口对齐，以共同形成用于向燃料电池122供应气态反应物和液态冷却剂并从其移除的集管。例如，在图2所示的实施例中，一系列堆叠的燃料电池122中的开口形成阳极排气集管191和阴极排气集管197，阳极排气通过该阳极排气集管191聚集并传送到再循环管路189，阴极排气通过该阴极排气集管197聚集以用于从燃料电池堆122中排放或通过燃料电池堆122再循环。阳极集管排放（ahd）阀116经由阳极集管排放管路193流体地连接到阳极排放集管191，并且控制器可致动以去除聚集在阳极排放集管191内的废气和液体。根据所示示例，ahd阀116选择性地将阳极排气集管191流体联接到膨胀器192下游的阴极排气管路156。尽管未示出，燃料电池组件114还可以包括阳极、阴极和冷却剂入口集管，以分别将阴极气体、阳极气体和冷却剂流体输送通过燃料电池堆122，以及阴极和冷却剂出口集管，以用于分别通过燃料电池堆122输送阴极流出物和冷却剂流出物。关于燃料电池系统的供应和排气集管的附加信息可以在例如授予rock等人的美国专利号7,781,087 b2和授予martincheck等人的美国专利号9,634,340 b2中找到，这些专利通过引用以其全部内容并入本文并用于所有目的。
58.阳极集管排放阀通常专用于排放聚集在阳极集管中的水，以避免在fcs明显倾斜时（例如，当车辆10在陡坡上时）可能发生的燃料电池堆耐久性问题。然而，用于激活阳极集管排放阀的现有控制策略依赖于车辆倾斜角传感器或作为触发集管排放的动力的系统关闭通知。然而，车辆倾斜角传感器通常不准确且不可靠，并且系统关闭触发器通常对于长时间使用fcs无效；两种控制方案都可能导致阳极排气集管溢流。
59.图2的燃料电池和主动阀系统当根据图3的控制方案操作时提供阳极集管排放，这消除了对倾角传感器和fcs关闭以清除集管积水的所有依赖。如以下将详细解释的，ahd阀116响应于选择的排出请求而系统地启动，并且在这样做时排放阳极排气集管并伴随地排出阳极。对于闭环反馈控制，可以分析阳极集管水排放时间以预测fcs倾斜情况的存在。阳极集管排放阀的使用，包括主动循环和频率，可以主动调适以避免积水排放不足。在最大操作功率下，ahd阀可以代替aob排出阀来满足所有排出请求，例如，如果aob阀112打开到阴极入口，则使与aob激活相关的功率损失最小化。为了进一步的系统改进，当堆中最后一个燃料电池的末端电池电压低于堆中所有电池的平均电池电压达预先限定的差值时，ahd阀可以打开以防止可能的阳极集管溢流。
60.接下来参考图3的流程图，根据本公开的各方面的用于操作分布式电子流体阀阵列（例如图2的aob阀112和ahd阀116）的用于燃料电池系统（诸如图2的fcs 114）的阳极废气的主动排出和聚集集管流体的主动排放的改进方法或控制策略在200处大体描述。图3中示出并且在下面进一步详细描述的一些或全部操作可以代表与处理器可执行指令相对应的算法，该处理器可执行指令例如存储在主存储器、辅助存储器或远程存储器中，并例如被电子控制器、处理单元、逻辑电路或其他模块或装置或模块/装置的网络来执行，以执行与所
公开的构思相关联的以上和以下描述的功能中的任何一个或全部功能。应当认识到，所示的操作块的执行顺序可以被改变，可以添加附加的操作块，并且可以修改、组合或消除所描述的一些操作。
61.方法200开始于端部框201，其中存储器存储的、处理器可执行的指令用于可编程控制器或控制模块或类似的合适的处理器以调用fcs控制协议的初始化程序。该例程可以在燃料电池系统的正常和持续操作期间以实时、接近实时、连续、系统性地、不定期和/或以规则间隔执行，例如，每10或100毫秒。作为又一选项，端部框201可以响应于用户命令提示、本地车辆控制器提示或从“车外”集中式车辆服务系统接收到的广播提示信号进行初始化。根据所示示例，fcs控制器可以接收确认fcs在端部框201处运行的电子通知。例如，当接收到“开启”信号以对fcs供电时，图2的fcs 114可以被认为是在“运行中”，燃料电池122正在积极地产生电力，或者fcs正在积极地完成供电管理/h
2-浓度管理/水管理/其他控制。在完成图3中呈现的控制操作后，方法200可以前进到端部框219并临时终止，或者可选地，可以循环回到端部框201并连续循环运行。
62.在确认燃料电池堆当前正在运行之后，方法200前进到过程框203并将总排出阀使用（tbvu）次数设置为零（x=0）。tbvu次数是由阳极排出阀完成的先前排出请求的数学总和，以从阳极排气装置中去除选定的废气。在图2的示例中，高速缓存存储器存储的tbvu计数器跟踪aob阀112从阳极集水槽190排放n2的次数。通常，阳极排出阀可以被实施为服务于大多数但不是所有接收到的排出请求；集管排放阀用于服务有限次数的排出请求。
63.图3的方法200前进到判定框205以确定排出请求是否有效。一般而言，当阳极中的氢浓度低于系统校准的最小允许值（例如，75%，最小h2浓度）时，可以启动排出请求以从燃料电池堆的阳极侧倾倒聚集的n2。这样做有助于确保堆叠式燃料电池的阳极中有足够的h2浓度，以避免阳极“缺氢”，并且同时提高fcs效率。如果未接收到排出请求（框205=否），则方法200可以连续循环运行，直到排出请求激活或fcs断电。
64.在确定排出请求激活（框205=是）时，方法200继续到判定框207并且作为响应确定tbvu次数是否小于预先限定的最大排出阀使用（mbvu）次数。如果排出阀使用计数小于允许的最大连续排出阀使用次数（tbvu《mbvu），则可以使用排出阀来满足当前的排出请求。排出阀可以使用预设的mbvu次数；然后将采用集管排放阀来满足预设数量的后续排出请求。在非限制性示例中，aob阀112用于服务默认的四（4）个连续排出请求；ahd阀116用于服务每五次排出请求（例如，参见图4的时域图）。
65.如果tbvu次数小于预先限定的mbvu次数（框207=是），则方法200响应性地执行过程框209并激活阳极排出阀以满足当前排出请求。例如，在图2中，aob阀112打开（例如，经由图1的ecu 72）直到足够量的氮从阳极集水槽190排空，例如，使阳极h2浓度达到或高于最小h2浓度。这将确保很少的氮通过再循环管路189再循环到流体喷射器组件188，并通过吸入管路148再循环到阳极电极124中。在服务排出请求之后，方法200从过程块209前进到过程块211并且将tbvu计数递增1（x=x+1）。
66.在确定tbvu次数不小于预先限定的mbvu次数之后（框207=否），方法200响应性地执行过程框213并激活集管排放阀以满足当前排出请求。例如，在图2中，ahd阀116打开（例如，经由图1的ecu 72），直到聚集在阳极排气集管191内的大部分或全部水通过集管排放管路193排空并通过阴极排气管路156从燃料电池系统114中排放。一旦积水从阳极集管191排
放，通过集管191离开燃料电池堆122的阳极排气将同样由ahd阀116通过集管排放管路193排空，并通过阴极排放管路156从燃料电池系统114排放。在服务排出请求预设次数之后，方法200从过程块213前进到过程块215并将tbvu计数重置为零（x=0）。从过程框211/215，方法200执行判定框217以确定燃料电池系统是否仍在运行。如果是（框217=是），则方法200循环回到判定框205；如果不是（方框217=否），方法200在端部框219处结束。
67.图4中示出了三个时域图，说明了阳极排出阀和阳极排放阀的配合操作，以服务于一系列fcs排出请求，以从阳极排气装置中排出选定气体并从阳极集管中排放积水。具体地，第一时域图302图示了一系列排出请求随时间推移的顺序激活，第二时域图304图示了排出阀响应于排出请求随时间推移的激活，以及第三时域图306图示了集管排放阀响应于排出请求随时间推移的激活。在该非限制性示例中，排出阀（例如，图2的aob阀112）被激活以执行第一排出请求301和第二排出请求303，并且集管排放阀（例如，图2的ahd阀116）被激活以执行第三排出请求305。如图所示，最大排出阀使用次数预设为两（2）次，并且每三次排出请求使用集管排放阀。应当理解，mbvu次数可以采用其他默认值，可以在系统使用期间主动改变，并且可以设置为零以选择系统操作。此外，集管排放阀激活的频率和有效循环可以与图4中所示的不同，包括服务于多个连续排出请求、所有排出请求或不服务于排出请求。
68.图4中的插图是离散时间窗口的放大视图，其中集管排放阀响应于主动排出请求305根据可变主动循环307被激活，而排出阀保持关闭/停用。集管排放阀的有效循环307显示为具有两个不同的操作阶段：用于从阳极集管中排放积水的阶段检测时间（δt1）；以及用于从阳极排气装置中排出选定气体的排出时间（δt2）。每个有效循环307可以计算为作为阶段检测时间（δt1）的函数的可变总持续时间，其可以取决于燃料电池系统的电压输出，或阀气体流量估计，以及排出时间（δt2），其可以取决于阳极内检测到的氢浓度。
69.可以监测一个或两个阶段检测时间以预测fcs何时倾斜，并且如果需要，选择性地改变一个或两个阀的使用频率。作为示例而非限制，本地或远程系统控制器或控制模块可以主动跟踪每个对应排出请求的阶段检测时间（δt1）并确定该阶段检测时间是否超过预先限定的系统校准倾斜检测阈值（例如，t
dc_tilt
=2分钟）。虽然有各种用于检测阳极集管何时排放的装置，包括液位传感器、液相检测传感器等，但该系统可以监测阀气体流速或fcs电压输出，以预测阳极集管何时足够耗尽，并且因此，预测阶段检测时间的持续时间（δt1）。如果阶段检测时间超过存储器存储的倾斜检测阈值（δt1》t
dc_tilt
），则系统控制器可以响应性地设置存储器标志，输出指示燃料电池系统处于fcs倾斜场景的电子通知，和/或估计倾斜角度。
70.除了使用集管排放阀作为用于估计fcs倾斜的感测装置之外，集管排放阀有效循环的阶段检测跟踪也可用于选择性地改变集管排放阀的使用频率以服务排出请求。例如，本地或远程系统控制器或控制模块可以主动跟踪每个对应的排出请求的阶段检测时间（δt1），并确定跟踪的阶段检测时间是否超过预先限定的、系统校准的集管溢出阈值（例如，t
dc_over
=1分钟）。如果是，则系统控制器可以响应性地递减mbvu次数（例如，递减1、2、3等），使得更频繁地激活集管排放阀（例如，每3次排出请求而不是每4次排出请求）。相反，如果阶段检测时间（δt1）逐渐变短，例如，下降到低于预先限定的未满填充阈值，则mbvu次数可递增1或更多，并且因此会增加排出阀的使用频率，同时降低集管排放阀的使用频率。
71.在选择fcs操作条件期间，通过使用集管排放阀来服务大多数或所有排出请求，可
以进一步改进燃料电池系统的操作。作为非限制性示例，在最大系统功率输出下，集管排放阀可以代替排出阀用于基本上所有排出请求，例如，如果排出阀的出口连接到阴极入口但集管排放阀的出口连接到排气装置，则消除与在最大功率期间操作排出阀引起的电压骤降相关联的功率损失。作为又一选项，系统控制器/控制模块可以主动跟踪：（1）电池堆中第一个/最后一个燃料电池或第一组/最后一组燃料电池的末端电池电压或最小电池电压；以及（2）电池堆中所有燃料电池的平均电池电压。如果末端电池电压或最小电池电压下降到低于平均电池电压达预设的阈值，则可以强制打开集管排放阀以确保阳极集管中没有溢流。当末端电池电压或最小电池电压恢复时（例如，等于或在平均电池电压的预设阈值内），任何潜在的阳极集管溢流已经减轻并且集管排放阀响应性地关闭。如果末端电池电压或最小电池电压没有在预先限定的时间窗口内恢复，则可以设置服务请求标志和/或可以发出电子通知以提示用户对fcs进行服务，因为问题不是由阳极集管溢流引起的。
72.在一些实施例中，本公开的各方面可以通过诸如通常被称为软件应用的程序模块的计算机可执行指令程序或由本文所述的控制器或控制器变型中的任一者执行的应用程序来实现。在非限制性示例中，软件可以包括执行特定任务或实现特定数据类型的例程、程序、对象、部件和数据结构。该软件可以形成接口以允许计算机根据输入源做出反应。该软件还可以与其他代码段配合，以响应于结合接收到的数据的源接收到的数据来发起各种任务。该软件可以存储在各种存储介质（诸如cd-rom、磁盘和半导体存储器（例如，各种类型的ram或rom））中的任何一种上。
73.而且，本公开的各方面可以用多种计算机系统和计算机网络配置来实施，包括多处理器系统、基于微处理器的或可编程消费电子装置、小型计算机、大型计算机等。另外，可以在分布式计算环境中实施本公开的各方面，在分布式计算环境中，任务由通过通信网络链接的本地和远程处理装置执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。因此，可以在计算机系统或其他处理系统中结合各种硬件、软件或其组合来实现本公开的各方面。
74.本文所述的任何方法都可以包括机器可读指令，其通过以下装置执行：（a）处理器，（b）控制器和/或（c）任何其他合适的处理装置。本文公开的任何算法、软件、控制逻辑、协议或方法可以实施为存储在有形介质（诸如例如闪存、固态驱动器（ssd）存储器、硬盘驱动器（hdd）存储器、cd-rom、数字多功能盘（dvd）或其他存储设备）上的软件。整个算法、控制逻辑、协议或方法和/或其部分可以替代地由除控制器之外的装置执行和/或以可用方式（例如，由专用集成电路（asic），可编程逻辑器件（pld），现场可编程逻辑器件（fpld），离散逻辑等）实施在固件或专用硬件中。此外，尽管参考本文描绘的流程图和/或操作流程图描述了特定算法，但是可以替代地使用用于实现示例性机器可读指令的许多其他方法。
75.已经参考所示出的实施例详细描述了本公开的各方面；然而，本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下可以对其进行许多修改。本公开不限于本文公开的精确构造和组成；从前述描述显而易见的任何和所有修改、改变和变化都在由所附权利要求限定的本公开的范围内。而且，本构思明确地包括前述元件和特征的任何和所有组合和子组合。

技术特征：
1.一种操作燃料电池系统（fcs）的方法，所述燃料电池系统包括：具有阳极、阴极和膜的燃料电池，连接到所述阳极的阳极出口端口的阳极出口，以及连接到所述阳极的阳极集管，所述方法包括：经由系统控制器接收指示所述燃料电池系统正在运行的fcs模式信号；在接收到所述fcs模式信号后，经由所述系统控制器接收排出请求，以从所述阳极出口中的阳极排气装置中去除废气；响应于接收到所述排出请求，经由所述系统控制器确定总排出阀使用（tbvu）次数等于阳极排出阀完成的用于从所述阳极排气装置中去除废气的先前排出请求的总和；经由所述系统控制器使用系统存储设备确定所述tbvu次数是否小于最大排出阀使用（mbvu）次数；响应于所述tbvu次数小于所述mbvu次数，经由所述系统控制器向所述阳极排出阀发送第一命令信号以从所述阳极排气装置中排出废气；以及响应于所述tbvu次数不小于所述mbvu次数，经由所述系统控制器向集管排放阀发送第二命令信号以从所述阳极排气装置中排出废气并从所述阳极集管中排放水。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阳极排出阀选择性地将所述阳极出口流体联接到连接到阴极入口端口的阴极入口，通过所述阴极入口端口将氧气馈送到所述阴极中，并且其中，所述集管排出阀选择性地将所述阳极集管流体联接到连接到阴极出口端口的阴极出口，阴极排气通过所述阴极出口端口从所述阴极排空。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述fcs模式信号进一步指示所述燃料电池系统的同时通电，所述方法进一步包括响应于所述燃料电池系统的同时通电将所述tbvu次数设置为零。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于所述集管排放阀从所述阳极排气装置排出废气并从所述阳极集管排放水而将所述tbvu次数设置为零。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于所述阳极排出阀从所述阳极排气装置中排出废气而将所述tbvu次数递增1。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定所述集管排放阀的有效循环时间，所述有效循环时间包括从所述阳极集管排放水的阶段检测时间和从所述阳极排气装置排出废气的排出时间。7. 根据权利要求6所述的方法，进一步包括：经由所述系统控制器确定所述阶段检测时间是否大于预先限定的倾斜检测阈值；以及响应于所述阶段检测时间大于所述预先限定的倾斜检测阈值，经由所述系统控制器发送指示所述燃料电池系统处于fcs倾斜情形或估计倾斜角的电子通知。8. 根据权利要求6所述的方法，进一步包括：经由所述系统控制器确定所述阶段检测时间是否大于预先限定的集管溢出阈值；以及响应于所述阶段检测时间大于所述预先限定的集管溢出阈值，经由所述系统控制器递减所述mbvu次数。9.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述有效循环包括计算作为所述阶段检测时间的函数的有效循环的可变总持续时间，其取决于所述燃料电池系统的电压输出或阀气体流速，以及所述排出时间，其取决于所述阳极内检测到的氢浓度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阳极出口包括存储从所述阳极排气装置中提取的水的阳极集水槽，所述阳极排出阀连接到所述阳极集水槽，并且所述废气包括聚集在所述阳极内的氮气。

技术总结
提出了具有用于从燃料电池堆的阳极集管中排空水的逻辑的智能燃料电池系统（FCS）、制造/使用所述系统的方法以及配备有所述系统的车辆。一种操作FCS的方法包括确认FCS正在运行的系统控制器，并且一旦确认，接收排出请求以从阳极的排气输出中去除排气。响应于所述排出请求，所述控制器确定指示由阳极排出阀完成的先前排出请求的总排出阀使用量（TBVU），并且然后确定所述TBVU是否小于最大排出阀使用量（MBVU）。如果是，则控制器响应性地命令排出阀从阳极排气装置中排出废气。如果TBVU不小于MBVU，则控制器命令集管排放阀从阳极排气装置中排出废气并从阳极集管中排放水。中排出废气并从阳极集管中排放水。中排出废气并从阳极集管中排放水。


技术研发人员：王晓峰 S
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2022.10.31
技术公布日：2023/9/22