以可變時(shí)間間隔來(lái)檢測(cè)陽(yáng)極壓力傳感器卡住故障的算法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)中的陽(yáng)極壓力傳感器故障的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法包括控制器，該控制器設(shè)定初始最小陽(yáng)極壓力傳感器值和初始最大陽(yáng)極壓力傳感器值?？刂破鞔_定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望時(shí)間間隔以及確定由控制器從陽(yáng)極壓力傳感器收集陽(yáng)極壓力測(cè)量樣本的總數(shù)量?？刂破鬟€將初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力和初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差與預(yù)先確定的壓力差閾值進(jìn)行比較，如果初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力與初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差小于預(yù)先確定的壓力差閾值，則設(shè)定壓力傳感器故障。
【專(zhuān)利說(shuō)明】以可變時(shí)間間隔來(lái)檢測(cè)陽(yáng)極壓力傳感器卡住故障的算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及用于檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)中的陽(yáng)極壓力傳感器故障的過(guò)程，更具體地涉及一種過(guò)程，用于確定一段時(shí)間內(nèi)的最大和最小陽(yáng)極壓力傳感器讀數(shù)，以確定是否達(dá)到了最小和最大壓力之間的閾值壓力，以確定是否發(fā)生了陽(yáng)極壓力傳感器卡住故障。
【背景技術(shù)】
[0002]氫是一種非常有吸引力的燃料，因?yàn)樗乔鍧嵉?，并且能夠用于在燃料電池中有效地產(chǎn)生電。氫燃料電池是一種包括陽(yáng)極和陰極以及它們之間的電解質(zhì)的電化學(xué)裝置。陽(yáng)極接收氫氣，陰極接收氧或空氣。氫氣在陽(yáng)極分離產(chǎn)生自由的氫質(zhì)子和電子。氫質(zhì)子通過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極。氫質(zhì)子與陰極的氧和電子反應(yīng)產(chǎn)生水。來(lái)自陽(yáng)極的電子不能夠通過(guò)電解質(zhì)，因此在被送到陰極之前被引導(dǎo)通過(guò)負(fù)載來(lái)做功。
[0003]質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種流行的車(chē)輛燃料電池。PEMFC大致包括固態(tài)聚合物電解質(zhì)質(zhì)子導(dǎo)電膜，諸如全氟磺酸膜。陽(yáng)極和陰極通常包括細(xì)分的催化顆粒，通常是鉬(Pt)，擔(dān)載在碳顆粒上，并與離子聚合物混合。催化性混合物沉積在膜的相對(duì)側(cè)上。陽(yáng)極催化性混合物、陰極催化性混合物和膜的組合限定了膜電極組件(MEA)。MEA制造起來(lái)比較昂貴，并且需要特定的條件以便有效操作。
[0004]通常在燃料電池堆中組合若干燃料電池以產(chǎn)生所需的功率。例如，用于車(chē)輛的典型的燃料電池堆可能具有兩百或更多的堆置的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入氣體，通常是在壓縮機(jī)作用下強(qiáng)制通過(guò)堆的空氣流。并不是所有的氧都由堆消耗，一些空氣被輸出為可能包括作為堆副產(chǎn)物的水的陰極排氣。燃料電池堆還接收陽(yáng)極氫輸入氣體，其流入堆的陽(yáng)極側(cè)。
[0005]燃料電池堆包括位于堆中的若干MEA之間的一系列雙極板，雙極板和MEA位于兩端板之間。對(duì)于堆中的相鄰的燃料電池，雙極板包括陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)。在雙極板的陽(yáng)極側(cè)提供有陽(yáng)極氣流通道，其允許陽(yáng)極反應(yīng)氣體流到相應(yīng)的MEA。在雙極板的陰極側(cè)提供有陰極氣流通道，其允許陰極反應(yīng)氣體流到相應(yīng)的MEA。一個(gè)端板包括陽(yáng)極氣流通道，另一個(gè)端板包括陰極氣流通道。雙極板和端板由導(dǎo)電材料制成，諸如不銹鋼或?qū)щ姀?fù)合物。端板將燃料電池產(chǎn)生的電導(dǎo)出堆。雙極板還包括冷卻流體流過(guò)的流通道。
[0006]通常，壓力傳感器是汽車(chē)工業(yè)中用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制的重要硬件。存在診斷，其覆蓋內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的映射傳感器和燃料壓力傳感器，其中，燃料壓力傳感器讀數(shù)與估計(jì)的/模型值比較，當(dāng)模型和傳感器相差達(dá)到校準(zhǔn)的值時(shí)觸發(fā)器被設(shè)定。在燃料電池系統(tǒng)中，壓力傳感器被用于壓力控制、排放控制、閥控制等。如果燃料電池系統(tǒng)中的壓力傳感器故障之一是由于壓力傳感器卡在壓力讀數(shù)處，傳感器在一段時(shí)間內(nèi)將提供平的壓力讀數(shù)值。造成壓力傳感器被卡在壓力讀數(shù)處可能由于很多原因，諸如硬件損壞、在傳感器周?chē)Y(jié)冰等等。因此，具有穩(wěn)定的診斷算法來(lái)檢測(cè)何時(shí)燃料電池系統(tǒng)中的傳感器故障是由于傳感器被卡住了是很重要的。
[0007]如上所述，當(dāng)壓力傳感器被卡住時(shí)，在一定的時(shí)間段內(nèi)壓力反饋是平的。在燃料電池系統(tǒng)中，來(lái)自陽(yáng)極壓力傳感器的陽(yáng)極壓力反饋被用在陽(yáng)極壓力控制、陽(yáng)極閥控制、燃料電池系統(tǒng)排氣排放控制等。由壓力傳感器卡住故障造成的平壓力傳感器讀數(shù)不反映燃料電池系統(tǒng)的真實(shí)行為，其造成其它算法不能正常工作。例如，在燃料電池系統(tǒng)的起動(dòng)期間，如果陽(yáng)極壓力設(shè)定點(diǎn)被設(shè)定為200kPa并且陽(yáng)極壓力傳感器被卡在IOOkPa的恒定壓力讀數(shù)處，則燃料電池系統(tǒng)的控制器將保持發(fā)送最大負(fù)荷命令給陽(yáng)極燃料噴射器以試圖滿足200kPa的壓力設(shè)定點(diǎn)。這將造成陽(yáng)極壓力上升，可能高于700kPa。由于壓力讀數(shù)仍是lOOkPa，該系統(tǒng)不反映真實(shí)的陽(yáng)極壓力。最后，停機(jī)診斷可能檢測(cè)到有問(wèn)題，并且關(guān)停燃料電池系統(tǒng)。然而，在本領(lǐng)域中需要一種算法，其確定陽(yáng)極壓力傳感器何時(shí)被卡住，使得在觸發(fā)停機(jī)診斷之前可以采取補(bǔ)救措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開(kāi)了一種檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)中的陽(yáng)極壓力傳感器故障的方法。系統(tǒng)和方法包括控制器，該控制器設(shè)定初始最小陽(yáng)極壓力傳感器值和初始最大陽(yáng)極壓力傳感器值?？刂破鞔_定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望時(shí)間間隔以及確定由控制器從陽(yáng)極壓力傳感器收集陽(yáng)極壓力測(cè)量樣本的總數(shù)量?？刂破鬟€將初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力和初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差與預(yù)先確定的壓力差閾值進(jìn)行比較，如果初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力與初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差小于預(yù)先確定的壓力差閾值，則設(shè)定壓力傳感器故障。
[0009]此外，本發(fā)明還涉及以下技術(shù)方案。
[0010]1.一種檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)中的陽(yáng)極壓力傳感器故障的方法，包括:
使用控制器執(zhí)行以下步驟:
設(shè)定初始最小陽(yáng)極壓力傳感器值和初始最大陽(yáng)極壓力傳感器值；
確定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望時(shí)間間隔以及由控制器從陽(yáng)極壓力傳感器收集陽(yáng)極壓力測(cè)量樣本的總數(shù)量；
如果測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力小于初始最小陽(yáng)極壓力，則利用測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力值替代初始最小陽(yáng)極壓力傳感器值；
如果測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力大于初始最大陽(yáng)極壓力，則利用測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力值替代初始最大陽(yáng)極壓力傳感器值；
將初始或替代的最小陽(yáng)極壓力值與初始或替代的最大陽(yáng)極壓力值之間的壓力差與預(yù)先確定的壓力差閾值進(jìn)行比較；以及
如果初始或替代的最小陽(yáng)極壓力和初始或替代的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差小于預(yù)先確定的壓力差閾值達(dá)到預(yù)先確定的數(shù)量的壓力樣本，則設(shè)定壓力傳感器故障。
[0011]2.如技術(shù)方案I所述的方法，其中，基于可校準(zhǔn)的表來(lái)確定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望的時(shí)間間隔。
[0012]3.如技術(shù)方案2所述的方法，其中，所述可校準(zhǔn)的表基于燃料電池系統(tǒng)因素，這些因素包括燃料電池堆電流密度。
[0013]4.如技術(shù)方案3所述的方法，其中，當(dāng)電流密度增加時(shí)，期望的時(shí)間間隔減小。
[0014]5.如技術(shù)方案4所述的方法，其中，對(duì)于高的燃料電池堆電流密度來(lái)說(shuō)，期望的時(shí)間間隔是大約3秒。[0015]6.如技術(shù)方案4所述的方法，其中，對(duì)于低的燃料電池堆電流密度來(lái)說(shuō)，期望的時(shí)間間隔是大約6秒。
[0016]7.如技術(shù)方案I所述的方法，其中，預(yù)先確定的壓力差閾值取決于陽(yáng)極壓力傳感器精度。
[0017]8.如技術(shù)方案I所述的方法，還包括如果發(fā)生壓力傳感器故障則采取補(bǔ)救措施。
[0018]9.如技術(shù)方案8所述的方法，其中，采取補(bǔ)救措施包括使用開(kāi)環(huán)控制將陽(yáng)極壓力設(shè)定點(diǎn)設(shè)定為高于陰極側(cè)壓力設(shè)定點(diǎn)預(yù)先確定的值。
[0019]10.一種檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)中的陽(yáng)極壓力傳感器故障的方法，包括:
使用控制器執(zhí)行以下步驟:
設(shè)定初始最小陽(yáng)極壓力傳感器值和初始最大陽(yáng)極壓力傳感器值；
確定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望時(shí)間間隔以及確定由控制器從陽(yáng)極壓力傳感器收集陽(yáng)極壓力測(cè)量樣本的總數(shù)量；
將初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力與初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差與預(yù)先確定的壓力差閾值進(jìn)行比較；以及
如果初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力和初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差小于預(yù)先確定的壓力差閾值達(dá)到預(yù)先確定的數(shù)量的樣本，則設(shè)定壓力傳感器故障。
[0020]11.如技術(shù)方案10所述的方法，其中，基于可校準(zhǔn)的表來(lái)確定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望的時(shí)間間隔。
[0021]12.如技術(shù)方案11所述的方法，其中，所述可校準(zhǔn)的表基于燃料電池系統(tǒng)因素，這些因素包括燃料電池堆電流密度。
[0022]13.如技術(shù)方案12所述的方法，其中，當(dāng)電流密度增加時(shí)，期望的時(shí)間間隔減小。
[0023]14.如技術(shù)方案10所述的方法，其中，預(yù)先確定的壓力差閾值取決于陽(yáng)極壓力傳感器精度。
[0024]15.如技術(shù)方案10所述的方法，還包括如果發(fā)生壓力傳感器故障則采取補(bǔ)救措施。
[0025]16.一種檢測(cè)燃料電池中的陽(yáng)極壓力傳感器故障的系統(tǒng)，包括:
帶有陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的燃料電池堆；
將陽(yáng)極氣體引入燃料電池堆的陽(yáng)極入口管線；
使陽(yáng)極排氣再循環(huán)到陽(yáng)極入口管線中的陽(yáng)極再循環(huán)管線；
所述陽(yáng)極入口管線中的陽(yáng)極壓力傳感器；以及
控制器，該控制器被編程為檢測(cè)陽(yáng)極壓力傳感器的故障，所述控制器被編程為設(shè)定初始最小陽(yáng)極壓力傳感器值和初始最大陽(yáng)極壓力傳感器值，其中，所述控制器還被編程為確定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望時(shí)間間隔以及從陽(yáng)極壓力傳感器收集陽(yáng)極壓力測(cè)量樣本的總數(shù)量，所述控制器還被編程為將初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力值與初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力值之間的壓力差與預(yù)先確定的壓力差閾值進(jìn)行比較，以及如果初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力和初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差小于預(yù)先確定的壓力差閾值則設(shè)定壓力傳感器故障。
[0026]17.如技術(shù)方案16所述的系統(tǒng)，其中，基于可校準(zhǔn)的表來(lái)確定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望的時(shí)間間隔，所述可校準(zhǔn)的表基于燃料電池系統(tǒng)因素，這些因素包括燃料電池堆電流密度。
[0027]18.如技術(shù)方案17所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)電流密度增加時(shí)，期望的時(shí)間間隔減小。
[0028]19.如技術(shù)方案16所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被編程為如果發(fā)生壓力傳感器故障則采取補(bǔ)救措施。
[0029]20.如技術(shù)方案19所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器通過(guò)使用開(kāi)環(huán)控制將陽(yáng)極壓力設(shè)定點(diǎn)設(shè)定為高于陰極側(cè)壓力設(shè)定點(diǎn)預(yù)先確定的值而采取補(bǔ)救措施。
[0030]本發(fā)明的其它特征將從結(jié)合附圖的以下描述和權(quán)利要求變得清楚。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是燃料電池系統(tǒng)的示意框圖；
圖2是用于確定陽(yáng)極壓力傳感器是否正常運(yùn)行的算法的流程圖；
圖3a是圖表，橫軸是時(shí)間，縱軸是單位為kPa的陽(yáng)極壓力；以及 圖3b是圖表，橫軸是時(shí)間，縱軸是單位為kPa的陽(yáng)極壓力。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明的實(shí)施例的以下論述涉及一種確定燃料電池系統(tǒng)中的陽(yáng)極壓力傳感器是否正常工作的過(guò)程，其在本質(zhì)上僅是示例性的，并且不以任何方式限制本發(fā)明或其應(yīng)用或用途。
[0033]圖1是包括燃料電池堆12的燃料電池系統(tǒng)10的示意框圖。燃料電池系統(tǒng)10用于總體表示任何類(lèi)型的燃料電池系統(tǒng)，諸如將陽(yáng)極排氣再循環(huán)回到陽(yáng)極入口的燃料電池系統(tǒng)以及采用帶有陽(yáng)極流改變的分堆設(shè)計(jì)的燃料電池系統(tǒng)。氫源14使用噴射器16 (諸如噴射器/射出器)在陽(yáng)極輸入管線18上將新鮮氫提供給燃料電池堆12的陽(yáng)極側(cè)，如讓渡給本申請(qǐng)的受讓人的美國(guó)專(zhuān)利 N0.7320840 的 “Combination of Injector-Ejector for FuelCell Systems”中所述，該申請(qǐng)通過(guò)引用而結(jié)合在本文中。在陽(yáng)極再循環(huán)管線20上從堆12輸出陽(yáng)極排氣，此處使用噴射器16可以將其再次引入燃料電池堆12中。壓力傳感器24在陽(yáng)極再循環(huán)管線20的下游的位置測(cè)量陽(yáng)極入口管線18中的壓力，諸如在噴射器16和燃料電池堆12之間的位置。陽(yáng)極泄放閥26泄放來(lái)自陽(yáng)極再循環(huán)管線的陽(yáng)極排氣，如以下更詳細(xì)論述的。
[0034]系統(tǒng)10還包括壓縮機(jī)32，該壓縮機(jī)32在陰極輸入管線34上將陰極入口空氣流提供給堆12。在陰極排氣管線36上輸出陰極排氣。陽(yáng)極泄放閥26通過(guò)泄放管線28和混合接頭38將陽(yáng)極排氣泄放到陰極輸出管線36中，從而為陽(yáng)極排氣離開(kāi)燃料電池系統(tǒng)10提供了路徑，如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。
[0035]為了提供燃料電池堆12的電流密度測(cè)量，提供了電流密度測(cè)量裝置22?？刂破?0用于操作燃料電池系統(tǒng)10并且還檢測(cè)來(lái)自電流密度測(cè)量裝置22的電流密度測(cè)量信號(hào)，以確定對(duì)來(lái)自壓力傳感器24的陽(yáng)極壓力測(cè)量信號(hào)采樣的時(shí)間間隔，如以下更詳細(xì)論述。
[0036]如上所述，如果燃料電池系統(tǒng)中的壓力傳感器失效或變得卡住，則在一時(shí)間段內(nèi)壓力反饋值可能是平的。來(lái)自壓力傳感器24的陽(yáng)極壓力反饋被用在若干燃料電池系統(tǒng)控制算法中，例如陽(yáng)極壓力控制、陽(yáng)極閥控制、排氣排放控制等。不精確地反映陽(yáng)極壓力傳感器的真實(shí)壓力的平的讀數(shù)也將造成其它算法不能正常工作。因此，以下所述的算法被設(shè)計(jì)成提供穩(wěn)定的診斷算法，以檢測(cè)諸如陽(yáng)極壓力傳感器24的陽(yáng)極壓力傳感器何時(shí)不正常工作。
[0037]圖2是檢測(cè)諸如陽(yáng)極壓力傳感器24的陽(yáng)極壓力傳感器何時(shí)不正常工作的算法的流程圖50。在框52，設(shè)定初始最小陽(yáng)極壓力和初始最大陽(yáng)極壓力，并且在框54，設(shè)定來(lái)自壓力傳感器24的陽(yáng)極壓力傳感器測(cè)量的樣本的時(shí)間間隔和期望的總數(shù)量。在框54選擇的時(shí)間間隔基于可校準(zhǔn)的表，其使用燃料電池系統(tǒng)因素(諸如來(lái)自電流密度測(cè)量裝置22的電流密度)來(lái)確定適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔。使用的樣本的總數(shù)量可以依賴(lài)于堆的操作情況和使用可校準(zhǔn)的表確定的時(shí)間間隔。電流密度被用于確定算法監(jiān)測(cè)陽(yáng)極壓力的時(shí)間間隔的原因是因?yàn)樵诟唠娏髅芏葪l件期間，陽(yáng)極壓力會(huì)較快地變化，因此當(dāng)燃料電池堆12操作在高電流密度時(shí)，對(duì)于執(zhí)行流程圖50的算法來(lái)說(shuō)，樣本之間的較短的時(shí)間間隔更為合適。什么構(gòu)成燃料電池堆12的高電流密度取決于堆的特性。例如，在車(chē)輛加速期間燃料電池堆12的電流密度可能處于高電流密度。在低電流密度情況下，諸如當(dāng)燃料電池堆12處于怠速模式時(shí)，陽(yáng)極壓力較慢地變化。因此，需要較大的時(shí)間間隔來(lái)檢測(cè)壓力卡住故障并且避免錯(cuò)誤的傳感器卡住檢測(cè)。
[0038]一旦在框52設(shè)定了初始最小和最大陽(yáng)極壓力，并且在框54基于電流密度確定了樣本的時(shí)間間隔和數(shù)量，則算法開(kāi)始取得來(lái)自壓力傳感器24的陽(yáng)極壓力測(cè)量的樣本，以獲得測(cè)量的最小和最大壓力值。初始最小陽(yáng)極壓力和初始最大陽(yáng)極壓力可以取決于堆操作條件，諸如例如當(dāng)前操作條件下的期望陽(yáng)極壓力。
[0039]在判決框56處，以在框54設(shè)定的時(shí)間間隔對(duì)陽(yáng)極壓力采樣，并且計(jì)數(shù)樣本的數(shù)量，如以下更詳細(xì)論述。在判決框58處，如果確定來(lái)自陽(yáng)極壓力傳感器24的壓力讀數(shù)小于在框54設(shè)定的初始最小壓力值，則在框60，算法將以來(lái)自判決框58的測(cè)量的最小壓力讀數(shù)替代來(lái)自框54的初始最小壓力值。如果在判決框58處來(lái)自壓力傳感器24的壓力讀數(shù)不降低至在框54設(shè)定的初始最小壓力值以下，則來(lái)自框54的初始最小壓力值被保留，算法前進(jìn)到判決框62，在此處，算法確定來(lái)自壓力傳感器24的測(cè)量的最大壓力讀數(shù)是否大于在框54設(shè)定的初始最大壓力值。在判決框62，如果最大測(cè)量的陽(yáng)極壓力大于在框54設(shè)定的初始最大壓力，則在框64，使用來(lái)自判決框62的測(cè)量的最大壓力值替代在框54設(shè)定的初始最大壓力。在判決框62，如果從陽(yáng)極壓力傳感器24測(cè)量的最大壓力不大于在框54設(shè)定的初始最大壓力，則算法前進(jìn)到框66，以確定樣本的陽(yáng)極壓力測(cè)量是完整的，如果期望的樣本總數(shù)還沒(méi)有達(dá)到，則返回到判決框56以繼續(xù)確定下一樣本周期的最小和最大陽(yáng)極壓力測(cè)量。
[0040]一旦在判決框56確定對(duì)于確定的時(shí)間間隔已經(jīng)測(cè)量了期望數(shù)量的樣本，則在判決框68處，算法確定設(shè)定的最小和最大壓力值之間的差是否大于可變的預(yù)先確定的閾值。最小和最大陽(yáng)極壓力之間的預(yù)先確定的壓力差閾值的值取決于各種堆操作參數(shù)，諸如電流密度和傳感器精度。壓力差閾值應(yīng)該至少大于傳感器精度，否則診斷將不被觸發(fā)。
[0041]如果設(shè)定的最小和最大壓力值之間的差大于預(yù)先確定的閾值，則流程圖50的算法確定陽(yáng)極壓力傳感器24正常工作，并且該算法返回框54以重復(fù)以上所述的過(guò)程。在判決框68，如果算法確定最小和最大壓力設(shè)定點(diǎn)之間的差小于預(yù)先確定的壓力差閾值，則在框70觸發(fā)傳感器卡住診斷，并且在框72采取一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)救措施。
[0042]在框70的傳感器卡住診斷包括如果最小和最大壓力設(shè)定點(diǎn)之間的差小于預(yù)先確定的壓力閾值達(dá)到多于預(yù)先確定的數(shù)量的壓力樣本，則觸發(fā)診斷，其中，該閾值是使診斷成熟的閾值，用于計(jì)數(shù)預(yù)先確定的總樣本數(shù)量。在框72采取的補(bǔ)救措施可以包括命令陽(yáng)極壓力設(shè)定點(diǎn)至預(yù)先確定的值，其不包括使用來(lái)自陽(yáng)極壓力傳感器24的測(cè)量。例如，可以使用開(kāi)環(huán)控制將陽(yáng)極壓力設(shè)定點(diǎn)設(shè)定為高于燃料電池堆12的陰極側(cè)壓力設(shè)定點(diǎn)50kPa，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。在評(píng)估了流程圖50的算法的診斷之后，算法重新設(shè)定最小和最大壓力值，并且開(kāi)始根據(jù)以上流程圖50的新的數(shù)據(jù)捕獲循環(huán)。
[0043]圖3a顯示了圖表，橫軸是時(shí)間，縱軸是單位為kPa的陽(yáng)極壓力。在該示例中，每隔
3秒從采樣的數(shù)據(jù)取得最小和最大陽(yáng)極壓力，6kPa壓力差閾值以觸發(fā)診斷。通過(guò)循環(huán)和如果-則的邏輯來(lái)取得最小和最大陽(yáng)極壓力:在每個(gè)樣本循環(huán)期間，如果壓力值小于先前樣本中捕獲的最小壓力值，該新的壓力值將替代最小壓力值。如果壓力值不小于在先前的樣本中捕獲的最小壓力值，則算法將保留最小壓力值。如果壓力值大于在先前的樣本中捕獲的最大壓力值,則該新的壓力值將替代最大壓力值,否則該算法將保留最大壓力值。如圖3a所示，在參考標(biāo)號(hào)80所示的最大壓力和在參考標(biāo)號(hào)82所示的最小壓力超過(guò)了 6kPa的壓力差閾值，因此在圖3a所示的整個(gè)時(shí)間框期間不觸發(fā)傳感器卡住診斷。
[0044]圖3b顯示了圖表，橫軸是時(shí)間，縱軸是單位為kPa的陽(yáng)極壓力。如同圖3a，每隔3秒從樣本數(shù)據(jù)取得最小和最大陽(yáng)極壓力，使用6kPa壓力差閾值來(lái)觸發(fā)診斷。圖3b的圖表比圖3a的圖表平得多，因此舉例而言，在參考標(biāo)號(hào)84所示的最大壓力和在參考標(biāo)號(hào)86所示的最小壓力不超過(guò)6kPa的壓力差閾值。因?yàn)闃颖局械闹辽僖粋€(gè)不具有超過(guò)6kPa閾值的壓力差，因此在圖3b中觸發(fā)傳感器卡住診斷。盡管在圖3b中觸發(fā)傳感器卡住診斷，但其可以由錯(cuò)誤讀數(shù)引起，因?yàn)樗x的時(shí)間間隔太短或者壓力差閾值太大。在精確地檢測(cè)燃料電池堆12中的陽(yáng)極中的壓力傳感器故障時(shí)，壓力差閾值和時(shí)間間隔的選擇是關(guān)鍵的。因此，使壓力差閾值和所選的時(shí)間間隔是可調(diào)節(jié)的參數(shù)將幫助流程圖50的算法更為穩(wěn)定并且適應(yīng)于不同的燃料電池系統(tǒng)操作條件，從而使錯(cuò)誤檢測(cè)的可能性更小。
[0045]前述論述僅公開(kāi)和描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。本發(fā)明技術(shù)人員將從該論述以及附圖和權(quán)利要求容易地懂得，在不偏離以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種改變，變換和變形。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)中的陽(yáng)極壓力傳感器故障的方法，包括: 使用控制器執(zhí)行以下步驟: 設(shè)定初始最小陽(yáng)極壓力傳感器值和初始最大陽(yáng)極壓力傳感器值； 確定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望時(shí)間間隔以及由控制器從陽(yáng)極壓力傳感器收集陽(yáng)極壓力測(cè)量樣本的總數(shù)量； 如果測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力小于初始最小陽(yáng)極壓力，則利用測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力值替代初始最小陽(yáng)極壓力傳感器值； 如果測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力大于初始最大陽(yáng)極壓力，則利用測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力值替代初始最大陽(yáng)極壓力傳感器值； 將初始或替代的最小陽(yáng)極壓力值與初始或替代的最大陽(yáng)極壓力值之間的壓力差與預(yù)先確定的壓力差閾值進(jìn)行比較；以及 如果初始或替代的最小陽(yáng)極壓力和初始或替代的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差小于預(yù)先確定的壓力差閾值達(dá)到預(yù)先確定的數(shù)量的壓力樣本，則設(shè)定壓力傳感器故障。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于可校準(zhǔn)的表來(lái)確定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望的時(shí)間間隔。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述可校準(zhǔn)的表基于燃料電池系統(tǒng)因素，這些因素包括燃料電池堆電流密度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，當(dāng)電流密度增加時(shí)，期望的時(shí)間間隔減小。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，對(duì)于高的燃料電池堆電流密度來(lái)說(shuō)，期望的時(shí)間間隔是大約3秒。`
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，對(duì)于低的燃料電池堆電流密度來(lái)說(shuō)，期望的時(shí)間間隔是大約6秒。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，預(yù)先確定的壓力差閾值取決于陽(yáng)極壓力傳感器精度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括如果發(fā)生壓力傳感器故障則采取補(bǔ)救措施。
9.一種檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)中的陽(yáng)極壓力傳感器故障的方法，包括: 使用控制器執(zhí)行以下步驟: 設(shè)定初始最小陽(yáng)極壓力傳感器值和初始最大陽(yáng)極壓力傳感器值； 確定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望時(shí)間間隔以及確定由控制器從陽(yáng)極壓力傳感器收集陽(yáng)極壓力測(cè)量樣本的總數(shù)量； 將初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力與初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差與預(yù)先確定的壓力差閾值進(jìn)行比較；以及 如果初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力和初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差小于預(yù)先確定的壓力差閾值達(dá)到預(yù)先確定的數(shù)量的樣本，則設(shè)定壓力傳感器故障。
10.一種檢測(cè)燃料電池中的陽(yáng)極壓力傳感器故障的系統(tǒng)，包括: 帶有陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的燃料電池堆； 將陽(yáng)極氣體引入燃料電池堆的陽(yáng)極入口管線； 使陽(yáng)極排氣再循環(huán)到陽(yáng)極入口管線中的陽(yáng)極再循環(huán)管線； 所述陽(yáng)極入口管線中的陽(yáng)極壓力傳感器；以及控制器，該控制器被編程為檢測(cè)陽(yáng)極壓力傳感器的故障，所述控制器被編程為設(shè)定初始最小陽(yáng)極壓力傳感器值和初始最大陽(yáng)極壓力傳感器值，其中，所述控制器還被編程為確定對(duì)陽(yáng)極壓力測(cè)量進(jìn)行采樣的期望時(shí)間間隔以及從陽(yáng)極壓力傳感器收集陽(yáng)極壓力測(cè)量樣本的總數(shù)量，所述控制器還被編程為將初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力值與初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力值之間的壓力差與預(yù)先確定的壓力差閾值進(jìn)行比較，以及如果初始或測(cè)量的最小陽(yáng)極壓力 和初始或測(cè)量的最大陽(yáng)極壓力之間的壓力差小于預(yù)先確定的壓力差閾值則設(shè)定壓力傳感器故障。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK103579649SQ201310318729
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月27日
【發(fā)明者】J.蔡, D.C.迪菲奧爾, S.R.法爾塔, S.E.加西亞, C.A.加爾斯科伊 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司