用于在燃料電池車輛操作期間測試陽極完整性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于在氫燃料電池 （hydrogen fuel cells)車輛中執(zhí)行陽極泄漏測試 的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氫可以用作將燃料電池連接在一起以形成燃料電池堆的燃料源。在燃料電池堆 中，氫存在于陽極側(cè)上，而空氣存在于陰極側(cè)上。響應(yīng)于氫和氧電化學(xué)轉(zhuǎn)換為水，燃料電池 堆產(chǎn)生電流，其中水除了驅(qū)動車輛本身之外還可以用于驅(qū)動車輛上的各種設(shè)備。
[0003] -種檢測燃料電池堆的陽極側(cè)上的氫泄漏的方法基于減少車輛電力要求而不用 向車輛增補(bǔ)（supplementing)電力以執(zhí)行陽極泄漏測試（ALT)。例如，US 8524405公開了 在當(dāng)車輛要求的電力已經(jīng)經(jīng)歷電力減小時在車輛停車過程期間進(jìn)行陽極泄漏測試。作為另 一個示例，DE 102009008654或US 7942035僅在滿足空載要求時才在燃料電池車輛中進(jìn)行 泄漏測試。在又一個示例中，US 8349509公開了在車輛啟動時和在操作期間間歇地執(zhí)行陽 極泄漏測試，但不能在測試性能期間增補(bǔ)電力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識到上述問題以及缺少替代能量源的問題，陽極泄漏測試可 以限于在低燃料電池電力下的性能并且在車輛怠速條件期間執(zhí)行。因此，可以在燃料電池 堆的陽極中發(fā)生氫泄漏的不常見的檢查。
[0005] 在一個示例中，提供了一種用于在車輛操作期間例如當(dāng)車輛被驅(qū)動時執(zhí)行陽極泄 漏測試的方法。在一個特定示例中，該方法包含：暫時將燃料電池電力減小到低于要求的燃 料電池電力；以電池電力增補(bǔ)燃料電池電力減??；以及在暫時減小燃料電池電力期間執(zhí)行 陽極泄漏測試。此外，通過使用替代能量源以增補(bǔ)燃料電池電力，泄漏檢測方法能夠基于一 種或多種工況（例如驅(qū)動廓線、系統(tǒng)控制狀態(tài)、溫度和/或發(fā)動機(jī)負(fù)荷（例如，車輛速度）） 而被觸發(fā)。以此方式，可以實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)效果，即陽極泄漏測試的傳導(dǎo)可以被更頻繁地執(zhí) 行，并且在車輛操作期間例如當(dāng)車輛在路上運(yùn)動行駛時執(zhí)行。
[0006] 在另一個示例中，一種方法包含：將燃料電池電力降低至燃料電池怠速，同時從替 代電源提供車輛電力并在車輛行進(jìn)操作期間確定氫燃料電池的陽極完整性。
[0007] 在另一個示例中，替代電源是電池，該電池經(jīng)配置為在確定陽極完整性時為車輛 供應(yīng)電力，且其中車輛行進(jìn)操作包括車輛加速。
[0008] 在另一個示例中，該方法進(jìn)一步包含：執(zhí)行陽極泄漏測試以確定陽極完整性，當(dāng)車 輛被驅(qū)動時，執(zhí)行陽極泄漏測試。
[0009] 在另一個示例中，陽極泄漏測試的性能基于用于確定電池的荷電狀態(tài)是否超過電 力需求的驅(qū)動廓線。
[0010] 在另一個示例中，基于驅(qū)動廓線而計(jì)算電力需求。
[0011] 在另一個示例中，提供了一種用于在驅(qū)動氫燃料電池車輛時檢測其中的泄漏的方 法，該方法包含：將要求的燃料電池電力減小至燃料電池怠速，同時從混合動力電池提供電 力，并執(zhí)行陽極泄漏測試以確認(rèn)泄漏。
[0012] 在另一個示例中，該方法進(jìn)一步包含：將混合動力電池的荷電狀態(tài)與荷電閾值比 較，其中荷電狀態(tài)超過荷電閾值指示存在足夠的電池電力以執(zhí)行陽極泄漏測試。
[0013] 在另一個示例中，提供的電池電力在陽極泄漏測試期間增補(bǔ)減小的燃料電池電 力。
[0014] 在另一個示例中，該方法進(jìn)一步包含：將陽極泄漏測試的持續(xù)時間與時間閾值比 較以確認(rèn)泄漏存在。
[0015] 在另一個示例中，該方法進(jìn)一步包含：基于驅(qū)動廓線計(jì)算電力需求，將驅(qū)動廓線與 混合動力電池的荷電狀態(tài)比較，并且僅當(dāng)電力需求降到低于混合動力電池的荷電狀態(tài)時才 執(zhí)行陽極泄漏測試。
[0016] 在另一個示例中，該方法進(jìn)一步包含：當(dāng)車輛電力由燃料電池電力提供時，增加混 合動力電池的荷電狀態(tài)。
[0017] 當(dāng)單獨(dú)或與附圖結(jié)合時，根據(jù)下面的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu) 點(diǎn)以及特征將變得顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解，上述
【發(fā)明內(nèi)容】
被提供以簡化的形式介紹選擇的概 念，這些概念被進(jìn)一步描述在【具體實(shí)施方式】中。這并不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān) 鍵或必要特征。要求保護(hù)的主題的范圍被所附權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護(hù)的主 題不限于解決在上面和本公開的任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0018] 通過當(dāng)單獨(dú)或參考附圖閱讀在本文中被稱為【具體實(shí)施方式】的示例實(shí)施例，將會更 充分地理解本文中所描述的優(yōu)點(diǎn)，其中：
[0019] 圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示例性燃料電池堆系統(tǒng)。
[0020] 圖2示出了說明根據(jù)該方法的第一實(shí)施例的用于暫時減小燃料電池電力并以電 池電力增補(bǔ)燃料電池電力的程序的示例流程圖。
[0021] 圖3描述了示例性車輛操作順序，以說明陽極泄漏測試在燃料電池怠速條件下發(fā) 生的方法，用于參考。
[0022] 圖4示出了根據(jù)該方法的第一實(shí)施例的示例性車輛操作順序。
[0023] 圖5示出了說明根據(jù)該方法的第二實(shí)施例的程序的示例流程圖。
[0024] 圖6說明了根據(jù)第一和第二水平陽極泄漏測試建立使用的第一和第二預(yù)定脈沖 寬度調(diào)制值的框圖。
[0025] 圖7說明了用于執(zhí)行第一水平陽極泄漏測試的框圖。
[0026] 圖8說明了用于執(zhí)行第二水平陽極泄漏測試的框圖；以及
[0027] 圖9是描述了當(dāng)圖1的燃料電池堆系統(tǒng)經(jīng)歷一次或更多次泄漏時的控制信號的狀 態(tài)的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下說明涉及用于在車輛操作期間檢測氫燃料電池系統(tǒng)中陽極泄漏的方法。在一 個特定實(shí)施例中，所公開的系統(tǒng)可以用于具有發(fā)電機(jī)/電動馬達(dá)的混合動力燃料電池車輛 推進(jìn)系統(tǒng)和氫燃料電池堆系統(tǒng)中。因此，圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示例性燃 料電池堆系統(tǒng)。然后，圖2-5說明了經(jīng)配置為暫時將燃料電池電力降低到低于要求的燃料 電池電力、以電池電力增補(bǔ)燃料電池電力減小并在暫時減小燃料電池電力期間執(zhí)行陽極泄 漏測試的示例程序和操作順序。圖6-9說明了可以在燃料電池電力被暫時減小的操作狀態(tài) 期間執(zhí)行的示例性陽極泄漏測試。
[0029] 圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示例性燃料電池再循環(huán)系統(tǒng)100。系統(tǒng)100 可以在基于混合動力燃料電池的電動車輛或使用由氫燃料電池產(chǎn)生的電流以驅(qū)動各種設(shè) 備同時還具有替代能量源以在泄漏檢測測試期間燃料電池電力減小時增補(bǔ)車輛電力的任 何其它此類裝置中實(shí)施。
[0030] 由空氣組成的第一流體流（或陰極流）被供給到質(zhì)量空氣流量（MAF)傳感器102。 穿過MAF傳感器102的空氣是大氣空氣。MAF傳感器102測量流體流中空氣的流量?？諝?壓縮機(jī)104壓縮空氣流并將空氣流傳送至燃料電池堆106。燃料電池堆106包括用于接收 空氣流的第一入口 107。加濕器（未示出）可以被添加到系統(tǒng)100以將水蒸汽添加到空氣 流中。如果空氣包含高水含量，則濕度傳感器（未示出）可以被包括以測量濕空氣。水可 以用于確保燃料電池堆106中的隔膜（未示出）保持濕潤以提供燃料電池堆106的優(yōu)化操 作。
[0031] 箱（或供應(yīng)室）108提供具有氫形式的供應(yīng)燃料流（或陽極流）。供應(yīng)陽極流包含 壓縮的氫。當(dāng)壓縮的氫可以用于系統(tǒng)100中時，任何氫燃料源可以在系統(tǒng)100中實(shí)施。例 如，液態(tài)氫、存儲在各種化學(xué)制品（諸如，硼氫化鈉、鋁氫化物）中的氫或存儲在金屬氫化物 中的氫可以用于替代壓縮的氣體。
[0032] 箱閥110控制供應(yīng)氫的流量。壓力調(diào)節(jié)器設(shè)備112調(diào)節(jié)供應(yīng)氫的流量。壓力調(diào)節(jié) 器設(shè)備112可以包括用于控制流體的壓力或流率的任何類型的設(shè)備。例如，壓力調(diào)節(jié)器設(shè) 備112可以被實(shí)施為壓力調(diào)節(jié)器或?qū)嵤榭勺兓蚨嗉墖娚淦鳌毫φ{(diào)節(jié)器設(shè)備112經(jīng)配置 以使供應(yīng)陽極流（例如，從箱108接收的氫）與未使用的陽極流（例如，從燃料電池堆106 再循環(huán)的烴）結(jié)合以產(chǎn)生輸入陽極流（或堆氫）。加濕器（未示出）可以被提供以將水蒸 汽添加到輸入陽極流。輸入陽極流中可以包括濕潤的水蒸汽以確保燃料電池堆106中的隔 膜保持濕潤，從而提供燃料電池堆106的優(yōu)化操作。
[0033] 壓力調(diào)節(jié)器設(shè)備112控制到燃料電池堆106的輸入陽極流的流量。燃料電池堆 106包括適于接收來自壓力調(diào)節(jié)器設(shè)備112的輸入陽極流的第二入口 109。響應(yīng)于電化學(xué) 轉(zhuǎn)換來自輸入陽極流的氫和來自第一流體流中空氣的氧，燃料電池堆106產(chǎn)生堆電流。
[0034] 各種電氣設(shè)備120耦接至燃料電池堆106以消耗此類電力以運(yùn)轉(zhuǎn)。如果系統(tǒng)100 連同車輛一起使用，則設(shè)備120可以包括馬達(dá)或多個車輛電氣組件，其中每個車輛電氣組 件消耗電力以為了特定目的運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，此類設(shè)備120可以關(guān)聯(lián)但不限于車輛動力系統(tǒng)、使 用者加熱和冷卻、內(nèi)部/外部照明、娛樂設(shè)備和電力鎖定窗口。在車輛中實(shí)施的特定類型的 設(shè)備120可以基于車輛內(nèi)容量、使用的馬達(dá)類型和實(shí)施的特定類型的燃料電池堆而改變。 電流傳感器122測量由燃料電池堆106產(chǎn)生的堆電流。電流傳感器122將測量的電流讀數(shù) 傳輸?shù)娇刂破?24?？刂破?24將控制值傳輸至壓力調(diào)節(jié)器設(shè)備112以控制到燃料電池堆 106的輸入陽極流的流量。壓力傳感器125耦合在壓力調(diào)節(jié)器設(shè)備112和燃料電池堆106 之間以在氫被傳送到燃料電池堆106之前測量氫的壓力。壓力傳感器125傳輸反饋信號， 該反饋信號（例如，壓力）是輸入陽極流中氫的壓力的指示。
[0035] 過量空氣和氫被傳送到燃料電池堆106以增加燃料電池堆106的操作魯棒性。燃