[发明专利]检测冻结的阳极压力传感器的方法和算法

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种用于确定燃料电池系统内的阳极压力传感器是否正常运行的系统和方法，且更具体地涉及一种用于通过将阳极压力传感器读数与环境压力传感器测量值和阳极与阴极之间的差压传感器测量值的加和进行比较来确定燃料电池系统内的阳极压力传感器是否正常运行的系统和方法。 

背景技术

氢是非常具有吸引力的燃料，因为氢是清洁燃料且能够用于在燃料电池内有效地产生电。氢燃料电池是电化学装置，所述装置包括阳极和阴极以及在阳极和阴极之间的电解质。阳极接收氢气且阴极接收氧或空气。氢气在阳极内分离以生成自由质子和电子。质子通过电解质到达阴极。质子与氧和电子在阴极内反应生成水。来自阳极的电子不能通过电解质且因此被引导通过负载，以在被送到阴极前做功。 

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是用于车辆的流行的燃料电池。PEMFC一般包括固体聚合物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极和阴极典型地包括磨碎的催化剂微粒，通常是铂(Pt)，所述催化剂微粒支承在碳微粒上且与离聚物混合。催化剂混合物沉积在膜的相对两侧上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合物和膜形成膜电极组件(MEA)。MEA的制造相对昂贵且要求一定条件以有效运行。 

数个燃料电池典型地组合在燃料电池堆内以生成希望的动力。例如，用于车辆的典型的燃料电池堆可以具有两百或更多个堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入反应剂气体，典型地为由压缩机迫使通过堆的空气流。并非所有氧都被堆消耗，且空气的一些作为阴极排气输出，所述阴极排气可包括作为堆的副产物的水。燃料电池堆还接收流入到堆的阳极侧的阳极氢反应剂气体。堆还包括流动通道，冷却流体通过该流动通道流动。 

燃料电池堆包括定位在堆内的数个MEA之间的一系列双极板，其中双极板和MEA定位在两个端板之间。双极板包括用于堆内相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。阳极气体流动通道设置在双极板的阳极侧上，所述阳极气体流动通道允许阳极反应剂气体流到各MEA。阴极气体流动通道设置在双极板的阴极侧上，所述阴极气体流动通道允许阴极反应剂气体流到各MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，且另一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由例如不锈钢的传导材料或由传导复合材料制成。端板将由燃料电池产生的电传导到堆外以及传导回到堆中。双极板还包括流动通道，冷却流体流过该流动通道。 

如在本领域中所理解，燃料电池内的膜需要具有一定的相对湿度，使得穿过膜的离子阻力足够小以有效传导质子。此湿度可以来自堆的副产物水或外部湿度。在燃料电池堆运行期间，副产物水和外部湿度可以进入阳极和阴极流动通道，且可以在阳极或阴极气体流动通道内聚积。 

典型地，需要将燃料电池运行为使得堆的阳极侧所处的压力略微高于堆的阴极侧所处的压力。保持阳极侧压力略微高于阴极侧的压力的原因包括减少越过MEA发生的氮的越过量，并且在放泄事件期间防止阴极排气进入阳极侧。为保证存在合适的压力，燃料电池系统典型地使用测量燃料电池堆的阴极侧压力的阴极压力传感器、测量燃料电池堆的阳极侧压力的阳极压力传感器、和用于测量燃料电池堆的阴极侧和阳极侧之间的压力差的差压传感器。 

燃料电池堆的阳极侧和阴极侧内的液态水可能冻结并形成冰。有时这种冰能够形成在阳极侧压力传感器上或形成在阳极侧压力传感器周围，这影响阳极侧压力传感器提供正确压力读数的能力。因此，在下一次系统启动期间，冻结的阳极压力传感器可能给出不准确的读数，该不准确的读数指示阳极侧压力过高或过低，或当阳极侧压力实际过高或过低时指示为正常的压力测量值。如果给出不正确的阳极侧压力读数且阳极侧压力过高，则过多的氢可能损失且由于部件破裂可能发生系统故障。低压力阳极侧可能导致阴极侧催化剂迅速毁坏。 

发明内容

根据本发明的教示，公开了一种用于进行燃料电池堆阳极侧压力传感器的可信性检查的方法以确定压力传感器是否提供准确的测量值。在系统启动前当阴极侧压缩机不向燃料电池堆提供阴极空气且堆的阴极侧处于环境压力时，提供来自燃料电池堆的阳极侧和阴极侧之间的差压 传感器的压力测量值。将差压传感器读数加到来自环境压力传感器的压力测量值，其中如果阳极侧压力传感器正常运行则该加和应与来自阳极侧压力传感器的压力测量值大约相同。