[发明专利]用于诊断燃料电池系统状态的方法和设备

说明书

本发明公开一种诊断燃料电池系统状态的技术。该技术包括配置处理器，从而在燃料电池车辆运行期间基于预设的行驶时间段的实时行驶数据计算占空比和平均输出电流；从计算的占空比和计算的平均输出电流获得参考电流值；以及通过在多个依每个参考电流值而变化的状态图表中挑选与获得的参考电流值对应的状态图表，确定燃料电池系统状态。

技术领域

本发明涉及用于诊断燃料电池系统状态的方法和设备，特别涉及用于从驾驶模式实时诊断燃料电池系统状态的方法和设备。

背景技术

燃料电池车辆通常包括燃料电池堆、将作为燃料的氢供应到燃料电池堆的燃料供应系统、供应用作电化学反应所必需的氧化剂的氧的空气供应系统以及控制燃料电池堆温度的水热管理系统，其中燃料电池堆包括多个燃料电池。

燃料电池系统将氢储罐中的压缩氢通过降低氢的压力供应到燃料电池堆的燃料电极(阳极)，并且空气供应系统将通过操作鼓风机吹入的外部空气供应到燃料电池堆的空气电极(阴极)上。

在氢供应到燃料电池堆的燃料电极并且氧供应到空气电极时，通过催化反应产生氢离子。氢离子通过电解质膜传送到氧化电极或空气电极。氢离子、电子和氧在氧化电极经历电化学反应，由此产生电能。更具体地，氢的电化学氧化在燃料电极发生，并且氧的电化学还原在空气电极发生。在此情况下，由于电子移动而产生电和热，并且通过氧和氢结合的电化学反应产生蒸汽或水。

另外，在大多数系统中，提供排放设备以排放在燃料电池堆产生电能时产生的副产物例如蒸汽、水和热，以及未反应的气体例如剩余氢和氧。气体例如蒸汽、氢和氧经排放设备通过排气通道排放到大气。

理论上，主要有两个可促成燃料电池堆干涸的条件。一个条件是当燃料电池车辆在高温和高输出操作时，另一个条件是在低输出期间。高温和高输出时的干涸归因于燃料电池堆中热平衡的崩溃。而低输出时的干涸归因于未能供应足够空气、温度控制差以及由施加低电流和不运行负载所引起的产水减少。

燃料电池堆干涸导致燃料电池堆的输出减少。此外，其花费长时间回复到正常输出。此外，如果干涸长时期继续，则燃料电池堆的性能也可能会降至不可能恢复的程度，以致燃料电池堆可能损坏。因此，需要一种检测燃料电池堆干涸、并在检测到干涸时执行用于恢复燃料电池堆的操作以使燃料电池堆可以容易从干涸恢复的技术。

尽管已有检测燃料电池堆干涸的传统方法，例如电流中断(CI)和电化学阻抗谱(EIS)，但这些方法使用特定电流带并因此难以在车辆运行的同时实时使用。另外，因为会将额外的成本转嫁给消费者的额外高输出硬件是必需的，所以这些方法难以应用到车辆。

前述仅旨在帮助理解本发明的背景，并且不旨在意味着本发明落入本领域技术人员已知的现有技术的范围内。

发明内容

因此考虑到现有技术中出现的以上问题做出本发明，并且本发明旨在提出用于实时诊断燃料电池堆状态的方法和设备，其使得能够识别燃料电池堆最优操作条件。

根据一个方面，诊断燃料电池系统状态的方法包括：由处理器基于燃料电池车辆在预设的行驶时间段的行驶数据计算占空比和平均输出电流；由处理器基于计算的占空比和平均输出电流获得参考电流值；以及由处理器通过从对于各参考电流值都不同的状态图表中挑选与已获得的参考电流值对应的状态图表，确定燃料电池系统状态。

更具体地，可通过计算电流从燃料电池堆输出的电流输出时间与预设的行驶时间段的比率来获得占空比。另外，可通过将在预设的行驶时间段从燃料电池堆输出的总电流除以行驶时间来计算平均输出电流。

在本发明的一些实施例中，计算参考电流值可指在计算的占空比为1时从已计算的平均电流获得电流值。