[发明专利]燃料电池系统和用于控制燃料电池系统的方法

说明书

本公开内容涉及燃料电池系统和用于控制燃料电池系统的方法。该系统包括：燃料电池堆；多个阀，被操作为选择性地打开或关闭，以将燃料供应给燃料电池堆以及排除杂质；以及压力传感器，其检测被提供给燃料电池堆的燃料的压力的状态。燃料电池控制器然后在多个阀被操作为打开或关闭时，通过比较由压力传感器检测到的压力的上升时间或下降时间与时间延迟的参考范围，来确定压力传感器或多个阀是否有故障。

技术领域

本公开内容涉及一种燃料电池系统以及用于控制该燃料电池系统的方法，并且更具体地，涉及诊断至燃料电池堆的燃料供应的故障的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种通过在燃料电池堆中的电化学反应将燃料的化学能转换成电能的设备，其不仅为工业、家庭以及车辆供应电力，也为小型电气和电子器件供应电力。

作为燃料电池的示例，已经对聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)作为驱动车辆的动力供应源进行研究。该PEMFC包括：膜电极组件(MEA)，其中，其上发生电化学反应的催化剂电极层被附贴在氢离子穿过的电解质膜上的任一侧；气体扩散层(GDL)，其用于均匀地分布反应气体并传递所产生的电能；垫圈和卡接工具，保持气密性以及反应气体和冷却剂的适当的夹持压力；以及双极板，用于移动反应气体和冷却剂。

当仅通过上述燃料电池驱动车辆时，在燃料电池的低效工作区域内出现性能的降低。因此，除了主电源燃料电池外，高压电池或(用作补充电源的电容器的)超级电容器可被用于提供驱动电动机所需的电力。燃料电池车辆包括燃料储存箱，并通过调节从高压储存箱供应给燃料电池单元的氢和氧的压力来调节来自燃料电池的理想的电输出。为了从燃料电池获得理想的电输出，管理将燃料从燃料储存箱平稳地(例如，恒定地)供应给燃料电池单元是很重要的。

发明内容

本公开内容提供了一种燃料电池系统和用于控制该燃料电池系统的方法，通过该系统和方法可以诊断在将燃料(例如，氢和氧)提供给燃料电池堆时的故障和错误。

根据本公开内容的一个方面，一种燃料电池系统可以包括：燃料电池堆；多个阀，被操作为选择性地打开或关闭，以将燃料供应给燃料电池堆，以及排除杂质；压力传感器，被配置为检测提供给燃料电池堆的燃料的压力的状态；以及燃料电池控制器，被配置为当操作多个阀打开或关闭时，通过比较由压力传感器检测到的压力的上升时间或下降时间与时间延迟的参考范围，确定压力传感器或多个阀是否有故障。

多个阀可包括燃料供应阀、清洗阀、排放阀以及空气阻断阀。燃料供应阀可包括氢供应阀或空气供应器。燃料电池控制器可被配置为当打开燃料供应阀时，通过将压力传感器的值增大到(例如达到)参考值所花费的压力上升时间与时间延迟的参考范围进行比较，确定压力是否正常增大。燃料电池控制器可被配置为当压力上升时间超出时间延迟的参考范围时，确定出压力传感器有故障，或者未能打开或关闭燃料供应阀。

燃料电池控制器可被配置为当打开清洗阀时，通过将压力传感器的值减小到参考值所花费的压力下降时间与时间延迟的参考范围进行比较，确清洗阀的状态以及排出状态。燃料电池控制器可进一步被配置为当压力的下降时间超出时间延迟的参考范围时，检测到燃料的泄露，或者检测到清洗阀打开或关闭的故障。燃料电池控制器可被配置为当打开排放阀时，通过将压力传感器的值减小到参考值所花费的压力下降时间与时间延迟的参考范围进行比较，确定排放阀的状态以及排出状态。

此外，燃料电池控制器可被配置为当压力下降时间超出时间延迟的参考范围时，检测到燃料的泄露，或者检测到排放阀未能打开或关闭的故障。燃料电池控制器可被配置为当打开清洗阀和排放阀两者时，通过将压力传感器的值减小到参考值所花费的压力下降时间与时间延迟的参考范围进行比较，确定清洗阀的状态、排放阀的状态以及排出状态。燃料电池控制器可进一步被配置为确定压力传感器或者多个阀是否有故障，并且响应于确定了压力传感器或者多个阀有故障，输出故障指示或者操作辅助电源(电池)。