用于在燃料电池车辆操作期间测试阳极完整性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于在氢燃料电池 （hydrogen fuel cells)车辆中执行阳极泄漏测试 的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 氢可以用作将燃料电池连接在一起以形成燃料电池堆的燃料源。在燃料电池堆 中，氢存在于阳极侧上，而空气存在于阴极侧上。响应于氢和氧电化学转换为水，燃料电池 堆产生电流，其中水除了驱动车辆本身之外还可以用于驱动车辆上的各种设备。
[0003] -种检测燃料电池堆的阳极侧上的氢泄漏的方法基于减少车辆电力要求而不用 向车辆增补（supplementing)电力以执行阳极泄漏测试（ALT)。例如，US 8524405公开了 在当车辆要求的电力已经经历电力减小时在车辆停车过程期间进行阳极泄漏测试。作为另 一个示例，DE 102009008654或US 7942035仅在满足空载要求时才在燃料电池车辆中进行 泄漏测试。在又一个示例中，US 8349509公开了在车辆启动时和在操作期间间歇地执行阳 极泄漏测试，但不能在测试性能期间增补电力。
【发明内容】
[0004] 本发明人在此已经认识到上述问题以及缺少替代能量源的问题，阳极泄漏测试可 以限于在低燃料电池电力下的性能并且在车辆怠速条件期间执行。因此，可以在燃料电池 堆的阳极中发生氢泄漏的不常见的检查。
[0005] 在一个示例中，提供了一种用于在车辆操作期间例如当车辆被驱动时执行阳极泄 漏测试的方法。在一个特定示例中，该方法包含：暂时将燃料电池电力减小到低于要求的燃 料电池电力；以电池电力增补燃料电池电力减小；以及在暂时减小燃料电池电力期间执行 阳极泄漏测试。此外，通过使用替代能量源以增补燃料电池电力，泄漏检测方法能够基于一 种或多种工况（例如驱动廓线、系统控制状态、温度和/或发动机负荷（例如，车辆速度）） 而被触发。以此方式，可以实现以下技术效果，即阳极泄漏测试的传导可以被更频繁地执 行，并且在车辆操作期间例如当车辆在路上运动行驶时执行。
[0006] 在另一个示例中，一种方法包含：将燃料电池电力降低至燃料电池怠速，同时从替 代电源提供车辆电力并在车辆行进操作期间确定氢燃料电池的阳极完整性。
[0007] 在另一个示例中，替代电源是电池，该电池经配置为在确定阳极完整性时为车辆 供应电力，且其中车辆行进操作包括车辆加速。
[0008] 在另一个示例中，该方法进一步包含：执行阳极泄漏测试以确定阳极完整性，当车 辆被驱动时，执行阳极泄漏测试。
[0009] 在另一个示例中，阳极泄漏测试的性能基于用于确定电池的荷电状态是否超过电 力需求的驱动廓线。
[0010] 在另一个示例中，基于驱动廓线而计算电力需求。
[0011] 在另一个示例中，提供了一种用于在驱动氢燃料电池车辆时检测其中的泄漏的方 法，该方法包含：将要求的燃料电池电力减小至燃料电池怠速，同时从混合动力电池提供电 力，并执行阳极泄漏测试以确认泄漏。
[0012] 在另一个示例中，该方法进一步包含：将混合动力电池的荷电状态与荷电阈值比 较，其中荷电状态超过荷电阈值指示存在足够的电池电力以执行阳极泄漏测试。
[0013] 在另一个示例中，提供的电池电力在阳极泄漏测试期间增补减小的燃料电池电 力。
[0014] 在另一个示例中，该方法进一步包含：将阳极泄漏测试的持续时间与时间阈值比 较以确认泄漏存在。
[0015] 在另一个示例中，该方法进一步包含：基于驱动廓线计算电力需求，将驱动廓线与 混合动力电池的荷电状态比较，并且仅当电力需求降到低于混合动力电池的荷电状态时才 执行阳极泄漏测试。
[0016] 在另一个示例中，该方法进一步包含：当车辆电力由燃料电池电力提供时，增加混 合动力电池的荷电状态。
[0017] 当单独或与附图结合时，根据下面的【具体实施方式】，本发明的上述优点和其它优 点以及特征将变得显而易见。应当理解，上述
【发明内容】
被提供以简化的形式介绍选择的概 念，这些概念被进一步描述在【具体实施方式】中。这并不意味着确定所要求保护的主题的关 键或必要特征。要求保护的主题的范围被所附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主 题不限于解决在上面和本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0018] 通过当单独或参考附图阅读在本文中被称为【具体实施方式】的示例实施例，将会更 充分地理解本文中所描述的优点，其中：
[0019] 图1说明了根据本发明的一个实施例的示例性燃料电池堆系统。
[0020] 图2示出了说明根据该方法的第一实施例的用于暂时减小燃料电池电力并以电 池电力增补燃料电池电力的程序的示例流程图。
[0021] 图3描述了示例性车辆操作顺序，以说明阳极泄漏测试在燃料电池怠速条件下发 生的方法，用于参考。
[0022] 图4示出了根据该方法的第一实施例的示例性车辆操作顺序。
[0023] 图5示出了说明根据该方法的第二实施例的程序的示例流程图。
[0024] 图6说明了根据第一和第二水平阳极泄漏测试建立使用的第一和第二预定脉冲 宽度调制值的框图。
[0025] 图7说明了用于执行第一水平阳极泄漏测试的框图。
[0026] 图8说明了用于执行第二水平阳极泄漏测试的框图；以及
[0027] 图9是描述了当图1的燃料电池堆系统经历一次或更多次泄漏时的控制信号的状 态的曲线图。
【具体实施方式】
[0028] 以下说明涉及用于在车辆操作期间检测氢燃料电池系统中阳极泄漏的方法。在一 个特定实施例中，所公开的系统可以用于具有发电机/电动马达的混合动力燃料电池车辆 推进系统和氢燃料电池堆系统中。因此，图1说明了根据本发明的一个实施例的示例性燃 料电池堆系统。然后，图2-5说明了经配置为暂时将燃料电池电力降低到低于要求的燃料 电池电力、以电池电力增补燃料电池电力减小并在暂时减小燃料电池电力期间执行阳极泄 漏测试的示例程序和操作顺序。图6-9说明了可以在燃料电池电力被暂时减小的操作状态 期间执行的示例性阳极泄漏测试。
[0029] 图1说明了根据本发明的一个实施例的示例性燃料电池再循环系统100。系统100 可以在基于混合动力燃料电池的电动车辆或使用由氢燃料电池产生的电流以驱动各种设 备同时还具有替代能量源以在泄漏检测测试期间燃料电池电力减小时增补车辆电力的任 何其它此类装置中实施。
[0030] 由空气组成的第一流体流（或阴极流）被供给到质量空气流量（MAF)传感器102。 穿过MAF传感器102的空气是大气空气。MAF传感器102测量流体流中空气的流量。空气 压缩机104压缩空气流并将空气流传送至燃料电池堆106。燃料电池堆106包括用于接收 空气流的第一入口 107。加湿器（未示出）可以被添加到系统100以将水蒸汽添加到空气 流中。如果空气包含高水含量，则湿度传感器（未示出）可以被包括以测量湿空气。水可 以用于确保燃料电池堆106中的隔膜（未示出）保持湿润以提供燃料电池堆106的优化操 作。
[0031] 箱（或供应室）108提供具有氢形式的供应燃料流（或阳极流）。供应阳极流包含 压缩的氢。当压缩的氢可以用于系统100中时，任何氢燃料源可以在系统100中实施。例 如，液态氢、存储在各种化学制品（诸如，硼氢化钠、铝氢化物）中的氢或存储在金属氢化物 中的氢可以用于替代压缩的气体。
[0032] 箱阀110控制供应氢的流量。压力调节器设备112调节供应氢的流量。压力调节 器设备112可以包括用于控制流体的压力或流率的任何类型的设备。例如，压力调节器设 备112可以被实施为压力调节器或实施为可变或多级喷射器。压力调节器设备112经配置 以使供应阳极流（例如，从箱108接收的氢）与未使用的阳极流（例如，从燃料电池堆106 再循环的烃）结合以产生输入阳极流（或堆氢）。加湿器（未示出）可以被提供以将水蒸 汽添加到输入阳极流。输入阳极流中可以包括湿润的水蒸汽以确保燃料电池堆106中的隔 膜保持湿润，从而提供燃料电池堆106的优化操作。
[0033] 压力调节器设备112控制到燃料电池堆106的输入阳极流的流量。燃料电池堆 106包括适于接收来自压力调节器设备112的输入阳极流的第二入口 109。响应于电化学 转换来自输入阳极流的氢和来自第一流体流中空气的氧，燃料电池堆106产生堆电流。
[0034] 各种电气设备120耦接至燃料电池堆106以消耗此类电力以运转。如果系统100 连同车辆一起使用，则设备120可以包括马达或多个车辆电气组件，其中每个车辆电气组 件消耗电力以为了特定目的运转。例如，此类设备120可以关联但不限于车辆动力系统、使 用者加热和冷却、内部/外部照明、娱乐设备和电力锁定窗口。在车辆中实施的特定类型的 设备120可以基于车辆内容量、使用的马达类型和实施的特定类型的燃料电池堆而改变。 电流传感器122测量由燃料电池堆106产生的堆电流。电流传感器122将测量的电流读数 传输到控制器124。控制器124将控制值传输至压力调节器设备112以控制到燃料电池堆 106的输入阳极流的流量。压力传感器125耦合在压力调节器设备112和燃料电池堆106 之间以在氢被传送到燃料电池堆106之前测量氢的压力。压力传感器125传输反馈信号， 该反馈信号（例如，压力）是输入阳极流中氢的压力的指示。
[0035] 过量空气和氢被传送到燃料电池堆106以增加燃料电池堆106的操作鲁棒性。燃