一种燃料电池氢系统的储氢气瓶故障诊断方法与流程

本发明涉及一种故障诊断方法，具体而言，涉及一种燃料电池氢系统的储氢气瓶故障诊断方法。

背景技术：

氢燃料电池汽车技术日趋发展成熟，作为一种零污染、零排放的新能源汽车，氢燃料电池汽车已经越来越多的进入到了交通系统，得到公众的广泛认可。燃料电池车以氢气为燃料，通过燃料发动机，将化学能高效转化为电能从而驱动汽车，整个过程仅排出纯净的水，因而是不久的将来取代传统化石燃料汽车的最理想的节能环保型零排放交通工具。

氢燃料电池的燃料电池氢系统一般包含多个用于存储氢气的储氢气瓶，瓶口阀是安装在储氢气瓶瓶口的控制氢气瓶内气体与外界保持连通或断开的部件。在燃料电池氢系统运转过程中，如果瓶口阀开启功能、维持开启功能或关闭功能发生故障，即使燃料电池氢系统接收到外界控制命令并且燃料电池氢系统控制器执行了相关的操作，由于实际瓶口阀开关状态是未知的，因此难以判断瓶口阀是否实现了目标功能。比如，燃料电池氢系统接收外界命令进行开机操作，需要开启全部储氢气瓶，燃料电池氢系统控制器按照控制逻辑给每个储氢气瓶瓶口阀相对应的驱动控制信号，通过驱动电路控制储氢气瓶瓶口阀产生开启动作，如果储氢气瓶瓶口阀的内部电路发生故障(开路等)，那么驱动电路并不能成功开启瓶口阀，由于燃料电池氢系统控制器无法检测瓶口阀驱动电路电流，因此无法判断储氢气瓶瓶口阀实际开关状态的。如果储氢气瓶瓶口阀没有开启或者储氢气瓶瓶口阀开启后又意外关闭，导致储氢气瓶间压力存在较大差异，对于燃料电池氢系统而言是非常危险的。

在现有技术中，燃料电池氢系统控制器内仅集成了的专门的瓶口阀的驱动电路，并不具备检测开启瓶口阀过程电流、维持瓶口阀开启状态电流、关闭瓶口阀过程电流的能力，因此无法判断储氢气瓶瓶口阀实际开关状态。

综上所述，需要提供一种燃料电池氢系统的储氢气瓶故障诊断方法，其能够克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种燃料电池氢系统的储氢气瓶故障诊断方法，其能够克服现有技术的缺陷。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现。

本发明的一个实施方式提供了一种燃料电池氢系统的储氢气瓶故障诊断方法,所述储氢气瓶故障诊断方法包括多个步骤：

步骤1：获取燃料电池氢系统中连接储氢组件和供氢组件的管路中的管路压力和各个储氢气瓶的温度；

步骤2：根据管路压力和各个储氢气瓶的温度计算各个储氢气瓶中的初始氢气质量；

步骤3：判断是否达到预设的故障诊断时间，若“否”，执行步骤4；若“是”，执行步骤5；

步骤4：累计计算储氢气瓶中氢气的质量的变化量，然后执行步骤3；

步骤5：根获取各个储氢气瓶的当前温度；

步骤6：根据各个储氢气瓶中氢气的质量的变化量、初始氢气质量和各个储氢气瓶的当前温度，计算连接储氢组件和供氢组件的管路的理论压力；

步骤7：获取当前连接储氢组件和供氢组件的管路的实际压力；

步骤8：根据连接储氢组件和供氢组件的管路的理论压力和实际压力进行故障诊断处理。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中所述步骤4累计计算储氢气瓶中氢气的质量的变化量包括通过在各个储氢气瓶的瓶口流量计测量得到的氢气流量积分计算得到储氢气瓶中氢气的质量的变化量。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中所述步骤4累计计算储氢气瓶中氢气的质量的变化量还包括通过测量连接储氢组件和供氢组件的管路上的可控气流装置的前端氢气压力、后端氢气压力、控制信号、气体温度和零部件温度通过计算或查表得到单位时间流经过该可控零部件的氢气流量，然后通过氢气流量积分计算得到储氢气瓶中氢气的质量的变化量。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中步骤8根据连接储氢组件和供氢组件的管路的理论压力和实际压力进行故障诊断处理包括：

步骤801：根据理论压力和实际压力获得压力差值；

步骤802：判断压力差值是否大于预设的第一阈值，若“是”，执行步骤803；

步骤803：报告第一类故障并记录故障相关数据。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中步骤802判断压力差值是否大于预设的第一阈值，若“否”，执行步骤804；

步骤804：判断压力差值是否大于预设的第二阈值，若“是”，执行步骤805；若“否”，执行步骤1。

步骤805：报告第二类故障并记录故障相关数据。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中所述第一阈值大于第二阈值。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中所述燃料电池氢系统包括供氢组件、储氢组件、注氢组件、检测组件、第一管路和第二管路，储氢组件包括多个储氢气瓶和多个瓶口阀，检测组件包括气压计、多个温度计、第一流量计和第二流量计，每个储氢气瓶上均设有温度计，每个储氢气瓶的瓶口均设有瓶口阀，注氢组件通过第一管路分别与供氢组件和储氢组件的多个瓶口阀连通，供氢组件通过第二管路和外部燃料电池发动机连通，气压计设置在第一管路上，第一流量计设置在第二管路与外部燃料电池发动机的连接处，第二流量计设置在第一管路与注氢组件的连接处。

该储氢气瓶故障诊断方法的优点在于：通过燃料电池氢系统中的压力、温度和氢气流量判断储氢气瓶分是否发生故障，实现方法简单；成本低廉，无需使用价格较贵的电流采样电路即实现了对初期储氢气瓶的故障诊断；弥补了燃料电池氢系统控制器硬件功能不足，保障了燃料电池氢系统运行安全。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的框图；

图2示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的储氢气瓶故障诊断方法的流程图。

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的框图。如图1所示，所述燃料电池氢系统包括供氢组件a、储氢组件b、注氢组件c、检测组件(未示出)、第一管路e和第二管路f，储氢组件b包括多个储氢气瓶b1和多个瓶口阀b2，检测组件包括气压计(未示出)和多个温度计(未示出)，每个储氢气瓶b1上均设有温度计，每个储氢气瓶b1的瓶口均设有瓶口阀b2，注氢组件c通过第一管路e分别与供氢组件a和储氢组件b的多个瓶口阀b2连通，供氢组件a通过第二管路f和外部燃料电池发动机d连通，气压计设置在第一管路e上，第一流量计设置在第二管路f与外部燃料电池发动机d的连接处，第二流量计设置在第一管路e与注氢组件c的连接处。所述第一管路e即为连接储氢组件和供氢组件的管路。

图2示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的储氢气瓶故障诊断方法的流程图。如图2所示，所述储氢气瓶故障诊断方法包括多个步骤：

步骤1：获取燃料电池氢系统中连接储氢组件和供氢组件的第一管路中的管路压力p1和各个储氢气瓶的温度t1、t2…tn；

步骤2：根据管路压力p1和各个储氢气瓶的温度t1、t2…tn计算各个储氢气瓶中的初始氢气质量；所述计算第n个储氢气瓶中的初始氢气质量mn，公式为：

mn＝p1*v*mh2/(r*tn*cof)

其中v是储氢气瓶能够储存的氢气的体积，mh2是储氢气瓶能够储存的氢气的摩尔质量，r是通用气体常数，cof是预先确定的反映温度和压力对应关系的修正系数，cof的值与p1和tn相关。

步骤3：判断是否达到预设的故障诊断时间，若“否”，执行步骤4；若“是”，执行步骤5；

步骤4：累计计算储氢气瓶中氢气的质量的变化量mt，然后执行步骤3；

步骤5：根获取各个储氢气瓶的当前温度t1,t2…tn；

步骤6：根据各个储氢气瓶中氢气的质量的变化量mt、初始氢气质量m1,m2…mn和各个储氢气瓶的当前温度t1,t2…tn，计算连接储氢组件和供氢组件的第一管路的理论压力pref；

pref＝(m1+m2+…mn-mt)/(v*mh2/(r*t1*cof1)+v*mh2/(r*t2*cof2)+…v*mh2/(r*tn*cofn))

其中其中cof1,cof2…cofn是预先确定的反映温度和压力对应关系的修正系数，cof1,cof2…cofn与pref和t1,t2…tn相关，通过数学分析方法计算出使上述公式成立的cof1,cof2…cofn和pref，所述数学分析方法包括牛顿最速下降法或者二分法等。

步骤7：获取当前连接储氢组件和供氢组件的第一管路的实际压力pact；

步骤8：根据连接储氢组件和供氢组件的第一管路的理论压力pref和实际压力pact进行故障诊断处理，然后处理结束。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中所述步骤4累计计算储氢气瓶中氢气的质量的变化量包括通过在各个储氢气瓶的瓶口流量计测量得到的氢气流量q(t)积分计算得到储氢气瓶中氢气的质量的变化量mt，所述积分计算得到储氢气瓶中氢气的质量的变化量mt的公式为：

其中t为测量时间。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中所述步骤4累计计算储氢气瓶中氢气的质量的变化量还包括通过测量连接储氢组件和供氢组件的第一管路上的可控气流装置的前端氢气压力、后端氢气压力、控制信号、气体温度和零部件温度通过计算或查表得到单位时间流经过该可控零部件的氢气流量q(t)，然后通过氢气流量积分计算得到储氢气瓶中氢气的质量的变化量mt。所述查表是指通过大量实验测量数据得到可控气流装置的前端氢气压力、后端氢气压力、控制信号、气体温度和零部件温度与氢气流量之间的对照关系。所述计算是指，根据实验数据和或流体分析软件计算相结合的方式，得到以数学公式表示的可控气流装置的前端氢气压力、后端氢气压力、控制信号、气体温度和零部件温度与氢气流量的对照关系，通过该数学公式计算得到氢气流量。所述积分计算得到储氢气瓶中氢气的质量的变化量mt的公式为：

其中t为测量时间。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中步骤8根据连接储氢组件和供氢组件的第一管路的理论压力和实际压力进行故障诊断处理包括：

步骤801：根据理论压力pref和实际压力pact获得压力差值p＝|pref-pact|；

步骤802：判断压力差值p是否大于预设的第一阈值，若“是”，执行步骤803；

步骤803：报告第一类故障并记录故障相关数据。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中步骤802判断压力差值p是否大于预设的第一阈值，若“否”，执行步骤804；

步骤804：判断压力差值p是否大于预设的第二阈值，若“是”，执行步骤805；若“否”，执行步骤1。

步骤805：报告第二类故障并记录故障相关数据。

根据本发明的上述一个实施方式提供的储氢气瓶故障诊断方法，其中所述第一阈值大于第二阈值。

该储氢气瓶故障诊断方法的优点在于：通过燃料电池氢系统中的压力、温度和氢气流量判断储氢气瓶分是否发生故障，实现方法简单；成本低廉，无需使用价格较贵的电流采样电路即实现了对初期储氢气瓶的故障诊断；弥补了燃料电池氢系统控制器硬件功能不足，保障了燃料电池氢系统运行安全。

当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。