一种具有截止阀故障识别及处理功能的燃料电池发动机的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种具有截止阀故障识别及处理功能的燃料电池发动机。

背景技术：

1、氢能燃料电池汽车是具有广阔发展前景的新能源汽车，其具有加氢时间短、续驶里程长等诸多优点。燃料电池系统通常包含电堆和外围氢气、空气、冷却等零部件系统，电堆进一步包括质子交换膜、催化剂层、气体扩散层、双极板等。

2、燃料电池运行系统中需要氢系统提供稳定的氢气供给。为了避免氢系统异常泄漏等问题，一般在电堆和氢系统中间增加了截止阀来做隔断作用，参见中国专利cn115295822a等。

3、燃料电池在接到整车开机命令后，向氢系统发送开启命令，等待5s，氢系统打开后，开启截止阀，向电堆内通入氢气，同时打开排气阀，置换电堆内的残余混合气体。可见，现有技术只考虑了燃料电池开机排氮过程，未考虑截止阀的故障诊断及其处理。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种具有截止阀故障识别及处理功能的燃料电池发动机，用以解决现有技术无法准确识别截止阀故障原因并进行相应处理的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种具有截止阀故障识别及处理功能的燃料电池发动机，包括控制器、排气阀以及依次设置并连接的第一压力传感器、截止阀、第二压力传感器、比例阀；其中，

3、第一压力传感器的外端口接氢系统，比例阀的外端口接电堆的氢气进口；排气阀的一端接电堆的氢气尾气出口，另一端接车辆尾排管路；控制器的输入端接第一压力传感器、第二压力传感器，其输出端接截止阀、比例阀、排气阀、氢系统；

4、控制器，用于在燃料电池开机时，启动氢系统；以及，根据第一压力传感器数据识别氢系统是否故障，若是，禁止燃料电池开机，否则，控制截止阀打开，进一步根据第二压力传感器数据识别截止阀是否出现严重卡滞故障，以及在截止阀严重卡滞故障时，控制燃料电池关机，并在截止阀无严重卡滞故障时根据第一压力传感器、第二压力传感器数据限制燃料电池功率，以使燃料电池正常运行。

5、上述技术方案的有益效果如下：提供了一种具有截止阀故障识别及处理功能的燃料电池发动机。在进入开机流程后，可识别由于供气不足导致的开机失败，并准确识别故障原因，截止阀严重卡滞故障，以及无截止阀无严重卡滞故障(部分故障)，并对其进行不同故障影响水平下处理，在截止阀严重卡滞故障时关机处理，在无截止阀无严重卡滞故障时限制功率处理。

6、基于上述装置的进一步改进，控制器执行如下程序以完成截止阀故障识别及处理功能：

7、s1.在接收到燃料电池开机指令后，启动氢系统；

8、s2.识别第一压力传感器数据是否大于燃料电池正常工作压力，若是，执行下一步，否则，禁止燃料电池开机，并发出氢系统开启故障的信息；

9、s3.控制截止阀打开，识别第二压力传感器数据是否大于燃料电池工作压力下限值，若是，执行下一步，否则，控制燃料电池关机，并发出截止阀严重卡滞故障的信息；

10、s4.控制比例阀、排气阀打开，以使燃料电池进入氢气置换模式；

11、s5.在氢气置换模式结束后，再次获取第二压力传感器数据，识别第二压力传感器数据是否大于燃料电池工作压力下限值，若是，执行下一步，否则，控制燃料电池关机，并发出截止阀发生严重卡滞故障的信息；

12、s6.继续燃料电池的氢气置换模式，同时根据第一压力传感器、第二压力传感器数据对燃料电池的功率进行限制，以使燃料电池正常运行。

13、进一步，该燃料电池发动机还包括第三压力传感器；其中，

14、第三压力传感器设于比例阀、电堆之间；

15、控制器的输入端还接第三压力传感器，其还用于在截止阀无严重卡滞故障的条件下根据第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器数据限制燃料电池功率，以使燃料电池正常运行。

16、进一步，控制器执行如下程序以完成截止阀故障识别及处理功能：

17、s1.在接收到燃料电池开机指令后，启动氢系统；

18、s2.识别第一压力传感器数据是否大于燃料电池正常工作压力，若是，执行下一步，否则，禁止燃料电池开机，并发出氢系统开启故障的信息；

19、s3.控制截止阀打开，识别第二压力传感器数据是否大于燃料电池工作压力下限值，若是，执行下一步，否则，控制燃料电池关机，并发出截止阀严重卡滞故障的信息；

20、s4.控制比例阀、排气阀打开，以使燃料电池进入氢气置换模式；

21、s5.在氢气置换模式结束后，再次获取第二压力传感器数据，识别第二压力传感器数据是否大于燃料电池工作压力下限值，若是，执行下一步，否则，控制燃料电池关机，并发出截止阀发生严重卡滞故障的信息；

22、s6.继续燃料电池的氢气置换模式，同时根据第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器数据对燃料电池的功率进行限制，以使燃料电池正常运行。

23、进一步，控制器进一步执行如下子程序以完成步骤s2的功能：

24、s21.在氢系统启动时刻开始计时，在计时达到设定时间后，获取第一压力传感器数据；

25、s22.识别第一压力传感器数据是否大于燃料电池正常工作压力，若是，执行步骤s3，否则，禁止燃料电池开机，并发出氢系统开启故障的信息。

26、进一步，控制器进一步执行如下子程序以完成步骤s6的功能：

27、s61.继续燃料电池的氢气置换模式，同时获取第一压力传感器、第二压力传感器的压力差；

28、s62.识别设定时段内第一压力传感器、第二压力传感器的压力差是否超出可信度范围，若是，发出截止阀部分卡滞故障的信息，并执行下一步，否则，发出截止阀无异常的信息，继续燃料电池的整车运行；

29、s63.获取第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器数据；

30、s64.根据第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器数据对燃料电池的功率进行限制，以使燃料电池正常运行。

31、进一步，在第一压力传感器、第二压力传感器的压力差小于等于设定值时，控制器进一步执行如下子程序以完成步骤s64的功能：

32、s641.确定正常模式下第一压力传感器、第二压力传感器之间的流量系数c12-act，以及第二压力传感器、第三压力传感器之间的流量系数c23-act；

33、s642.建立下面公式中的电流-氢气路消耗量模型，该模型的输入为阳极氢气理论消耗量wh2，输出为燃料电池的输出电流i，

34、wh2＝f(i)

35、式中，f()为电流-氢气路消耗量关系函数；

36、s643.将实测的第一压力传感器数据p1_sim、第二压力传感器数据p2_sim、第三压力传感器数据p3_sim，结合上述正常模式下的流量系数c12-act、c23-act，输入下面公式中的氢气路模型中，得到阳极氢气理论消耗量wh2，

37、p1_sim_min＝p3_tar+△p23_sim+△p12_sim

38、△p23_sim＝f(c23-act,wh2)

39、△p12_sim＝c12_sim×wh2

40、式中，f()为等温截止阀函数，p3_tar为燃料电池在当前温度、当前电流点下的理论氢气入堆压力，p1_sim_min为当前截止阀的输入端压力最小值，即第一压力传感器数据p1_sim的最小值，c12_sim为截止阀输入-输出之间的实际流阻系数，△p23_sim为比例阀输出-输出之间的压力差，△p12_sim为截止阀输入-输出之间的压力差；

41、s644.将上述阳极氢气理论消耗量wh2输入电流-氢气路消耗量模型中，得到燃料电池的理论最大电流imax；

42、s645.根据上述理论最大电流imax对燃料电池的输出进行限制，以使燃料电池正常运行。

43、进一步，在第一压力传感器、第二压力传感器的压力差大于设定值时，控制器进一步执行如下子程序以完成步骤s64的功能：

44、s641’.获取数据p1_sim、第二压力传感器数据p2_sim、第三压力传感器数据p3_sim；

45、s642’.通过下面公式确定第一压力传感器、第二压力传感器之间的流量系数c12-act，以及第二压力传感器、第三压力传感器之间的流量系数c23-act；

46、wh2＝c12-act×a1×sqrt(2△p1/ρ)

47、wh2＝c23-act×a2×sqrt(2△p2/ρ)

48、△p1＝p1_sim-p2_sim

49、△p2＝p2_sim-p3_sim

50、式中，a1是截止阀的截面积，a2是当前开度下比例阀的理论截面积，△p1是截止阀前后的压力差，即第一压力传感器、第二压力传感器之间的压力差；△p2是比例阀输入-输出之间的压力差，即第二压力传感器、第三压力传感器之间的压力差，ρ是氢气流体密度；

51、s643’.建立下面公式的电流-氢气路消耗量模型，该模型的输入为阳极氢气理论消耗量wh2，输出为燃料电池的输出电流i，

52、wh2＝f(i)

53、式中，f()为电流-氢气路消耗量关系函数；

54、s644’.根据实测的第一压力传感器数据p1_sim、第二压力传感器数据p2_sim、第三压力传感器数据p3_sim，结合上述正常模式下的流量系数c12-act、c23-act，输入下面公式中的氢气路模型中，得到阳极氢气理论消耗量wh2，

55、p1_sim_min＝p3_tar+△p23_sim+△p12_sim

56、△p23_sim＝f(c23-act,wh2)

57、△p12_sim＝c12_sim×wh2

58、式中，f()为等温截止阀函数，p3_tar为燃料电池在当前温度、当前电流点下的理论氢气入堆压力，p1_sim_min为当前截止阀的输入端压力最小值，即第一压力传感器数据p1_sim的最小值，c12_sim为截止阀输入-输出之间的实际流阻系数，△p23_sim为比例阀输出-输出之间的压力差，△p12_sim为截止阀输入-输出之间的压力差；

59、s645’.将上述阳极氢气理论消耗量wh2输入电流-氢气路消耗量模型中，得到燃料电池的理论最大电流imax；

60、s646’.根据上述理论最大电流imax对燃料电池的输出进行限制，以使燃料电池正常运行。

61、进一步，电流-氢气路消耗量关系函数的形式进一步为：

62、wh2＝(mh2×n×i)/(2×f)

63、式中，n为电堆单片数量，f为法拉第常数、mh2为氢气摩尔质量。

64、进一步，所述设定值大于可信度范围上限。

65、提供
技术实现要素：
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本发明的重要特征或必要特征，也无意限制本发明的范围。