用于诊断燃料电池系统状态的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]尽管已有检测燃料电池堆干涸的传统方法，例如电流中断(Cl)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。
[0009]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】
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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I时从已计算的平均电流获得电流值。
[0014]此外，状态图表可以是其中燃料电池堆的占空比、平均输出电流、最大输出电流以及燃料电池堆入口或出口的相对湿度映射的图表。在状态图表中，占空比可对应于燃料电池堆的产水率，并且平均输出电流可对应于产水速度。在这种情况下，确定燃料电池系统状态可包括以已计算的占空比和平均输出电流确定由燃料电池堆产生的水量。
[0015]确定燃料电池系统状态可基于燃料电池堆的最大输出电流和燃料电池堆入口或出口的相对湿度确定燃料电池系统状态，该最大输出电流和该相对湿度用计算的平均输出电流和计算的占空比在状态图表中映射得到。
[0016]确定燃料电池系统状态也可包括，根据占空比和平均输出电流，使用多个临界值作为区分状态段的参考值，将燃料电池系统状态划分成多个状态段的步骤，以及确定燃料电池系统状态属于哪个状态段的步骤。
[0017]同样在本发明的一些实施例中，确定燃料电池系统状态可包括，根据占空比和平均输出电流，使用多个临界值作为区分状态段的参考值，将燃料电池系统状态划分成多个状态段；当最大输出电流等于或低于预设的参考最大输出电流时，并且当占空比和平均输出电流在多个状态段中的第一状态段的范围内时，将燃料电池系统状态诊断为第一异常状态；当最大输出电流小于或等于预设的参考最大输出电流时，并且当占空比和平均输出电流在多个状态段中的第三状态段的范围内时，将燃料电池系统状态诊断为第二异常状态；以及当最大输出电流超过预设的参考最大输出电流时，并且当占空比和平均输出电流在多个状态段中的第二状态段的范围内时，将燃料电池系统状态诊断为正常状态。
[0018]这样，在其他例示实施例中，状态图表可因燃料电池堆的每个操作温度而不同。进一步地，第一状态段和第二状态段可由第一临界值区分，第二状态段和第三状态段可由第二临界值区分，并且第一临界值可小于第二临界值。
[0019]有利地，可以实时诊断燃料电池系统状态为湿或干状态，并根据诊断的状态获得燃料电池系统的最优操作条件，例如相对湿度、水的需要量和/或最大输出。另外，可以从状态图表更好地理解燃料电池系统的燃料电池状态(SFC)、预测燃料电池车辆的状态，并基于预测的燃料电池车辆的状态保障稳定驾驶性能。最后，也可以根据行驶条件实时监控燃料电池系统状态，并防止燃料电池车辆在禁止行驶的条件下行驶。所以，由于以上系统可改善燃料电池车辆的耐久性。
【附图说明】
[0020]本发明的以上和其他目的、特征和其他优点在连同附图考虑时从以下详细描述更各易理解，在附图中:
[0021]图1是示出根据本发明的一个示例性实施例的诊断燃料电池系统状态的方法的流程图；以及
[0022]图2是表示根据本发明的一个示例性实施例的状态图表的例子的图示。
【具体实施方式】
[0023]在此披露的本发明的实施例的特定结构和功能的描述仅用于说明本发明的实施例的目的。本发明可用许多不同形式实施而不背离本发明的精神和显著特性。因此，本发明的实施例仅为说明目的披露，并且不应解释为限制本发明。
[0024]由于本发明的实施例可用许多不同形式多样地修改，因此现在详细参考本发明的多种实施例，其特定例子在附图中示出并在下面描述。尽管本发明将结合其示例性实施例进行描述，但应理解本描述不旨在将本发明限于这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，而且覆盖可包括在如由附随权利要求定义的本发明的精神和保护范围内的各种替换、修改、等同物和其他实施例。
[0025]应该理解，尽管术语“第一”、“第二”等可在此用来描述各种元件，但这些元件不由这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件从另一元件区分。例如，在下面讨论的第一元件可称为第二元件而不背离本发明的教导。相似地，第二元件也可称为第一元件。
[0026]应该理解，当元件称为“耦接”或“连接”到另一元件时，其可直接耦接或连接到其他元件，或者可在其间存在插入元件。相反，应该理解，当元件称为“直接耦接”或“直接连接”到另一元件时，没有插入元件存在。解释元件之间关系的其他表述，例如“在元件之间”、“直接在元件之间”、“邻接”或“直接邻接”应以相同方式解释。
[0027]在此使用的术语仅用于描述具体实施例的目的并且不旨在限制。如在此使用，单数形式“一个”、“一只”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文以其他方式明确表示。进一步应该理解，术语“包含”、“包括”、“具有”等在本说明书中使用时，指所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件