本发明专利技术涉及确定燃料电池放泄歧管单元中的阀／管线冻结或故障的诊断。提供一种用于确定燃料电池系统放泄歧管单元（ＢＭＵ）中的阀是否被冰阻塞或者发生故障的系统和方法。系统打开第一放泄阀、关闭第二放泄阀和打开排气阀，然后读取压力信号以确定是否有流通过节流阀从而来确定所述第一放泄阀或排气阀是否被阻塞。然后系统关闭所述排气阀，使所述第一放泄阀打开，并再次读取压力信号以确定穿过所述节流阀的压力降，其将表示所述节流阀和压力传感器管线是否被阻塞。系统然后关闭所述第一放泄阀并且打开所述第二放泄阀以确定压力信号是否表明流通过所述第二放泄阀。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总的涉及一种用于确定燃料电池系统中的放泄阀是否被冰阻塞的系统和方法，且更具体地涉及一种用于确定在燃料电池系统中与对开式电池子组相关联的放泄歧 管单元中的各种阀是否被阻塞的系统和方法。
技术介绍
氢是非常有吸引力的燃料，因为它清洁并且能够用于有效地在燃料电池中产生 电。氢燃料电池是包括阳极和阴极以及介于阳极和阴极之间的电解质的电化学装置。阳极 接收氢气，阴极接收氧气或空气。氢气在阳极中分解从而产生自由的质子和电子。质子穿 过电解质到达阴极。质子在阴极与氧和电子发生反应从而产生水。来自阳极的电子不能穿 过电解质，并因此在被送到阴极之前被引导通过负载而做功。 质子交换膜燃料电池(PEMFC)是常见的车用燃料电池。PEMFC通常包括固态聚合 物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极和阴极通常包括支撑在碳粒子上并与离聚物 混合的细粒状催化粒子，其通常为铂(Pt)。催化混合物沉积在膜的相对两侧上。阳极催化 混合物、阴极催化混合物和膜的组合限定了膜电极组件(MEA)。 MEA的制造成本相对比较昂 贵并且需要用于有效操作的某些条件。 若干燃料电池通常组合在燃料电池组中以产生期望的功率。例如，用于车辆的典 型燃料电池组可具有200或更多个堆叠的燃料电池。燃料电池组接收阴极输入反应气体， 该输入气体通常为在压縮机的作用下被迫流过燃料电池组的空气流。并非所有的氧气都被 燃料电池组消耗，一些空气作为阴极排出气体输出，所述阴极排出气体可能包含作为燃料 电池组副产物的水。燃料电池组还接收流入燃料电池组的阳极侧的阳极氢反应气体。电池 组还包括冷却流体流过其中的流动通道。 燃料电池组包括一系列位于燃料电池组中的若干MEA之间的双极板，其中双极板 和MEA位于两个端板之间。双极板包括用于燃料电池组中的相邻燃料电池的阳极侧和阴极 侧。阳极气体流动通道设置在双极板的阳极侧上以允许阳极反应气体流向相应的MEA。阴 极气体流动通道设置在双极板的阴极侧上以允许阴极反应气体流向相应的MEA。 一个端板 包括阳极气体流动通道，并且另一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由例如不 锈钢或导电复合物的导电材料制成。端板将由燃料电池产生的电导出燃料电池组。双极板 还包括冷却流体流过其中的流动通道。 MEA是可渗透的，因此允许空气中的氮从电池组的阴极侧渗透通过MEA并且聚集在电池组的阳极侧，在工业中称为氮穿越。即使阳极侧压力可能大于阴极侧压力，阴极侧部分压力也将引起空气渗透通过膜。燃料电池组的阳极侧的氮稀释氢，使得如果氮浓度增大超过某个百分比，例如50%，那么燃料电池组变得不稳定并且可能发生故障。本领域已知在燃料电池组的阳极排气输出处提供放泄阀以从电池组的阳极侧去除氮。 算法可采用为在电池组工作期间提供对阳极排气中的氮浓度的在线估计，从而知道何时触发阳极排气放泄。基于从阴极侧到阳极侧的渗透率以及阳极排气的周期性放泄， 算法可追踪电池组的阳极侧中随时间的氮浓度。在算法计算出氮浓度的增加在预定阈值例 如10%之上时，算法可触发放泄。放泄通常被执行为允许多个电池组阳极容量放泄、因此使 氮浓度降到阈值之下的某个持续时间。 某些燃料电池系统采用阳极流转换，其中，燃料电池组分成电池子组并且阳极反 应气体以交替方向流动通过对开式电池子组。在这些类型的设计中，放泄歧管单元(BMU) 可设置成包括用于提供阳极排气放泄的阀。因为在阳极排气中存在水，所以无论采取什么 措施去除水，有可能在系统关断时BMU具有残留在其中的水。如果外部环境温度在足够长 的时间周期足够低，那么水可能凝固。在下次起动时，在BMU充分解冻之前可能需要阳极排 气放泄，其中冰可能阻塞BMU中的流动。在某些燃料电池系统设计中，在起动程序期间执行 连续的阳极排气放泄，因为燃料电池组对在那个时间期间聚集的氮尤其敏感。 对于对开式电池组系统，提供阳极排气放泄的典型位置是在电池组流的端部处。 因此，两个放泄阀用于取决于流动方向提供阳极放泄。因为BMU通常设置成提供该形式的 放泄，所以其典型地称为BMU放泄法。然而，也可使用从联结两个电池子组的管线中的排放 阀放泄阳极排气的中心放泄。由于排放阀的尺寸较大，中心放泄典型地比端部流或BMU放 泄效率低。 放泄的位置是一个特征并且放泄的频率和持续时间是另一个特征。对于冻结的电 池组而言，放泄阀应当尽可能多地打开以避免任何局部化的水聚集。这称为连续放泄，并且 可能是无效的放泄方法，因为在阳极排气放泄期间也失去了氢。因此，一旦系统预热，系统 就应当返回到正常的放泄调度。正常的放泄方法应当在仍保持良好的电池组运行的情况 下，提供尽可能少地放泄以使系统效率最大化。在这种模式下，在工作期间，可在大的百分 比时间关闭放泄阀。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开一种用于确定BMU中的阀是否被冰阻塞或者发生故障的 系统和方法。BMU设置在包括第一和第二对开式电池子组的燃料电池系统中。BMU包括第 一放泄阀、第二放泄阀、排气阀、节流阀和测量穿过所述节流阀的压力的压力传感器。控制 器确定BMU中的阀在控制器打开第一放泄阀、关闭第二放泄阀和打开排气阀的阶段是否被 阻塞，然后从压力传感器读取压力信号以确定是否有流动通过节流阀从而确定第一放泄阀 或排气阀是否被阻塞。然后，控制器关闭排气阀并且使第一放泄阀打开，并再次读取压力信 号以确定穿过节流阀的压力降，这将表明节流阀或压力传感器管线是否被阻塞。然后控制 器关闭第一放泄阀并且打开第二放泄阀，以确定压力信号是否表明流动通过第二放泄阀。 本专利技术的额外特征将从下面的详细描述和所附权利要求中并且结合附图变得显 而易见。附图说明 图1是采用对开式电池子组和BMU的燃料电池系统的框图；以及 图2是示出用于在BMU故障时提供电池组阳极排气放泄的过程的流程图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例的讨论本质上仅是示范性的，并且决不以任何方式限制本 专利技术或其应用或使用，本专利技术涉及一种用于确定燃料电池系统BMU是否被冰阻塞或发生其 他故障的系统和方法。 图1是燃料电池系统10的框图，燃料电池系统10包括在阳极流转换下运行的对 开式燃料电池子组12和14。在流动处于一个方向时，喷射器排16在阳极输入管线24上将 新鲜氢喷射进电池子组12的阳极侧。输出自电池子组12的阳极气体在连接管线20上被 传送到电池子组14。在流动处于相反的方向时，喷射器排18在阳极输入管线26上将新鲜 氢喷射进电池子组14的阳极侧，阳极气体从电池子组14输出并且在管线20上被传送到电 池子组12。排放阀22设置在管线20中并且可用于中心放泄，如在下面将更详细地讨论。 BMU30设置在对开式电池子组12和14的阳极输入处，并且基于任何合适的放泄 调度在特定时间期间提供阳极排气放泄以从电池子组12和14的阳极侧去除氮。BMU30包 括连接阳极输入管线24和26的管线32以及将管线32连接到系统10的排气的排气管线 34，该系统10的排气典型地为电池子组12和14的阴极侧排气。第一放泄阀36设置在管 线32中靠近电池子组12以及第二放泄阀38设置在管线32中靠近电池子组14。排气阀 40设置在管线34中，在阳极放泄期间和可根据需要的其他时间打开排气阀40。节流阀44 设置在管线34本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池系统，其包括：第一对开式电池子组；第二对开式电池子组；设置在所述第一和第二对开式电池子组的输入处的放泄歧管单元（ＢＭＵ），所述放泄歧管单元包括第一放泄阀、第二放泄阀、排气阀、节流阀和压力传感器，所述压力传感器跨接所述节流阀联接并且提供表明流通过所述节流阀的压力信号；以及用于确定ＢＭＵ中的流动通路是否被阻塞的控制器，所述控制器打开第一放泄阀、关闭第二放泄阀和打开排气阀，并且从压力传感器读取压力信号以确定是否有穿过节流阀的压力降，其表明流通过所述节流阀，其中如果没有检测到流，则所述第一放泄阀或排气阀中的其中一个被阻塞；所述控制器进一步关闭所述排气阀，保持所述第一放泄阀打开，并读取压力信号以确定穿过所述节流阀的压力降，其中非零流动表示所述节流阀或压力传感器管线有限制；所述控制器进一步关闭所述第一放泄阀并且打开所述第二放泄阀以确定压力信号是否表明流通过所述第二放泄阀。
【技术特征摘要】
US 2008-10-31 12/262825一种燃料电池系统，其包括第一对开式电池子组；第二对开式电池子组；设置在所述第一和第二对开式电池子组的输入处的放泄歧管单元(BMU)，所述放泄歧管单元包括第一放泄阀、第二放泄阀、排气阀、节流阀和压力传感器，所述压力传感器跨接所述节流阀联接并且提供表明流通过所述节流阀的压力信号；以及用于确定BMU中的流动通路是否被阻塞的控制器，所述控制器打开第一放泄阀、关闭第二放泄阀和打开排气阀，并且从压力传感器读取压力信号以确定是否有穿过节流阀的压力降，其表明流通过所述节流阀，其中如果没有检测到流，则所述第一放泄阀或排气阀中的其中一个被阻塞；所述控制器进一步关闭所述排气阀，保持所述第一放泄阀打开，并读取压力信号以确定穿过所述节流阀的压力降，其中非零流动表示所述节流阀或压力传感器管线有限制；所述控制器进一步关闭所述第一放泄阀并且打开所述第二放泄阀以确定压力信号是否表明流通过所述第二放泄阀。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述排气阀在所述控制器读出压力信号时 被关闭以确定所述节流阀或所述压力传感器管线是否被阻塞。3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述排气阀在所述控制器读出压力信号时 被打开以确定所述节流阀或所述压力传感器管线是否被阻塞。4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器确定所述BMU中的各阀是否被冰 阻塞。5. —种燃料电池系统，其包括 第一对开式电池子组； 第二对开式电池子组；设置在所述第一和第二对开式电池子组的输入处的放泄歧管单元(BMU)，所述放泄歧 管单元包括第一放泄阀、第二放泄阀、排气阀、节流阀和压力传感器，所述压力传感器跨接 所述节流阀联接并且提供表示流通过所述节流阀的压力信号；以及用于确定BMU中的流动通路是否被阻塞的控制器，所述控制器使用三个独立阶段来确 定流动通路是否被阻塞，其中每个阶段包括打开一些阀、关闭一些阀和读取压力信号。6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一阶段包括所述控制器打开第一放 泄阀、关闭第二放泄阀和...
【专利技术属性】
技术研发人员：P弗罗斯特，BJ克林格曼，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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