CN109935867A - 用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法和系统。该方法包括计算在预定诊断时间期间在燃料电池组处产生的发热值，然后根据计算出的发热值来计算燃料电池组的温度变化。然后，基于计算出的燃料电池组的温度变化来检测配置为测量燃料电池组的温度的温度传感器的故障。

Description

用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法和系统，更具体地，涉及用于检测温度传感器的正常测量范围内的传感器值的错误的方法和系统。

背景技术

正在研究使用环保燃料电池作为未来替代能源的氢燃料电池车辆。燃料电池通过使用氢气作为反应气体的电化学反应来产生电能。燃料电池控制系统包括：燃料电池组(fuel cell stack)，配置为从化学反应中产生电能以获得来自燃料电池的输出；氢气供应系统，配置为向燃料电池组供应氢作为燃料；空气供应系统，配置为向燃料电池组供应含有作为化学反应所需的氧化剂的氧气的空气；以及热管理系统，配置为释放热量，该热量是燃料电池组中产生电能的副产物。

具体地，热管理系统最佳地调节燃料电池组的操作温度以允许燃料电池组保持适当的温度，并且将燃料电池工作时产生的热量释放到外部。水冷式冷却系统通常用在燃料电池车辆中，以通过使冷却水循环通过形成在燃料电池组上的冷却水通道来冷却燃料电池组。应该精确地测量燃料电池组的温度以控制热管理系统，并且应该根本上确保测量燃料电池组温度的可靠性，以最佳地调节燃料电池组的温度。

可以在因发生化学反应而产生热量的燃料电池组内部直接测量燃料电池组的温度，而通常，由于诸如安装不便等问题，所以根据燃料电池组入口或出口处的冷却水的温度或根据燃料电池组的空气供应系统出口处的废气的温度来估计燃料电池组的温度。然而，当配置为测量冷却水或废气的温度的温度传感器的测量值超过正常测量范围时，可以诊断出断路或短路，但是可能无法诊断正常测量范围内发生的诸如偏移或测量值固定之类的故障，因此降低燃料电池组温度测量的可靠性。

以上内容仅仅是为了帮助理解本发明的背景，并不旨在意味着本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

发明内容

因此，本发明提供一种当在适当的温度下操作燃料电池组以保持燃料电池的性能时诊断配置为测量燃料电池组的温度的温度传感器在正常测量范围内发生的故障的方法和系统。

根据一个方面，一种用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法可以包括：计算在预定诊断时间期间在燃料电池组处产生的发热值；根据计算出的发热值来计算燃料电池组的温度变化；以及基于计算出的燃料电池组的温度变化，诊断配置为测量燃料电池组的温度的温度传感器的故障。

该方法还可以包括：在计算燃料电池组的发热值之前，确定燃料电池组的初始温度是否能够被假设为室外空气的温度，其中，当燃料电池组的初始温度能够被假设为室外空气的温度时，计算燃料电池组的温度变化包括：将室外空气的温度假设为燃料电池组的初始温度，并计算燃料电池组的温度变化。

确定燃料电池组的初始温度是否能够被假设为室外空气的温度可以包括：确定在燃料电池组的操作停止预定停止时间或更长时间之后是否重新操作了燃料电池组。计算燃料电池组的发热值可以包括：测量在预定诊断时间期间燃料电池组的输出电压和输出电流，并且基于测得的输出电压和测得的输出电流来计算燃料电池组的发热值。

计算燃料电池组的发热值可包括：计算在预定诊断时间期间燃料电池组的功率量，并且使用燃料电池组的功率量与其发热值之间的关系来计算燃料电池组的发热值。可以基于连接到燃料电池组的驱动电动机在预定诊断时间期间的功耗来计算燃料电池组的功率量。计算燃料电池组的温度变化可以包括：使用燃料电池组的预定热容，根据计算出的燃料电池组的发热值来计算燃料电池组的温度变化。

该方法还可以包括，在诊断温度传感器的故障之前，测量室外空气的温度。当室外空气的温度落入预定温度范围内时，可以执行温度传感器故障的诊断。诊断温度传感器的故障可以包括：将计算出的燃料电池组在预定诊断时间期间的温度变化与在温度传感器处测得的在预定诊断时间期间的温度变化进行比较，并且当比较结果等于或大于预定参考值时，检测到温度传感器故障。

根据另一方面，一种用于诊断燃料电池的温度传感器故障的系统可以包括：温度传感器，配置为测量燃料电池组的温度；燃料电池控制单元(FCU)或控制器，配置为计算在预定诊断时间期间在燃料电池组处产生的发热值，根据计算出的发热值来计算燃料电池组的温度变化，以及基于计算出的燃料电池组的温度变化来诊断配置为测量燃料电池组的温度的温度传感器的故障。

该系统还可以包括：电压传感器，配置为测量燃料电池组的输出电压；和电流传感器，配置为测量燃料电池组的输出电流。FCU可以配置为基于由电压传感器和电流传感器测得的燃料电池组的输出电压和输出电流来计算燃料电池组的发热值。该系统还可以包括环境温度传感器，配置为测量室外空气的温度。FCU可以配置为当在环境温度传感器处测得的室外空气的温度落入预定温度范围内时检测温度传感器的故障。

附加地，FCU可以配置为测量燃料电池组的操作停止时间，并且当测得的操作停止时间等于或大于预定停止时间时，通过将燃料电池组的初始温度假设为室外空气的温度来计算燃料电池组的温度变化。然后，FCU可以配置为将计算出的燃料电池组在计算燃料电池组的发热值的预定诊断时间期间的温度变化与在温度传感器处测得的在该预定诊断时间期间的温度变化进行比较，并且当比较结果等于或大于预定参考值时，检测到温度传感器故障。

附图说明

结合附图，根据以下详细描述，可以更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法的流程图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于诊断燃料电池的温度传感器故障的系统的配置图；以及

图3是示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池的功率与其传热速率之间的关系的曲线图。

具体实施方式

应当理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)的客车、公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括各种小船和轮船的船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，源自除石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来进行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或多个模块进行。附加地，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置为存储模块，并且处理器具体配置为执行所述模块以进行下面进一步描述的一个或多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可以体现为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络耦合的计算机系统中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)以分布式方式存储和执行。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

除非具体说明或从上下文中明显看出，如本文所使用的，词语“约”应当理解为在本领域的正常容差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另外明确指出，否则本文提供的所有数值均由词语“约”修饰。

在本公开或申请中公开的本发明的示例性实施例的具体结构和功能描述仅为了描述示例性实施例的目的而示出，并且根据本发明的示例性实施例可以以各种形式实现，并且不应该被解释为限于本公开或申请中描述的示例性实施例。

根据本发明的示例性实施例可以进行各种修改并且可以具有各种形式，使得具体实施例将在附图中示出并且在本公开或申请中详细描述。然而，应该理解的是，并不旨在将根据本发明的构思的示例性实施例限制于具体公开形式，而是包括落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替换。

词语第一、第二和/或类似词语可以用于描述各种组件，但是这些组件不应受这些词语限制。这些词语可以仅用于区分一个组件和另一组件的目的，并且例如，第一组件可以被称为第二元件，并且类似地，第二组件也可以被称为第一组件而没有偏离本发明的范围。

当组件被称为“连接”或“耦合”到其他组件时，它可以直接连接或耦合到其他组件，但应该理解的是，另一组件可以存在于该组件和其他组件之间。相反，当组件被称为“直接连接”或“直接耦合”到其他组件时，应该理解的是，另一组件可以不存在于该组件和其他组件之间。描述组件之间的关系的其他表达，即“在......之间”和“直接在......之间”或“与......相邻”和“与......直接相邻”，也应该如上所述来解释。本文使用的词语仅用于描述具体实施例的目的，而不旨在限制本发明。除非上下文另有明确规定，否则单数形式包括复数形式。

除非另外定义，否则本文使用的包括技术或科学术语的所有术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。在字典中定义的一般术语应该被解释为具有在相关领域的背景下一致的含义，并且不应被解释为具有理想主义或过度形式主义的含义，除非在本公开中明确定义。

下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在整个附图中，相同附图标记表示相同的构件。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法的流程图。本文在下面描述的方法可以由具有处理器和存储器的控制器执行。参考图1，根据本发明的示例性实施例的用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法可以包括：计算在预定诊断时间内在燃料电池组处产生的发热值(S400)；根据计算出的发热值来计算燃料电池组的温度变化(S400)；以及基于计算出的燃料电池组的温度变化，诊断配置为测量燃料电池组的温度的温度传感器的故障(S600)。

温度传感器可以配置为测量设置在燃料电池组内部的反应部的温度，并且温度传感器可以设置在燃料电池组内部的反应部处，以直接测量反应部分的温度。然而，由于诸如安装不便或布局的问题，所以通常使用如下的方法，即通过测量通过燃料电池组的冷却水的出口温度或空气供应系统的出口温度来估计燃料电池组的温度。换句话说，根据本发明的用于燃料电池的温度传感器可以是设置在通过燃料电池组的冷却水的流路上或者设置在从燃料电池组排出的废气的流路上并配置为测量冷却水或废气的温度的传感器。

在计算燃料电池组的发热值(S400)之前，上述方法可以包括：确定燃料电池组的初始温度是否能够被假设为室外空气的温度(S100)，并且当确定燃料电池组的初始温度能够被假设为室外空气的温度时，计算燃料电池组的温度变化(S400)可以包括：将室外空气的温度假设为燃料电池组的初始温度，并计算燃料电池组的温度变化。

关于燃料电池组的初始温度是否能够被假设为室外空气的温度的确定(S100)可以包括：确定在停止比预定停止时间更长的时间之后是否重新操作了燃料电池。燃料电池的操作停止可以指在燃料电池车辆正被驱动时不再需要燃料电池发电的怠速模式(Idlemode)。然而，由于可能需要相当长的一段时间以将燃料电池组的初始温度假设为室外空气的温度，所以可以使用停车记录来确定燃料电池车辆的停车时间是否等于或大于燃料电池的预定停止时间。换句话说，车辆停车的时间点可以记录在数据库中。

当燃料电池在相当长的一段时间内保持为停止状态时，可以假设燃料电池组、冷却水等的温度与室外空气的温度一致(例如，可以假设当前的温度对应于室外温度)。换句话说，当燃料电池的停止时间等于或大于预定停止时间(例如，约24小时或更长)时，可以假设燃料电池组的温度等于室外空气的温度。当在燃料电池在相当长的一段时间内保持为停止状态从而燃料电池组的温度与室外空气的温度收敛的状态下重新操作燃料电池时，可以执行冷启动控制以增加燃料电池组的温度直到燃料电池组的温度达到正常操作温度。燃料电池组的正常操作温度可以在约50到80℃的范围内。可以执行冷启动控制直到燃料电池组的温度变为0℃，即燃料电池中冻结的冰融化的温度。另外，在确定冷启动控制的终止条件时可以增加附加的等待时间或附加温度，以确保燃料电池中的所有冻结的冰都已熔化。

在冷启动控制中，配置为使冷却水循环的泵可以不操作或者可以以最小每分钟转数(RPM)操作，替代地，可以借助设置在冷却水的流路上的恒温器(Thermostat)或三通阀阻止通过燃料电池组的冷却水流到散热器。因此，可以更精确地应用燃料电池组的发热值与其温度变化之间的关系，这将在下面描述。因此，可以将预定诊断时间适当地设定为从重新操作燃料电池时起至冷启动控制终止之前的时间。

在诊断温度传感器的故障(S600)之前，上述方法可以包括：测量室外空气的温度(S100)(例如，车辆外部的空气)。当室外空气的温度在预定温度范围内时，可以诊断温度传感器的故障。环境温度传感器可以配置为测量室外空气的温度，并且可以在由环境温度传感器测得的室外空气的温度在预定温度范围内(例如，在约15到30℃的范围内)时，诊断温度传感器的故障。

然而，当室外空气的温度小于或大于(超出)预定温度范围时，燃料电池的发热值与其温度变化之间的关系可能受到与外部的传导和对流的显著影响，因此，可以在室外空气的有限温度范围内(例如，在约15到30℃的范围内)适当地诊断温度传感器的故障。因此，为了防止燃料电池的发热值与其温度变化之间的关系受到与外部的传导和对流的显著影响，可以在预定温度范围内诊断温度传感器的故障，从而提高温度传感器故障诊断的精度和可靠性。

此外，当燃料电池车辆的停车时间小于燃料电池的预定停止时间，或者室外空气的温度在预定温度范围之外时，可以停止燃料电池的温度传感器的故障诊断(S800)并且可以终止诊断控制。附加地，在计算燃料电池组的发热值(S400)之前，该方法可以包括：确定是否从燃料电池组产生功率(S200)。这是因为，当重新操作燃料电池以产生功率时产生热量。可以在产生燃料电池组的功率从而导致从燃料电池组产生热量时，开始预定诊断时间并且燃料电池控制单元(FCU)可以配置为记录诊断时间开始时的温度和时刻(S300)。换句话说，控制器(例如，FCU)可以配置为将该温度和时刻存储在数据库中。根据确定燃料电池组的初始温度是否能够被假设为室外空气的温度的结果，诊断时间开始时的温度可以是室外空气的温度(S100)。

此后，可以计算燃料电池组的发热值(S400)。例如，计算燃料电池组的发热值(S400)可以包括：测量在预定诊断时间期间燃料电池组的输出电压和输出电流，并且基于测得的输出电压和测得的输出电流来计算燃料电池组的发热值。具体地，可以使用以下公式。

Q＝∫{Ifc*(Vth-Vfc)*n}dt

其中，Q是燃料电池组的发热值，Ifc是燃料电池的电池电流，Vth是燃料电池反应的热力学电压，Vfc是燃料电池的电池电压，n是燃料电池的数量。

燃料电池的输出电压和输出电流可以由电压传感器和电流传感器来测量，该电压传感器配置为测量电池电压，并且该电流传感器设置在燃料电池的端子侧并且配置为测量燃料电池的输出电流。电压传感器和电流传感器可以设置在燃料电池组内，因此可以使用上述公式计算在预定诊断时间期间燃料电池组的发热值。

此外，燃料电池反应的热力学电压Vth是用于计算热力学可用的最大能量的电压，并且热力学电压Vth可以等于开路电压(OCV)，其是燃料电池不向外界发射电流的状态下的电压。单元电池的OCV可以是大约1.2V。换句话说，燃料电池的发热值可以通过在热力学上假设从氢气的反应能量(Ifc*Vth)中减去燃料电池的输出能量(Ifc*Vfc)而获得的值为燃料电池的发热值来计算。替代地，氢气的反应能量可以根据反应的氢气的量来计算。作为另一示例，计算燃料电池组的发热值(S400)可包括：计算在预定诊断时间期间燃料电池组的功率量，并且使用燃料电池组的功率量与其发热值之间的关系来计算燃料电池组的发热值。

图3是示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池的功率与其传热速率之间的关系的曲线图。如图3所示，燃料电池的功率与其传热速率可以彼此成正比。通常，燃料电池的效率(功率/(功率+传热速率))可以计算为在约50％到65％的范围内。当假设燃料电池的效率约为50％时，燃料电池的传热速率可以等于燃料电池的功率(传热速率＝1*功率)，并且当假设燃料电池的效率约为65％时，燃料电池的传热速率可以是燃料电池功率的约54％(传热速率＝0.54*功率)。

因此，可以使用考虑到燃料电池的效率的燃料电池的功率与传热速率之间的关系导出作为功率积分值的功率量与作为传热速率积分值的发热值之间的正比关系，并且因此可以通过燃料电池的功率量来计算燃料电池组的发热值。

此外，可以基于连接到燃料电池组的驱动电动机在预定诊断时间期间的功耗来计算燃料电池组的功率量。换句话说，可以计算经由主总线端子连接到燃料电池组的驱动电动机在预定诊断时间期间的功耗，并且可以通过将预定权重值乘以驱动电动机的功耗来计算燃料电池组的功率量。可以通过包括诸如驱动电动机的扭矩、其转速等因子的函数来计算驱动电动机的功耗。

然而，尽管使用燃料电池组的功率量与其发热值之间的关系来计算燃料电池组的发热值的方法是简单的，但是在燃料电池车辆中通常包括作为辅助电源的高压电池(highvoltage battery)。因此，驱动电动机的功耗与燃料电池组的功率量之间的关系可以基于高压电池的充电或放电而变化，并且即使当驱动电动机执行再生制动时，也可能出现误差，由于诸如辅助机构等的外围功耗源，也可能出现不期望的误差。

因此，为了提高基于测得的输出电压和测得的输出电流计算出的燃料电池组的发热值的可靠性，使用燃料电池组的功率量与其发热值之间的关系计算燃料电池组的发热值的方法可以以验证计算出的燃料电池组的发热值是否落在适当范围内的方式利用。计算燃料电池组的温度变化(S400)可以包括：使用燃料电池的预定热容，根据计算出的燃料电池组的发热值来计算燃料电池组的温度变化。根据热力学定律可以使用以下公式。

Q＝Cfc*ΔT

其中，Q是燃料电池组的发热值，Cfc是燃料电池的热容，ΔT是温度变化。

燃料电池组的发热值Q可以指代在预定诊断时间期间燃料电池组的发热值，并且可以考虑燃料电池组和燃料电池组中包括的冷却水，而预设燃料电池的热容Cfc。可以使用上述公式，根据计算出的在预定诊断时间期间燃料电池组的发热值来计算燃料电池组的温度变化。

附加地，该方法可以包括：确定从温度传感器诊断开始时起的累积时间是否超过预定诊断时间(S500)。诊断温度传感器的故障(S600)可以包括：在累积时间超过预定诊断时间时，基于计算出的燃料电池组的温度变化来测量燃料电池组的温度。作为确定从温度传感器诊断开始时起的累积时间是否超过预定诊断时间(S500)的步骤的替代，该方法可以包括：确定燃料电池组的发热值是否大于预定发热值或者确定燃料电池组的功率量是否大于预定功率量，从而确定燃料电池组的温度变化是否足以与预定参考值进行比较。

具体地，基于计算出的燃料电池组的温度变化来诊断测量燃料电池组温度的温度传感器的故障(S600)可以包括：将计算出的燃料电池组在计算燃料电池组的发热值的预定诊断时间期间的温度变化与在温度传感器处测得的在预定诊断时间期间的温度变化进行比较，并且当比较结果大于预定参考值时将温度传感器诊断为发生故障(S700)。换句话说，当|ΔT(测得的温度变化)-ΔT(计算出的温度变化)|大于预定参考值时，可以将温度传感器诊断为发生故障(S700)。具体地，ΔT(测得的温度变化)是在预定诊断时间之前和之后在温度传感器处测得的温度变化，并且ΔT(计算出的温度变化)是基于计算出的燃料电池组的发热值而计算的燃料电池组的温度变化。

然而，当|ΔT(测得的温度变化)-ΔT(计算出的温度变化)|小于预定参考值时，温度传感器可以被诊断为未发生故障，因此可以确定温度传感器正常地感测温度，从而可以终止诊断(S800)。因此，可以通过将在配置为测量燃料电池组的温度的温度传感器处测得的在预定诊断时间期间的温度变化与使用在预定诊断时间期间燃料电池组的发热值计算出的燃料电池组的温度变化进行比较来诊断温度传感器的故障。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于诊断燃料电池的温度传感器故障的系统的配置图。参考图2，根据本发明的示例性实施例的用于诊断燃料电池的温度传感器故障的系统可以包括：温度传感器30和30'，配置为测量燃料电池组10的温度；燃料电池控制单元(FCU)20或控制器，配置为计算在预定诊断时间期间在燃料电池组10处产生的发热值，基于计算出的发热值来计算燃料电池组10的温度变化，基于计算出的燃料电池组10的温度变化来诊断测量燃料电池组10的温度的温度传感器30和30'的故障。

温度传感器30可以设置在冷却水的流路上以测量通过燃料电池组10的冷却水的温度，并且温度传感器30'可以设置在空气供应管线的出口侧以测量通过燃料电池组10的废气的温度。温度传感器30和30'可以配置为测量冷却水和废气的温度，并且FCU 20可以配置为使用测得的冷却水或废气的温度来估计燃料电池组10的温度。FCU 20可以是控制器，其配置为操作整体设备，诸如设置在燃料电池组10周围的空气供应系统、热管理系统和氢气供应系统。

特别地，氢气供应系统的氢气罐60可以配置为向燃料电池组10供应氢气，并且空气可以从空气入口供应到燃料电池组10并且可以排放到空气出口。热管理系统可以是使用冷却水的水冷式系统，并且可以包括配置为使冷却水循环的泵70、配置为释放热量的散热器80、配置为将室外空气引导到散热器80的风扇81以及配置为调节冷却水的流路的路径的恒温器90。

从燃料电池组10输出的直流电可以通过逆变器51转换为交流电并且可以供应到驱动电动机50。虽然图中未示出，但是也可以包括高压电池和辅助机构。还可以包括配置为测量燃料电池组10的输出电压的电压传感器(未示出)和配置为测量燃料电池组10的输出电流的电流传感器(未示出)。FCU 20可以配置为基于在电压传感器和电流传感器处测得的输出电压和输出电流来计算燃料电池组10的发热值。

电压传感器(未示出)和电流传感器(未示出)可以配置为测量经由主总线端子(未示出)从燃料电池组10输出的整体输出电压和整体输出电流，并且替代地，电压传感器和电流传感器可以配置为测量燃料电池组10内的每个电池的输出电压和输出电流，以计算燃料电池组10的整体输出电压和整体输出电流。还可以包括配置为测量室外空气的温度的环境温度传感器40，并且FCU 20可以配置为当在环境温度传感器40处测得的室外空气的温度落入预定温度范围内时，诊断温度传感器30和30'的故障。

环境温度传感器40可以设置在空气供应系统的空气入口处，以测量室外空气的温度。替代地，环境温度传感器40可以配置为测量流入散热器80的空气的温度，或者环境温度传感器40可以设置在燃料电池车辆外部以测量室外空气的温度。FCU 20可以配置为测量燃料电池组10的操作停止时间，并且当测得的操作停止时间等于或大于预定停止时间时，通过将燃料电池组10的初始温度假设为室外空气的温度来计算燃料电池组10的温度变化。

附加地，FCU 20可以配置为将计算出的燃料电池组10在预定诊断时间期间的温度变化与在温度传感器30和30'处测得的在预定诊断时间期间的温度变化进行比较，在该预定诊断时间中计算燃料电池组10的发热值。当比较结果大于预定参考值时，FCU 20可以配置为检测到温度传感器30和30'发生故障。将省略用于诊断燃料电池的温度传感器故障的系统中与用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法重叠的详细描述。

当用于燃料电池的温度传感器被确定为故障时，FCU可以配置为使用车辆的仪表组上的警告灯等来向驾驶员输出关于温度传感器故障的通知。这可以是让驾驶员进行维护的警告。而且，FCU可以执行故障保护操作。例如，当燃料电池可能过热或过冷时，可以限制燃料电池的输出功率。由于对功率的限制，所以能够防止由于过热而引起的对燃料电池的损害以及由于过冷期间产生的过量的水而引起的反应气体供应不足。

此外，当用于燃料电池的温度传感器发生故障时，在温度传感器处测得的燃料电池组的温度可能不可靠，因此，可以根据燃料电池组的发热值来估计燃料电池组的温度，并且可以将其用于燃料电池组的温度控制。具体地，燃料电池组的温度控制可以包括：操作冷却水循环系统中包括的冷却水泵、用于绕过冷却水流路的阀等，并且FCU可以配置为使用根据燃料电池组的发热值估计的燃料电池组的温度来调节燃料电池组的温度。可以使用间接估计燃料电池温度的替代传感器值。例如，当冷却剂温度传感器发生故障时，空气出口气体的温度值用作冷却剂温度替代值以执行冷却系统控制功能。当以一对一的方式使用时可以使用替代的传感器值，或者它们可以反映根据从燃料电池输出的热量计算出的偏移量。

附加地，可以确定在燃料电池的温度传感器处测得的温度是否被诊断为具有与燃料电池组温度的实际温度相差预定温度的偏移量，因此可以校正在燃料电池的温度传感器处测得的温度的误差，并将其用作燃料电池组的温度。因此可以根据校正的温度来操作燃料电池。

根据用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法和系统，可以检测由于断路或短路而超出温度传感器的正常测量范围的故障以及在正常测量范围内测量不正确温度的故障。此外，可以确保在燃料电池的温度传感器处测得的温度值的可靠性。基于精确的温度测量，可以操作燃料电池以保持适当的温度，从而保持性能，由此提高燃料电池的耐久性和发电效率。

尽管已经描述和示出了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离如所附权利要求所公开的本发明的技术精神的情况下，各种变化和修改都是可能的。

Claims (14)

1.一种用于诊断燃料电池的温度传感器故障的方法，包括以下步骤：

通过控制器计算在预定诊断时间期间在燃料电池组处产生的发热值；

通过所述控制器，根据计算出的发热值计算所述燃料电池组的温度变化；以及

通过所述控制器，基于计算出的燃料电池组的温度变化，诊断配置为测量所述燃料电池组的温度的温度传感器的故障。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

在计算所述燃料电池组的发热值之前，通过所述控制器确定所述燃料电池组的初始温度是否能够被假设为室外空气的温度，

其中，当所述燃料电池组的初始温度能够被假设为室外空气的温度时，计算所述燃料电池组的温度变化的步骤包括：将所述室外空气的温度假设为所述燃料电池组的初始温度并计算所述燃料电池组的温度变化。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述燃料电池组的初始温度是否能够被假设为所述室外空气的温度的步骤包括：确定在所述燃料电池组的操作停止预定停止时间或更长时间之后是否重新操作了所述燃料电池组。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述燃料电池组的发热值的步骤包括：

通过所述控制器测量在预定诊断时间期间所述燃料电池组的输出电压和输出电流；以及

通过所述控制器，基于测得的输出电压和测得的输出电流，计算所述燃料电池组的发热值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述燃料电池组的发热值的步骤包括：

通过所述控制器计算在所述预定诊断时间期间所述燃料电池组的功率量；并且

通过所述控制器，使用所述燃料电池组的功率量与所述燃料电池组的发热值之间的关系，计算所述燃料电池组的发热值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，基于连接到所述燃料电池组的驱动电动机在所述预定诊断时间期间的功耗来计算所述燃料电池组的功率量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述燃料电池组的温度变化的步骤包括：

通过所述控制器使用所述燃料电池组的预定热容，根据计算出的燃料电池组的发热值来计算所述燃料电池组的温度变化。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

在诊断所述温度传感器的故障之前，通过所述控制器测量室外空气的温度，

其中，当所述室外空气的温度落入预定温度范围内时，执行对所述温度传感器的故障的诊断。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，诊断所述温度传感器的故障的步骤包括：

通过所述控制器将计算出的燃料电池组在所述预定诊断时间期间的温度变化与在所述温度传感器处测得的在所述预定诊断时间期间的温度变化进行比较；并且

当比较结果等于或大于预定参考值时，通过所述控制器将所述温度传感器诊断为发生故障。

10.一种用于诊断燃料电池的温度传感器故障的系统，包括：

温度传感器，配置为测量燃料电池组的温度；

燃料电池控制单元FCU，配置为：

计算在预定诊断时间期间在所述燃料电池组处产生的发热值；

根据计算出的发热值来计算所述燃料电池组的温度变化；并且

基于计算出的燃料电池组的温度变化来诊断测量所述燃料电池组的温度的温度传感器的故障。

11.根据权利要求10所述的系统，还包括：

电压传感器，配置为测量所述燃料电池组的输出电压；和

电流传感器，配置为测量所述燃料电池组的输出电流，

其中，所述FCU配置为基于由所述电压传感器和所述电流传感器测得的燃料电池组的输出电压和输出电流来计算所述燃料电池组的发热值。

12.根据权利要求10所述的系统，还包括：

环境温度传感器，配置为测量室外空气的温度，

其中，所述FCU配置为当在所述环境温度传感器处测得的室外空气的温度落入预定温度范围内时，诊断所述温度传感器的故障。

13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述FCU配置为测量所述燃料电池组的操作停止时间，并且当测得的操作停止时间等于或大于预定停止时间时，通过将所述燃料电池组的初始温度假设为室外空气的温度来计算所述燃料电池组的温度变化。

14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述FCU配置为将计算出的燃料电池组在计算所述燃料电池组的发热值的所述预定诊断时间期间的温度变化与在所述温度传感器处测得的在所述预定诊断时间期间的温度变化进行比较，并且当比较结果等于或大于预定参考值时，将所述温度传感器诊断为发生故障。