CN113054224A - 用于燃料电池供氢模块的控制方法、控制装置及燃料电池 - Google Patents

用于燃料电池供氢模块的控制方法、控制装置及燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN113054224A
CN113054224A CN201911379091.3A CN201911379091A CN113054224A CN 113054224 A CN113054224 A CN 113054224A CN 201911379091 A CN201911379091 A CN 201911379091A CN 113054224 A CN113054224 A CN 113054224A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
fuel cell
supply module
hydrogen supply
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911379091.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113054224B (zh
Inventor
韩硕
唐子威
拉塞尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weishi Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Weishi Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weishi Energy Technology Co Ltd filed Critical Weishi Energy Technology Co Ltd
Priority to CN201911379091.3A priority Critical patent/CN113054224B/zh
Publication of CN113054224A publication Critical patent/CN113054224A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113054224B publication Critical patent/CN113054224B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本公开涉及一种用于燃料电池供氢模块的控制方法，包括：检测操作：检测燃料电池堆栈入口处氢气是否出现压降情况；判定操作：当所述检测结果为出现氢气压降情况，判定所述氢气压降的错误状态；分级操作：根据所述判定氢气压降的错误状态，分级所述错误状态为高危险程度或低危险程度。该方法可以在潜在风险发生之前对燃料电池供氢模块进行判断，并采取预防措施以避免出现安全问题，使燃料电池堆栈始终处于安全状态。

Description

用于燃料电池供氢模块的控制方法、控制装置及燃料电池
技术领域
本公开涉及燃料电池领域，具体涉及用于燃料电池供氢模块的控制方法、控制装置及燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。燃料电池是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为阳极/阴极，空气中的氧气作为阴极/阳极。氢氧燃料电池利用氢气发电，因此，维护燃料电池的安全是至关重要的。氢气泄漏以及过量排放是有害的，并且燃料电池必须在最佳条件下运行，以防止堆栈内部件的退化。例如，如果燃料电池堆栈内没有足够的氢气的情况下运行，堆栈可能导致氢饥饿，损害堆栈组件及性能。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开提供一种用于燃料电池供氢模块的控制方法。该控制方法可以在潜在风险发生之前对燃料电池供氢模块进行判断，并采取预防措施以避免安全问题，使电堆处于最佳状态。
根据本公开一个方面，所述用于燃料电池供氢模块的控制方法，包括：检测操作：检测燃料电池堆栈入口处氢气是否出现压降情况；判定操作：当所述检测结果为出现氢气压降情况，判定所述氢气压降的错误状态；分级操作：根据所述判定氢气压降的错误状态，将所述错误状态分级为高危险程度或低危险程度。
根据本公开一些实施例，所述判定氢气压降的错误状态包括：判定所述燃料电池供氢模块的氢气泄漏故障；和/或，判定所述燃料电池供氢模块的氢气排气回路的氢气过量排放故障；和/或，判定所述燃料电池供氢模块的组件故障。
根据本公开一些实施例，判定所述供氢模块的氢气泄漏故障包括：检测所述供氢模块上方的氢气浓度，当所述检测氢气浓度高于浓度阈值时，所述分级操作将所述供氢模块氢气泄漏分级为高危险程度；和/或，当检测所述供氢模块上方的氢气浓度大于0且低于所述浓度阈值时，检测所述供氢模块上方的氢气的浓度变化速率，当所述浓度变化速率高于变化速率阈值时，所述分级操作将所述供氢模块氢气泄漏分级为高危险程度；和/或，当所述检测氢气浓度变化速率大于0且低于变化速率阈值时，所述分级操作将所述供氢模块氢气泄漏分级为低危险程度。
根据本公开一些实施例，所述判定所述燃料电池供氢模块的氢气排气回路的氢气过量排放故障包括：检测所述氢气排气回路的氢气浓度，当所述检测氢气排气回路的氢气浓度高于浓度阈值时，所述分级操作将所述排气回路的氢气过量排放分级为高危险程度；和/或，当所述检测氢气排气回路的氢气浓度大于0且低于所述浓度阈值时，检测所述氢气排气回路的氢气浓度变化速率，当所述氢气排气回路的氢气浓度变化速率高于变化速率阈值时，所述分级操作将所述氢气排气回路的氢气过量排放分级为高危险程度；和/或，当所述检测所述氢气排气回路的氢气浓度变化速率大于0且低于变化速率阈值时，所述分级操作将所述氢气排气回路的氢气过量排放分级为低危险程度。
根据本公开一些实施例，所述判定燃料电池供氢模块的组件故障情况包括：判定所述燃料电池堆栈入口处压力传感器是否故障；和/或，判定燃料喷射阀是否故障。
根据本公开一些实施例，所述判定供氢模块入口处压力传感器故障包括：当判定所述压力传感器故障时，所述分级操作将所述压力传感器故障分级为高危险程度。
根据本公开一些实施例，所述判定燃料喷射阀是否故障包括：调整燃料喷射阀的开度，检测所述燃料电池供氢模块的压力是否恢复到正常值；和/或，当调整燃料喷射阀的开度后，所述压力恢复到正常值，执行检测操作至分级操作；和/或，当调整燃料喷射阀的开度后，所述压力未恢复到正常值，所述分级操作将燃料电池喷射阀故障分级为高危险程度。
根据本公开一些实施例，所述分级操作包括：当分级所述错误状态为高危险程度时，执行将所述燃料电池堆栈关闭并创建一个警报；和/或，当分级所述错误状态为低危险程度时，执行将所述燃料电池堆栈调整为低功率模式并创建一个警报。
根据本公开另一方面，还提供一种用于燃料电池供氢模块的控制装置，包括：检测模块：用于检测所述供氢模块入口处是否有压降，并输出检测结果；判定模块：用于判定所述压降错误状态；分级模块：用于分级所述错误状态的危险程度；用于实现如权利要求1-8中任一项所述的控制方法。
根据本公开另一方面，还提供一种燃料电池系统，包括如权利要求9所述的控制装置。
本公开各个实施例的方案的应用能够在潜在风险发生之前，根据压力传感器、氢气浓度传感器的反馈，结合控制装置数据分析潜在的风险，用排除法对风险进行阶段性的预判，使系统能够快速进入安全状态。采取这样风险预判的思路，在潜在风险发生之前，发现问题并让系统进入安全状态，避免出现因风险而导致的燃烧、爆炸等危害的发生，保证系统使用过程的安全性。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块概念图；
图2为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块的控制方法流程图；
图3为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块氢气泄漏故障的控制方法流程图；
图4为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块氢气排气回路氢气过量排放故障的控制方法流程图；
图5为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块组件故障的控制流程图；
图6为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块的控制装置示意图。
附图标记列表：
102 供氢回路
104 排气回路
106 排气管道
108 储氢系统
110 循环回路
112 燃料电池堆栈
114 浓度传感器A
116 浓度传感器B
118 压力传感器A
120 压力传感器B
610 检测模块
620 判定模块
630 分级模块
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"、"设置"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
质子交换膜燃料电池是燃料电池中化学能直接转化为电能的发电装置，具有比功率高、可快速启动、能量转化效率高和环境污染低等优点，是汽车发动机的理想动力源。
燃料电池是利用氢气发电，因此维护燃料电池供氢模块的安全至关重要，因为氢气泄漏很可能造成严重影响，此外，燃料电池堆栈必须在最佳条件下运行，以防止堆栈内零部件的退化。例如，当堆栈在没有足够氢气的情况系运行，此种情况可能会导致堆栈内的氢饥饿，损害堆栈组件和性能。
然而在车用发动机的动态工况条件下，燃料供应的影响之后以及燃料电池堆栈中不同单电池间的分布不均匀都会引起堆栈氢饥饿现象发生，轻微的燃料饥饿会造成电池电流分布不均，导致不均匀的性能衰减，而严重的燃料饥饿将引发电池反极，加速电池性能的衰减，严重影响到电池的寿命。
本公开提供一种控制燃料电池系统中氢气模块的方法，该方法可以在潜在风险发生之前对供氢模块各个工况进行判断，并采取预防措施以避免安全问题，使堆栈处于最佳状态。
以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
图1为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块概念图。
参见图1,根据本公开示例实施例，燃料电池供氢模块，主要由供氢回路102、排气回路104、循环回路110构成。供氢回路102与储氢系统108相连，通过储氢系统108的装置源源不断的给供氢回路102提供氢气，然后由供氢回路102与燃料电池堆栈112连通为燃料电池反应堆(堆栈)提供氢气。在本实施例中，排气回路104的作用是将参与燃料电池堆栈反应的剩余氢气在进入循环回路110之前，先将气体中一定量的混合气体排出，以保证循环进入堆栈内氢气的纯度，利于燃料电池堆更有效地进行化学反应。
如图1所示，根据本公开示例实施例，燃料电池供氢模块中还设置有氢气的压力传感器A118、压力传感器B120以及氢气的浓度传感器A114、浓度传感器B116。在本实施例中，压力传感器A118设置在供氢回路102中靠近燃料电池堆栈入口位置。另，将压力传感器B120设置在燃料电池堆栈出口位置检测出口处的氢气压力。根据本实施例，通过压力传感器A118与压力传感器B120的相互配合，检测堆栈入口及出口的压力差，可以经由计算机推导出在电池堆栈112内的反应情况，并且可以作为检测数据进行更多对燃料电池的分析。
参见图1，根据本公开一些实施例，在供氢回路102位置，即供氢模块上方还会设有浓度传感器A114，用于检测供氢模块上方的的氢气浓度，从而判定是否存在供氢模块氢气泄漏故障。另外，在本实施例中，在排气回路104下游的排气管路106中也设置有氢气浓度传感器B116，用于检测排气管路中的氢气浓度，主要是用来判定排气回路是否存在氢气过排放故障。
图2为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块的控制方法流程图。
参见图2，根据本公开示例实施例，在S201中，开启燃料电池，随着燃料电池的开启，供氢模块开始工作，在S203中，检测燃料电池堆栈入口处氢气是否出现压降情况。利用压力传感器A118从燃料电池堆栈入口实时采集压力数据，并与阈值(理论值，根据堆栈操作条件预先设置的值)进行比较。当压力传感器A118传回的数据符合预设要求时，说明堆栈处于相对较为稳定的状态，氢气供给充足。当压力传感器A118传回的压力数据低于阈值，说明有压力降低的情况出现。检测到压降后，开始采用本公开所提供的控制方法，开始对供氢模块控制器进行各种诊断，以确定压降的根本原因，进而对供氢模块做较为全面的风险预判及预防操作。
如图2所示，在本公开一些实施例中，当判断了燃料电池堆栈处出现氢气压力下降，转入S205判定氢气压降的错误状态。压降的根源可能是由于氢气泄漏或是由于系统组件故障造成的。其中，判定氢气压降的错误状态包括有：判定燃料电池供氢模块供氢回路的氢气泄漏故障、判定燃料电池供氢模块氢气排气回路的氢气过量排放故障、以及判定燃料电池供氢模块的组件故障。在本公开一些实施例中，因安全问题一般较为严重，控制装置首先检测系统是否出现氢气泄漏故障或过量排放故障，然后检测系统组件是否发生故障，但是此处需要说明的是，上述顺序并不是固定的，可以按照实际情况进行调整，例如有检测数据显示安全问题有组件发生故障所引起的概率可能性极大，则优先检测系统组件是否发生故障，排查后再进行氢气泄漏故障以及过量排放故障的排查。
参见图2，在判定清楚氢气压降的错误状态后，根据本公开示例实施例，在S207将所述错误状态分级为高危险程度S209或低危险程度S213。不同错误状态对燃料电池供氢模块造成的影响程度不一，高危险程度是指需要通过S211关闭整个电池反应堆栈并创建一个警报才能达到避免氢安全问题以及燃料电池损坏的一种风险程度，相对而言，低危险程度是指，在其发生后可以通过调整系统中一些模块的配置，例如S215中，将燃料电池堆栈调整为低功率模式并创建一个警报，进而避免危险发生，使燃料电池可以处于相对稳定的环境中工作，一定程度上延长燃料电池使用寿命。
图3为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块供氢回路氢气泄漏故障的控制方法流程图。
参见图3，根据本公开示例实施例，在步骤S301中，通过压力传感器A118传回的数据分析，确定燃料电池堆栈入口出现压降，转入步骤S303，检测供氢模块上方的氢气浓度是否高于阈值。如图3所示，通过氢气浓度传感器A114检测的供氢模块供氢模块上方的的氢气浓度HC1值，可以用来判定供氢回路是否发生氢气泄漏故障。首先，将HC1值与危险点(阈值)比较，当检测氢气浓度HC1值高于阈值时，转入S307中，通过本公开所提供方法的分级操作对供氢模块氢气泄漏分级为高危险程度。通常情况下，如果空气中的氢浓度超过1％，就会被判定为危险。然而，在不同的制度中可能会有不同的危险点。在本公开一些实施例中，供氢模块的氢气泄漏十分危险的，高危险程度判定之后立刻转入S309，将燃料电池堆栈关闭并创建一个警报。
如图3所示，当检测供氢模块上方的氢气浓度大于0且低于浓度阈值时，说明供氢回路出现氢气泄漏，但需要进一步确定程度，从而由S303转入步骤S305中，检测供氢模块上方的氢气的浓度变化速率V1。根据本公开示例实施例，在S305中，当检测到的浓度变化速率大于变化速率阈值(预定值)X1时，则确定氢气泄漏比较严重，因此在转入S307供氢模块氢气泄漏分级为高危险程度，立刻转入S309将燃料电池堆栈关闭并创建一个警报。
参见图3，根据本公开示例实施例，当检测请其浓度变化速率V1大于0且低于变化速率阈值X1时，可以确定出现氢气泄漏，但没有严重危险。因此，分级操作S311将供氢模块氢气泄漏等级分级为低危险程度，从步骤S311转入S313，将燃料电池堆栈调整为低功率模式并创建一个警报。在本实施例中，在低功率模式下，供给堆栈的氢气气体流量减少。如果在一段时间内氢气浓度没有变化，则控制器判断系统没有泄露，然后进行下一步判定操作。此外需要说明的是，如果有泄漏，氢气的浓度应该在一段时间内增加。
这样的分级判断操作，可以精确的监测出供氢模块氢气泄漏故障，并将泄漏故障分级判定，在执行相应的措施，保证使用过程的安全性同时，还能在风险较低危险发生之前，采取保守调整措施，使燃料电池依旧可以在供氢体统提供足够的氢气的条件下，处在较为稳定的工作状态。
图4为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块氢气排气回路氢气过量排放故障的控制方法流程图。
参见图4，根据本公开示例实施例，在步骤S401中，通过压力传感器A118传回的数据分析，确定燃料电池堆栈入口出现压降，转入步骤S403。如图4所示，通过氢气浓度传感器A116检测的供氢模块排气回路排气管的氢气浓度HC2值，可以用来判定排气回路是否发生氢气过排放故障。首先，将HC2值与危险点(阈值)比较，当检测氢气浓度HC2值高于阈值时，转入S407中，通过本公开所提供方法的分级操作对排气回路中排气管氢气过量排放分级为高危险程度。通常情况下，如果空气中的氢浓度超过1％，就会被判定为危险。然而，在不同的制度中可能会有不同的危险点。在本公开一些实施例中，排气回路排气管氢气过量排放十分危险的，高危险程度判定之后立刻转入S409，将燃料电池堆栈关闭并创建一个警报。
如图4所示，当检测排气回路排气管氢气浓度大于0且低于浓度阈值时，说明排气回路排气管氢气过量排放故障，但需要进一步确定程度，从而由S403转入步骤S405中，检测排气回路排气管氢气的浓度变化速率V2。根据本公开示例实施例，在S405中，当检测到的浓度变化速率大于变化速率阈值(预定值)X2时，则确定排气回路排气管氢气过量排放比较严重，因此在转入S407排气回路排气管氢气过量排放分级为高危险程度，立刻转入S409将燃料电池堆栈关闭并创建一个警报。
参见图4，根据本公开示例实施例，当检测请其浓度变化速率V2大于0且低于变化速率阈值X2时，可以确定出现排气回路排气管氢气过量排放故障，但没有严重危险。因此，分级操作S411将排气回路排气管氢气过量排放等级分级为低危险程度，从步骤S411转入S413，将燃料电池堆栈调整为低功率模式并创建一个警报。在本实施例中，在低功率模式下，供给堆栈的氢气气体流量减少。如果在一段时间内氢气浓度没有变化，则控制器判断系统没有泄露，然后进行下一步判定操作。此外需要说明的是，如果有过量排放，氢气的浓度应该在一段时间内增加。
图5为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块组件故障的控制流程图。
参见图5，根据本公开示例实施例，确定氢气压降情况的发生时，首先进行步骤S501，检测供氢模块循环回路处氢气压力P2。接着，根据压力P2的检测结果，在S505中判定燃料电池供氢模块的组件故障。如果在S505中判定P2没有降低，转入S509判定燃料电池堆栈入口处压力传感器A118有故障。在传感器有故障的工况下，燃料电池堆栈工作是十分危险的，所当S505转入S509判定燃料电池堆栈入口压力传感器故障分级操作将该故障分级为高危险程度，并立刻转入S519中将燃料电池堆栈关闭并创建一个警报。
如图5所示，根据本公开示例实施例，在S505判断循环回路氢气压力P2有降低时，转入S507判定燃料电池喷射阀故障。因此,由S507转入S511调整燃料喷射阀的开度操作。在调整了燃料喷射阀的开度后，转入S513继续检测燃料电池堆栈入口处氢气压力是否恢复到正常值，是否依然出现压降现象，如果依旧出现压降，则转入S517判定燃料电池燃料喷射阀故障，分级操作将该故障分级为高危险程度，并立刻转入S519将燃料电池堆栈关闭并创建一个警报。
参见图5，当调整燃料喷射阀的开度一段时间后，转入S513检测燃料电池堆栈入口处氢气压力没有出现压降现象，可以判定燃料电池堆栈工作正常，则转入S515中调整燃料喷射阀的开度以蓄压。
图6为根据本公开示例实施例的燃料电池供氢模块的控制装置示意图。
参见图6，为了实现上述实施例的供氢模块控制方法，根据本公开示例实施例，提供一种燃料电池供氢模块的控制装置，包括有检测模块610、判定模块620以及分级模块630。
如图6所示，检测模块610，用于检测燃料电池供氢模块入口处是否有压降，并输出检测结果。
如图6所示，判定模块620，用于判定检测模块610输出的结果中压降的错误状态。
如图6所示，分级模块630，用于将判定模块620判定的错误状态结果进行分级，从而执行相应的操作保证燃料电池的安全和稳定。
根据本公开各优选示例实施例，提供的一种基于安全保护的供氢模块控制方法，过程涉及到概念化的控制模块、供氢模块。包括供氢回路、循环回路、排放回路、各个传感器等。控制方法流程在系统各部分探测氢气气体状态的变化趋势，以及各传感器的反馈，结合数据分析各潜在的风险，用排除法对风险进行分级分阶段的预判，使系统能够快速的进入安全状态。保证了燃料电池堆栈工作的整体安全性和稳定性。
以上所述仅为本公开的一些实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池供氢模块的控制方法，其特征在于，包括：
检测操作：检测燃料电池堆栈入口处氢气是否出现压降情况；
判定操作：当所述检测结果为出现氢气压降情况，判定所述氢气压降的错误状态；
分级操作：根据所述判定氢气压降的错误状态，将所述错误状态分级为高危险程度或低危险程度。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述判定氢气压降的错误状态包括：
判定所述燃料电池供氢模块氢气泄漏故障；和/或
判定所述燃料电池供氢模块的氢气排气回路的氢气过量排放故障；和/或
判定所述燃料电池供氢模块的组件故障。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，判定所述供氢模块氢气泄漏故障包括：
检测所述供氢模块上方的氢气浓度，当所述检测氢气浓度高于浓度阈值时，所述分级操作将所述供氢模块氢气泄漏分级为高危险程度；和/或，
当检测所述供氢模块上方的氢气浓度大于0且低于所述浓度阈值时，检测所述供氢模块上方的氢气的浓度变化速率，当所述浓度变化速率高于变化速率阈值时，所述分级操作将所述供氢模块氢气泄漏分级为高危险程度；和/或
当所述检测氢气浓度变化速率大于0且低于变化速率阈值时，所述分级操作将所述供氢模块氢气泄漏分级为低危险程度。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述判定所述燃料电池供氢模块的氢气排气回路的氢气过量排放故障包括：
检测所述氢气排气回路的氢气浓度，当所述检测氢气排气回路的氢气浓度高于浓度阈值时，所述分级操作将所述排气回路的氢气过量排放分级为高危险程度；和/或
当所述检测氢气排气回路的氢气浓度大于0且低于所述浓度阈值时，检测所述氢气排气回路的氢气浓度变化速率，当所述氢气排气回路的氢气浓度变化速率高于变化速率阈值时，所述分级操作将所述氢气排气回路的氢气过量排放分级为高危险程度；和/或
当所述检测所述氢气排气回路的氢气浓度变化速率大于0且低于变化速率阈值时，所述分级操作将所述氢气排气回路的氢气过量排放分级为低危险程度。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述判定燃料电池供氢模块的组件故障情况包括：
判定所述燃料电池堆栈入口处压力传感器是否故障；和/或
判定燃料喷射阀是否故障。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述判定供氢模块入口处压力传感器故障包括：
当判定所述压力传感器故障时，所述分级操作将所述压力传感器故障分级为高危险程度。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述判定燃料喷射阀是否故障包括：
调整燃料喷射阀的开度，检测所述燃料电池供氢模块的压力是否恢复到正常值；和/或
当调整燃料喷射阀的开度后，所述压力恢复到正常值，执行检测操作至分级操作；和/或
当调整燃料喷射阀的开度后，所述压力未恢复到正常值，所述分级操作将燃料电池喷射阀故障分级为高危险程度。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述分级操作包括：
当分级所述错误状态为高危险程度时，执行将所述燃料电池堆栈关闭并创建一个警报；和/或
当分级所述错误状态为低危险程度时，执行将所述燃料电池堆栈调整为低功率模式并创建一个警报。
9.一种用于燃料电池供氢模块的控制装置，其特征在于，包括：
检测模块：用于检测所述供氢模块入口处是否有压降，并输出检测结果；
判定模块：用于判定所述压降错误状态；
分级模块：用于分级所述错误状态的危险程度；
用于实现如权利要求1-8中任一项所述的控制方法。
10.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的控制装置。
CN201911379091.3A 2019-12-27 2019-12-27 用于燃料电池供氢模块的控制方法、控制装置及燃料电池 Active CN113054224B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911379091.3A CN113054224B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 用于燃料电池供氢模块的控制方法、控制装置及燃料电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911379091.3A CN113054224B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 用于燃料电池供氢模块的控制方法、控制装置及燃料电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113054224A true CN113054224A (zh) 2021-06-29
CN113054224B CN113054224B (zh) 2022-08-26

Family

ID=76506991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911379091.3A Active CN113054224B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 用于燃料电池供氢模块的控制方法、控制装置及燃料电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113054224B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113571744A (zh) * 2021-07-15 2021-10-29 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池系统气体压力控制方法
CN113752862A (zh) * 2021-08-30 2021-12-07 三一汽车制造有限公司 燃料供应系统及控制方法和控制装置、车辆和介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105609832A (zh) * 2014-11-13 2016-05-25 丰田自动车株式会社 检测燃料电池的反应气体的泄漏的方法及燃料电池系统
US20170010178A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 Hyundai Motor Company Apparatus and method for detecting leakage in hydrogen tank of hydrogen fuel cell vehicle
CN106876749A (zh) * 2017-03-10 2017-06-20 同济大学 一种车载燃料电池氢气管理系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105609832A (zh) * 2014-11-13 2016-05-25 丰田自动车株式会社 检测燃料电池的反应气体的泄漏的方法及燃料电池系统
US20170010178A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 Hyundai Motor Company Apparatus and method for detecting leakage in hydrogen tank of hydrogen fuel cell vehicle
CN106876749A (zh) * 2017-03-10 2017-06-20 同济大学 一种车载燃料电池氢气管理系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113571744A (zh) * 2021-07-15 2021-10-29 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池系统气体压力控制方法
CN113571744B (zh) * 2021-07-15 2022-05-24 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池系统气体压力控制方法
CN113752862A (zh) * 2021-08-30 2021-12-07 三一汽车制造有限公司 燃料供应系统及控制方法和控制装置、车辆和介质
CN113752862B (zh) * 2021-08-30 2023-08-22 三一汽车制造有限公司 燃料供应系统及控制方法和控制装置、车辆和介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN113054224B (zh) 2022-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2156496B1 (en) Fuel cell system
JP5330753B2 (ja) 燃料電池システム
CN103887542B (zh) 一种固体氧化物燃料电池控制装置及控制方法
CN107123821B (zh) 压力传感器的异常检测方法及燃料电池系统
CN112414633B (zh) 燃料电池车辆运行过程中膜电极串漏的检测方法及系统
CN113054224B (zh) 用于燃料电池供氢模块的控制方法、控制装置及燃料电池
EP2816647A1 (en) Fuel cell system
CN103155254A (zh) 燃料电池系统
KR101755923B1 (ko) 연료전지 스택 오염 진단 방법 및 시스템
US20180351185A1 (en) Method of controlling operation of fuel cell
CN112928310B (zh) 气液分离器排水阀的控制方法和装置、燃料电池及交通工具
JP2007280671A (ja) ガス燃料システム及びその異常検出方法
CN103199283B (zh) 燃料电池系统的检测方法和装置
CN116387570B (zh) 一种燃料电池系统电堆故障诊断方法
US7892689B2 (en) Pressure relief control system for a fuel cell system having a pressurized fuel flow
JP2006134647A (ja) 燃料電池システム
CN112786930A (zh) 一种基于轻型摩托车燃料电池的控制系统及控制方法
JP7379832B2 (ja) 燃料電池システム
KR100957364B1 (ko) 캐소드 공기 공급계의 이상현상 진단방법
JP2018147737A (ja) 燃料電池システム
KR20060024900A (ko) 분산형 연료전지 시스템
CN114188572B (zh) 一种sofc系统电堆漏气诊断方法
US20210336281A1 (en) Fuel cell system and method for determining fuel cell stack reusability
JP2018200900A (ja) 燃料電池システム
US20130017465A1 (en) Leakage diagnostic for a fuel cell system in idle-stop mode

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant