CN114142063A - 燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法及系统、车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法及系统、车辆，用于燃料电池空气系统，步骤包括：进行诊断前检查，检查是否符合诊断边界条件，若是，进入诊断；获取测试流量和测试压力，根据测试流量和测试压力的大小诊断是否有管路泄漏，若是，根据测试流量和测试压力的大小确定管路泄漏位置，根据测试流量和测试压力的大小诊断管路泄漏位置的泄漏大小；根据管路泄漏位置的泄漏大小进行故障管理。该方法能够及时监控到管路泄漏位置及泄漏程度，然后针对泄漏程度进行故障管理，及时提示进行维修检查，能提高燃料电池发电能力，延长燃料电池寿命。

Description

燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法及系统、车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法及系统、车辆。
背景技术
燃料电池空气系统主要用于燃料电池阴极侧空气供给，主要由空滤器、空压机、中冷器、加湿器、背压阀、相应进气管路及传感器等组成，其结构示意图参见图1所示。若空气系统出现泄漏如管道破损、松动、脱落、空滤器滤芯破损或丢失等情况，而未被及时监测到，将使得燃料电池发电能力发生变化，甚至影响燃料电池寿命，如：1）空压机后方管路破损、松动、脱落，部分压缩空气将流出到大气，使得进入燃料电池电堆的空气量减少，从而降低燃料电池发电能力；2）空压机前方管路破损、松动、脱落或者空滤器滤芯破损、丢失，将使得空气的杂质和硫化物未能被有效的过滤，长时间将缩短燃料电池寿命。日前，行业内对空气系统的泄漏诊断涉及较少，因此一种能有效监测诊断空气系统泄漏的方法，十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法及系统、车辆，能够及时监控到管路泄漏位置及泄漏程度，然后针对泄漏程度进行故障管理，及时提示进行维修检查，能提高燃料电池发电能力，延长燃料电池寿命。
为实现上述目的，本发明提供了一种燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法，用于燃料电池空气系统，所述燃料电池空气系统包括电堆、背压阀、加湿器、中冷器、空压机及控制器和空滤器，所述空滤器、空压机及控制器、中冷器、加湿器和电堆的进气端顺次连接，所述背压阀、加湿器和电堆的出气端顺次连接，所述空滤器和空压机及控制器之间的管路上设置有用于采集测试流量的流量计，所述加湿器和电堆的进气端之间的管路上设置有用于采集测试压力的空入压力传感器，步骤包括：
（S1）进行诊断前检查，检查是否符合诊断边界条件，若是，进入诊断，并执行步骤（S2）；否则，重复执行步骤（S1）；
（S2）获取测试流量和测试压力，根据测试流量和测试压力的大小诊断是否有管路泄漏，若是，根据测试流量和测试压力的大小确定管路泄漏位置，转至执行步骤（S3）；
（S3）根据测试流量和测试压力的大小诊断管路泄漏位置的泄漏大小；
（S4）根据管路泄漏位置的泄漏大小进行故障管理。
进一步，所述根据测试流量和测试压力的大小确定管路泄漏位置，具体执行以下步骤：
若测试流量>期望流量上限，且测试压力>期望压力上限，则是流量计前方管路泄漏；
若测试流量≤期望流量下限，且测试压力>期望压力上限，则是流量计和空压机之间管路泄漏；
若测试流量>期望流量上限，且测试压力≤期望压力下限，则是空压机到背压阀之间管路泄漏。
其中，期望流量下限、期望流量上限、期望压力下限和期望压力上限是在选定的诊断工况下标定好的正常无泄漏情况下的流量和压力的波动范围。
进一步，所述根据测试流量和测试压力的大小诊断是否有管路泄漏，具体执行以下步骤：
测试流量和测试压力的大小是否满足以下任一管路泄漏条件：
条件一：测试流量>期望流量上限，且测试压力>期望压力上限；
条件二：测试流量≤期望流量下限，且测试压力>期望压力上限；
条件三：测试流量>期望流量上限，且测试压力≤期望压力下限。
进一步，所述根据测试流量和测试压力的大小诊断管路泄漏位置的泄漏大小，具体执行以下步骤：
若期望流量上限<测试流量<第一标定流量阈值，且期望压力上限<测试压力<第一标定压力阈值，则流量计前方管路小泄漏；
若测试流量≥第一标定流量阈值，且测试压力≥第一标定压力阈值，则流量计前方管路大泄漏；
若第二标定流量阈值<测试流量≤期望流量下限，且第二标定压力阈值>测试压力>期望压力上限，则流量计和空压机之间管路小泄漏；
若测试流量≤第二标定流量阈值，且测试压力≥第二标定压力阈值，则流量计和空压机之间管路大泄漏；
若第三标定流量阈值>测试流量>期望流量上限，且第三标定压力阈值<测试压力≤期望压力下限，则空压机到背压阀之间管路小泄漏；
若测试流量≥第三标定流量阈值，且测试压力≤第三标定压力阈值，则空压机到背压阀之间管路大泄漏。
进一步，所述根据管路泄漏位置的泄漏大小进行故障管理，具体执行以下步骤：
若为小泄漏故障，应经过预设次数运行循环后，若故障仍旧存在，立即提醒维修检查；
若为大泄漏故障，立即提醒及时维修检查。
进一步，所述诊断边界条件需同时满足:
燃料电池空气系统已完成启动，并进入运行模式；
流量计无故障；
空入压力传感器无故障；
背压阀无故障；
空压机无故障；
背压阀开度在标定的诊断开度范围内；
空压机转速在标定的诊断转速范围内。
本发明还提供了一种燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统，包括：
所述燃料电池空气系统，包括电堆、背压阀、加湿器、中冷器、空压机及控制器和空滤器，所述空滤器、空压机及控制器、中冷器、加湿器和电堆的进气端顺次连接，所述背压阀、加湿器和电堆的出气端顺次连接；
空入压力传感器，用于采集测试压力，所述加湿器和电堆的进气端之间的管路上设置有空入压力传感器；
流量计，用于采集测试流量，所述空滤器和空压机及控制器之间的管路上设置有流量计；
数据处理模块，用于接收传感信号，并进行诊断前检查，诊断管路泄漏并确定管路泄漏位置，诊断管路泄漏位置的泄漏大小及故障管理；
所述空入压力传感器和流量计分别与数据处理模块连接，所述燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统被配置执行所述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法的步骤。
进一步，还包括用于提醒及时维修检查的提示模块，所述提示模块与数据分析模块连接。
本发明还提供一种车辆，包括所述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统。
本发明与现有技术相比较具有以下优点：
本发明的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法及系统、车辆，能够及时监控到管路泄漏位置及泄漏程度，然后针对泄漏程度进行故障管理，及时提示进行维修检查，提高了燃料电池发电能力，延长了燃料电池寿命。
附图说明
图1为传统燃料电池空气系统的结构示意图；
图2为本发明燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法的流程图；
图3为图2中管路泄漏及泄漏位置诊断的流程图；
图4为本发明本发明燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统的示意图。
图中：
1-电堆，2-背压阀，3-加湿器，4-中冷器，5-空压机及控制器，6-空滤器，7-空入压力传感器，8-流量计，9-数据处理模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
参见图2至图4所示，本实施例公开了一种燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法，用于燃料电池空气系统，所述燃料电池空气系统包括电堆1、背压阀2、加湿器3、中冷器4、空压机及控制器5和空滤器6，所述空滤器6、空压机及控制器5、中冷器4、加湿器3和电堆1的进气端顺次连接，所述背压阀2、加湿器3和电堆1的出气端顺次连接，所述空滤器6和空压机及控制器5之间的管路上设置有用于采集测试流量的流量计8，所述加湿器3和电堆1的进气端之间的管路上设置有用于采集测试压力的空入压力传感器7，步骤包括：
（S1）进行诊断前检查，检查是否符合诊断边界条件，若是，进入诊断，并执行步骤（S2）；否则，重复执行步骤（S1）；
（S2）获取测试流量和测试压力，根据测试流量和测试压力的大小诊断是否有管路泄漏，若是，根据测试流量和测试压力的大小确定管路泄漏位置，转至执行步骤（S3）；否则，不存在管路泄漏故障，转至步骤（S4）。
（S3）根据测试流量和测试压力的大小诊断管路泄漏位置的泄漏大小；
（S4）根据管路泄漏位置的泄漏大小进行故障管理。
在本实施例中，所述诊断边界条件需同时满足:
燃料电池空气系统已完成启动，并进入运行模式；
流量计无故障；
空入压力传感器无故障；
背压阀无故障；
空压机无故障；
背压阀开度在标定的诊断开度范围内；
空压机转速在标定的诊断转速范围内。
因测试需要采集流量计的流量信号、空入压力传感器的压力信号、空压机转速、背压阀开度，需要相应的传感器和执行器无故障，且运行工况应满足诊断运行工况，因此，诊断前先检查以上条件是否同时满足。
在本实施例中，所述根据测试流量和测试压力的大小确定管路泄漏位置，具体执行以下步骤：
若测试流量>期望流量上限，且测试压力>期望压力上限，则是流量计前方管路泄漏；其中，流量计前方管路表示流量计朝向空滤器6方向上的管路。
若测试流量≤期望流量下限，且测试压力>期望压力上限，则是流量计和空压机之间管路泄漏；
若测试流量>期望流量上限，且测试压力≤期望压力下限，则是空压机到背压阀之间管路泄漏。
其中，期望流量下限、期望流量上限、期望压力下限和期望压力上限是在选定的诊断工况下标定好的正常无泄漏情况下的流量和压力的波动范围。因测试流量和测试压力存在一定正常范围内的波动，为防止误判，需在选定的诊断工况，即选定好的背压阀开度和空压机转速下，标定好正常无泄漏情况下的流量和压力的波动范围，即期望流量下限、期望流量上限、期望压力下限、期望压力上限。
在本实施例中，所述根据测试流量和测试压力的大小诊断是否有管路泄漏，具体执行以下步骤：
测试流量和测试压力的大小是否满足以下任一管路泄漏条件：
条件一：测试流量>期望流量上限，且测试压力>期望压力上限；
条件二：测试流量≤期望流量下限，且测试压力>期望压力上限；
条件三：测试流量>期望流量上限，且测试压力≤期望压力下限。
在本实施例中，所述根据测试流量和测试压力的大小诊断管路泄漏位置的泄漏大小，具体执行以下步骤：
若期望流量上限<测试流量<第一标定流量阈值，且期望压力上限<测试压力<第一标定压力阈值，则流量计前方管路小泄漏；
若测试流量≥第一标定流量阈值，且测试压力≥第一标定压力阈值，则流量计前方管路大泄漏；
若第二标定流量阈值<测试流量≤期望流量下限，且第二标定压力阈值>测试压力>期望压力上限，则流量计和空压机之间管路小泄漏；
若测试流量≤第二标定流量阈值，且测试压力≥第二标定压力阈值，则流量计和空压机之间管路大泄漏；
若第三标定流量阈值>测试流量>期望流量上限，且第三标定压力阈值<测试压力≤期望压力下限，则空压机到背压阀之间管路小泄漏；
若测试流量≥第三标定流量阈值，且测试压力≤第三标定压力阈值，则空压机到背压阀之间管路大泄漏。
在本实施例中，所述根据管路泄漏位置的泄漏大小进行故障管理，具体执行以下步骤：
若为小泄漏故障，应经过预设次数运行循环后，若故障仍旧存在，立即提醒维修检查；预设次数为3次，在某些实施例中，预设次数为其他数值，在此不作限定。
若为大泄漏故障，立即提醒及时维修检查。大泄漏故障因对电堆发电能力和寿命影响大，大泄漏故障故障等级最高，若上一运行循环有泄漏故障，运行时间超过一定时间后，修复故障并灭灯。提醒方式例如通过亮灯提示，在某些实施例中，提醒方式可以是语音提示或语音+亮灯组合提示，在此不作限定。
在本实施例中，还可以根据测试流量和测试压力的大小诊断空气系统是否无故障或非管路泄漏故障，若期望流量下限<测试流量≤期望流量上限，且期望压力下限<测试压力≤期望压力上限，则无故障，转至执行步骤（S4）；
若测试流量≤期望流量下限，且测试压力≤期望压力下限，则为非管路泄漏故障，转至执行步骤（S4）；其中，非管路泄漏包括管路堵塞。
所述根据管路泄漏位置的泄漏大小进行故障管理，还执行以下步骤：
若是无故障，不做处理；
若为非管路泄漏故障，提示及时维修检查。
参见图4所示，一种燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统，包括：
所述燃料电池空气系统，包括电堆1、背压阀2、加湿器3、中冷器4、空压机及控制器5和空滤器6，所述空滤器6、空压机及控制器5、中冷器4、加湿器3和电堆1的进气端顺次连接，所述背压阀2、加湿器3和电堆1的出气端顺次连接；
空入压力传感器7，用于采集测试压力，所述加湿器3和电堆1的进气端之间的管路上设置有空入压力传感器7；
流量计8，用于采集测试流量，所述空滤器6和空压机及控制器5之间的管路上设置有流量计8；
数据处理模块（FCCU）9，用于接收传感信号，并进行诊断前检查，诊断是否管路泄漏并确定管路泄漏位置，诊断管路泄漏位置的泄漏大小及故障管理；
所述空入压力传感器7和流量计8分别与数据处理模块9连接，所述燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统被配置执行上述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法的步骤。
在本实施例中，还包括用于提醒及时维修检查的提示模块，所述提示模块与数据分析模块9连接。
本实施例还公开了一种车辆，包括上述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统。
在诊断条件下，通过所测流量和压力与正常情况下的期望流量和期望压力进行比较，当所测流量和所测压力不在期望流量和期望压力范围内，则判定空气系统存在泄漏故障并诊断出泄漏位置，随后对泄漏大小程度进行诊断后，再通过故障管理对各种泄漏故障进行等级划分，制定亮灯策略，以及时提醒用户维修检查。
本发明的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法及系统、车辆，能够及时监控到管路泄漏位置及泄漏程度，然后针对泄漏程度进行故障管理，及时提示进行维修检查，提高了燃料电池发电能力，延长了燃料电池寿命。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法，其特征在于，用于燃料电池空气系统，所述燃料电池空气系统包括电堆（1）、背压阀（2）、加湿器（3）、中冷器（4）、空压机及控制器（5）和空滤器（6），所述空滤器（6）、空压机及控制器（5）、中冷器（4）、加湿器（3）和电堆（1）的进气端顺次连接，所述背压阀（2）、加湿器（3）和电堆（1）的出气端顺次连接，所述空滤器（6）和空压机及控制器（5）之间的管路上设置有用于采集测试流量的流量计（8），所述加湿器（3）和电堆（1）的进气端之间的管路上设置有用于采集测试压力的空入压力传感器（7），步骤包括：
（S1）进行诊断前检查，检查是否符合诊断边界条件，若是，进入诊断，并执行步骤（S2）；否则，重复执行步骤（S1）；
（S2）获取测试流量和测试压力，根据测试流量和测试压力的大小诊断是否有管路泄漏，若是，根据测试流量和测试压力的大小确定管路泄漏位置，转至执行步骤（S3）；
（S3）根据测试流量和测试压力的大小诊断管路泄漏位置的泄漏大小；
（S4）根据管路泄漏位置的泄漏大小进行故障管理。
2.根据权利要求1所述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法，其特征在于，所述根据测试流量和测试压力的大小诊断是否有管路泄漏，具体执行以下步骤：
测试流量和测试压力的大小是否满足以下任一管路泄漏条件：
条件一：测试流量>期望流量上限，且测试压力>期望压力上限；
条件二：测试流量≤期望流量下限，且测试压力>期望压力上限；
条件三：测试流量>期望流量上限，且测试压力≤期望压力下限。
3.根据权利要求2所述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法，其特征在于，所述根据测试流量和测试压力的大小确定管路泄漏位置，具体执行以下步骤：
若测试流量>期望流量上限，且测试压力>期望压力上限，则是流量计前方管路泄漏；
若测试流量≤期望流量下限，且测试压力>期望压力上限，则是流量计和空压机之间管路泄漏；
若测试流量>期望流量上限，且测试压力≤期望压力下限，则是空压机到背压阀之间管路泄漏；
其中，期望流量下限、期望流量上限、期望压力下限和期望压力上限是在选定的诊断工况下标定好的正常无泄漏情况下的流量和压力的波动范围。
4.根据权利要求1或2或3所述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法，其特征在于，所述根据测试流量和测试压力的大小诊断管路泄漏位置的泄漏大小，具体执行以下步骤：
若期望流量上限<测试流量<第一标定流量阈值，且期望压力上限<测试压力<第一标定压力阈值，则流量计前方管路小泄漏；
若测试流量≥第一标定流量阈值，且测试压力≥第一标定压力阈值，则流量计前方管路大泄漏；
若第二标定流量阈值<测试流量≤期望流量下限，且第二标定压力阈值>测试压力>期望压力上限，则流量计和空压机之间管路小泄漏；
若测试流量≤第二标定流量阈值，且测试压力≥第二标定压力阈值，则流量计和空压机之间管路大泄漏；
若第三标定流量阈值>测试流量>期望流量上限，且第三标定压力阈值<测试压力≤期望压力下限，则空压机到背压阀之间管路小泄漏；
若测试流量≥第三标定流量阈值，且测试压力≤第三标定压力阈值，则空压机到背压阀之间管路大泄漏。
5.根据权利要求4所述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法，其特征在于，所述根据管路泄漏位置的泄漏大小进行故障管理，具体执行以下步骤：
若为小泄漏故障，应经过预设次数运行循环后，若故障仍旧存在，立即提醒维修检查；
若为大泄漏故障，立即提醒及时维修检查。
6.根据权利要求1或2或3或5所述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法，其特征在于，所述诊断边界条件需同时满足:
燃料电池空气系统已完成启动，并进入运行模式；
流量计无故障；
空入压力传感器无故障；
背压阀无故障；
空压机无故障；
背压阀开度在标定的诊断开度范围内；
空压机转速在标定的诊断转速范围内。
7.一种燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统，其特征在于，包括：
所述燃料电池空气系统，包括电堆（1）、背压阀（2）、加湿器（3）、中冷器（4）、空压机及控制器（5）和空滤器（6），所述空滤器（6）、空压机及控制器（5）、中冷器（4）、加湿器（3）和电堆（1）的进气端顺次连接，所述背压阀（2）、加湿器（3）和电堆（1）的出气端顺次连接；
空入压力传感器（7），用于采集测试压力，所述加湿器（3）和电堆（1）的进气端之间的管路上设置有空入压力传感器（7）；
流量计（8），用于采集测试流量，所述空滤器（6）和空压机及控制器（5）之间的管路上设置有流量计（8）；
数据处理模块（9），用于接收传感信号，并进行诊断前检查，诊断管路泄漏并确定管路泄漏位置，诊断管路泄漏位置的泄漏大小及故障管理；
所述空入压力传感器（7）和流量计（8）分别与数据处理模块（9）连接，所述燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统被配置执行如权利要求1至6任一所述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法的步骤。
8.根据权利要求7燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统，其特征在于，还包括用于提醒及时维修检查的提示模块（10），所述提示模块（10）与数据分析模块（9）连接。
9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的燃料电池空气系统的管路泄漏诊断系统。
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