CN116505033B - 一种燃料电池空气系统泄漏诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池空气系统泄漏诊断方法，步骤包括：在燃料电池空气系统停机下，保持背压阀关闭，全打开入口阀，打开旁通阀至设定开度后，再启动空压机为设定转速；空压机达到设定转速后，关闭空压机，再关闭旁通阀；在空压机完全停止转动后，再关闭入口阀；计算空气体积V；判断空气体积V是否大于预设阈值，若空气体积V小于等于预设阈值，则判定燃料电池空气系统不存在泄漏；若空气体积V大于预设阈值，则判定燃料电池空气系统存在泄漏。本发明利用空压机停止运行后的惰转过程来检验空气系统是否泄漏，提高燃料电池系统运行可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池空气系统泄漏诊断方法。
背景技术
燃料电池空气系统给电堆阴极提供合适压力、温度、和流量的空气，电堆阴极的空气与阳极的氢气发生电化学反应，从而输出电能。通常情况下，供应的空气量要大于电化学反应的空气量，从而需要维持一定的空气过量系数，以保证电堆正常运行。若空气系统发生泄漏从而向外界漏气的情况，就可能会降低空气过量系数，甚至造成反应空气不足，或者影响空气系统压力控制和湿度控制，这些都会导致电堆性能下降，使之不能正常发电。因此，需要提供一种针对空气系统泄漏的诊断方法，用以确定空气系统是否存在明显的泄漏。
目前缺乏针对燃料电池空气系统泄漏的专门故障诊断手段，不能有效辨别空气系统泄漏，从而使燃料电池系统或电堆置于性能下降的风险之中。
发明内容
本发明为解决上述技术问题之一，提供一种燃料电池空气系统泄漏诊断方法，利用空压机停止运行后的惰转过程来检验空气系统是否泄漏，对空压机不会产生损伤，提高燃料电池系统运行可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池空气系统泄漏诊断方法，所述燃料电池空气系统包括电堆、空压机、入口阀、背压阀、旁通阀和加湿器，电堆包括空气入口和空气出口，加湿器包括干侧和湿侧，干侧和湿侧由透水膜隔开，空压机、入口阀、加湿器的干侧和电堆的空气入口依次连接，电堆的空气出口、加湿器的湿侧和背压阀依次连接，空压机连接旁通阀；所述一种燃料电池空气系统泄漏诊断方法包括以下步骤：
在燃料电池空气系统处于停机状态下，保持背压阀关闭，首先完全打开入口阀，同时打开旁通阀至设定开度后，再启动空压机，并将空压机转速调至为设定转速；当空压机达到设定转速后，关闭空压机，再关闭旁通阀，记录此时关闭旁通阀的时刻t4；在空压机完全停止转动后，记录此时空压机完全停止转动的时刻t5，再关闭入口阀；
并计算时刻t4到时刻t5时间内的通过空压机的空气体积V；
判断空气体积V是否大于预设阈值，若空气体积V小于等于预设阈值，则判定燃料电池空气系统不存在泄漏；若空气体积V大于预设阈值，则判定燃料电池空气系统存在泄漏。
进一步的，所述计算时刻t4到时刻t5时间内通过空压机的空气体积V，计算公式
为：，t为时间，q为空气流量，诊断方法过程中实时检测空压机的空气流量
q。
进一步的，所述旁通阀的设定开度为10%~100%。
进一步的，所述空压机的设定转速为空压机最大转速的30%~50%。
进一步的，所述预设阈值为5L ~20L。
采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：本发明利用空压机停止运行后的惰转过程来检验空气系统是否泄漏，该过程中空压机已断电，依靠惯性运转，因此不会损伤空压机，快速简单，通过有效准确地诊断，以避免电堆在运行时阴极欠气，保障燃料电池系统正常发电，从而提高了燃料电池系统运行可靠性。
附图说明
图1为本发明燃料电池空气系统的结构示意图。
图2为本发明一种燃料电池空气系统泄漏诊断方法的步骤流程图。
图3为本发明一种燃料电池空气系统泄漏诊断方法过程中背压阀开度、入口阀开度、旁通阀开度、空压机转速以及空气流量的变化示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。
本实施例公开一种燃料电池空气系统，如图1所示，包括电堆1、空压机2、入口阀3、背压阀4、旁通阀5、加湿器6和空气流量传感器7，电堆1包括空气入口和空气出口，加湿器6包括干侧和湿侧，空压机2、入口阀3、加湿器6的干侧和电堆1的空气入口依次连接，电堆1的空气出口、加湿器6的湿侧和背压阀4依次连接，背压阀4出口连接外界，空压机2输出口连接旁通阀5，旁通阀5出口连接外界，空气流量传感器7连接空压机2。
燃料电池空气系统停机状态下，入口阀3、背压阀4和旁通阀5均关闭，空压机2不运转；燃料电池空气系统正常运行时，入口阀3和背压阀4打开，旁通阀5关闭，空压机2运转驱动空气进入电堆1的阴极，加湿器6利用电堆1出口废气给电堆1进口空气增加湿度，空气流量传感器7用于检测进入空压机2的空气流量；运行过程中，阀门、加湿器、电堆以及空气管路都有可能发生泄漏，这些泄漏要么导致电堆1阴极欠气，要么影响空气的压力与湿度，从而降低电堆1发电性能。
本实施例公开一种燃料电池空气系统泄露诊断方法，其运行于上述的燃料电池空气系统，如图2所示，包括以下步骤：
在燃料电池空气系统处于停机状态下，保持背压阀4关闭，首先完全打开入口阀3，同时打开旁通阀5至设定开度（可选10%~100%），记录此时打开入口阀3的时刻t1，入口阀3全开和旁通阀5达到设定开度后，再启动空压机2，记录此时启动空压机2的时刻t2，并将空压机转速调至为设定转速（可选30%~50%最大转速）；当空压机2达到设定转速并稳定运转后，关闭空压机2，记录此时关闭空压机2的时刻t3，然后随即关闭旁通阀5，记录此时关闭旁通阀5的时刻t4；在空压机完全停止转动后，记录此时空压机完全停止转动的时刻t5，再关闭入口阀3，记录此时关闭入口阀3的时刻t6。
空压机2关闭后，由于惯性作用，空压机电机和转子会保持一定时间的惰转，转速缓慢降低直至完全停止；关闭旁通阀5后，如果空气系统不存在泄漏，则空压机2入口空气流量降为0；如果空气系统存在泄漏，则空压机2入口会保持有空气流量。
空气流量传感器7实时检测空压机2的空气流量q，并计算空气体积V，如图3所示，
从关闭旁通阀5的时刻t4到空压机2停止转动的时刻t5内，对实时空气流量q进行积分，求得
总的空气体积V，，t为时间。
判断空气体积V是否大于预设阈值（可选5L ~20L），若空气体积V小于等于预设阈值，则判定燃料电池空气系统不存在泄漏；若空气体积V大于预设阈值，则判定燃料电池空气系统存在泄漏，从而需对燃料电池空气系统进行检修。上述中，时刻t1＜t2＜t3＜t4＜t5＜t6。
本实施例利用空压机停止运行后的惰转过程来检验空气系统是否泄漏，快速简单，通过可靠准确地诊断，以避免电堆在运行时阴极欠气，保障燃料电池系统正常发电，从而提高了燃料电池系统运行可靠性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (2)
1.一种燃料电池空气系统泄漏诊断方法，所述燃料电池空气系统包括电堆、空压机、入口阀、背压阀、旁通阀和加湿器，电堆包括空气入口和空气出口，加湿器包括干侧和湿侧，空压机、入口阀、加湿器的干侧和电堆的空气入口依次连接，电堆的空气出口、加湿器的湿侧和背压阀依次连接，背压阀出口连接外界，空压机输出口连接旁通阀，旁通阀出口连接外界，其特征在于，包括以下步骤：
在燃料电池空气系统处于停机状态下，入口阀、背压阀和旁通阀均保持关闭，首先完全打开入口阀，同时打开旁通阀至设定开度后，再启动空压机，并将空压机转速调至为设定转速；当空压机达到设定转速后，关闭空压机，再关闭旁通阀，记录此时关闭旁通阀的时刻t4；在空压机完全停止转动后，记录此时空压机完全停止转动的时刻t5，再关闭入口阀；
并计算时刻t4到时刻t5时间内通过空压机的空气体积V；
判断空气体积V是否大于预设阈值，若空气体积V小于等于预设阈值，则判定燃料电池空气系统不存在泄漏；若空气体积V大于预设阈值，则判定燃料电池空气系统存在泄漏；
所述计算时刻t4到时刻t5时间内的空气体积V，计算公式为：t为时间，q为空气流量，诊断方法过程中实时检测空压机的空气流量q；
所述空压机的设定转速为空压机最大转速的30％～50％；
所述预设阈值为5L～20L。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池空气系统泄漏诊断方法，其特征在于，所述旁通阀的设定开度为10％～100％。
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