WO2024036859A1 - 一种氢气泄露检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢气泄露检测方法，应用于燃料电池，燃料电池包括电堆，电堆具有阳极入口和阳极出口，该方法的步骤包括：使燃料电池处于后运行阶段，并往阳极入口输入氢气，使阳极入口的氢气压力达到检测压力；测量阳极入口的氢气压力，等待预设时间，若第一氢入压力与第一氢入初始压力的差值大于等于第一预设阈值，或，第一氢出压力与第一氢出初始压力的差值大于等于第一预设阈值，则判断发生初始泄露；测量第二氢入初始压力，测量第二氢出初始压力；等待预设时间，若第二氢入压力与第二氢入初始压力的差值大于等于第一预设阈值，或，第二氢出压力与第一氢出初始压力的差值大于等于第一预设阈值，则判断发生严重泄露。
Description
本发明涉及燃料电池系统，特别涉及一种氢气泄露检测方法。
氢燃料电池里如果管路或者电堆发生氢气泄漏，会影响系统的安全运行。很多泄漏在发生初期并不会对系统的正常运行产生明显影响，因此很难在系统运行时通过检测运行参数发现此类微量泄漏。同时外加氢浓度传感器探测此类故障也有其局限性。其一，传感器布置不一定恰好位于泄漏点附近，可能存在漏报。其二，气体传感器需要定期校准，否则可能存在误报漏报。其三，设置传感器增加成本，并且同时影响系统集成效率。因此，有必要设计和开发一种在线检测氢气泄漏的间接方法。
发明内容
本发明为了克服现有技术中用传感器进行氢气泄露检测的缺陷，提出了一种氢气泄露检测方法。
本发明的实施例提出了一种氢气泄露检测方法，应用于燃料电池，燃料电池包括电堆，电堆具有阳极入口和阳极出口，该方法的步骤包括：
使燃料电池处于后运行阶段，并往阳极入口输入氢气，使阳极入口的氢气压力达到检测压力；
测量阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢入初始压力，测量阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢出初始压力；
等待预设时间，测量阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢入压力，测量阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢出压力，若第一氢入压力与第一氢入初始压力的差值大于等于第一预设阈值，或，第一氢出压力与第一氢出初始压力的差值大于等于第一预设阈值，则判断发生初始泄露；
使阳极入口的氢气压力再次达到检测压力；
测量阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢入初始压力，测量阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢出初始压力；
等待预设时间，测量阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢入压力，测量阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢出压力，若第二氢入压力与第二氢入初始压力的差值大于等于第一预设阈值，或，第二氢出压力与第一氢出初始压力的差值大于等于第一预设阈值，则判断发生严重泄露。
本发明中氢气泄露检测方法的优点如下：
在本实施例中，在对燃料电池的阳极密封检测时，可以对燃料电池进行第一次诊断，具体而言，首先记录第一氢入初始压力和第一氢出初始压力。等待预设时间后，再次测量阳极入口和阳极出口的氢气压力，并将检测结果记录为第一氢入压力和第一氢出压力。此时即可判断第一氢入压力与第一氢入初始压力以及第一氢出压力与第一氢出初始压力的差值是否在预设阈值内，只要其中一个差值大于或等于预设阈值，则可以判定为初始泄露。此时，需要对燃料电池进行第二次诊断，也就是说，需要使阳极入口的氢气压力再次达到检测压力，并依次记录第二氢入初始压力和第二氢出初始压力，等待预设时间后，再次测量阳极入口和阳极出口的氢气压力，并将检测结果记录为第二氢入压力和第二氢出压力，接着继续判定，若第二氢入压力与第二氢入初始压力以及第二氢出压力与第二氢出初始压力的差值仍然大于预设阈值，则判定燃料电池发生严重泄露。通过本实施例中的氢气检测方法，其不需要氢气压力检测传感器，因此能够避免使用传感器造成的一系列问题，而且通过两次检测，能够极大的避免氢气压力检测时发生误报。
根据本发明实施例中的氢气泄露检测方法，还可以具备以下技术特征：
在本申请的一些实施例中，所述方法的步骤还包括：若所述第一氢入压力与所述第一氢入初始压力的差值小于所述第一预设阈值且大于所述第二预设阈值，或，所述第一氢出压力与所述第一氢出初始压力的差值小于所述第一预设阈值或大于所述第二预设阈值，则判断发生轻微泄露。
在本申请的一些实施例中，所述方法的步骤还包括：若所述第一氢入压力与所述第一 氢入初始压力的差值小于所述第二预设阈值，或，所述第一氢出压力与所述第一氢出初始压力的差值小于所述第二预设阈值，则判断未发生泄露。
在本申请的一些实施例中，所述方法的步骤还包括：若所述第二氢入压力与所述第二氢入初始压力的差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，或，所述第二氢出压力与所述第二氢出初始压力的差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，则判断发生轻微泄露；
在本申请的一些实施例中，所述方法的步骤还包括：若所述第二氢入压力与所述第二氢入初始压力的差值小于第二预设阈值，或，所述第二氢出压力与所述第二氢出初始压力的差值小于第二预设阈值，则判断未发生泄露。
在本申请的一些实施例中，所述方法的步骤还包括：所述使所述阳极入口的氢气压力再次达到所述检测压力的步骤包括：
判断所述第一氢入压力或所述第一氢出压力是否在所述检测压力的范围内，若所述第一氢入压力或所述第一氢出压力在所述检测压力的范围内，则继续检测；
若所述第一氢入压力或所述第一氢出压力小于所述检测压力，则再次往所述阳极入口输入氢气，使所述阳极入口的氢气压力达到检测压力。
在本申请的一些实施例中，所述判断发生严重泄露后的步骤还包括：
标定为2级故障，若未进行阳极密封泄漏故障清除指令，则禁止启动所述燃料电池。
在本申请的一些实施例中，若在检测过程中发生保氢关机或急停关机，则停止检测。
在本申请的一些实施例中，所述第一预设阈值为10kpa至15kap。
在本申请的一些实施例中，所述第二预设阈值为5kpa至8kpa。
在本申请的一些实施例中，所述预设时间小于等于15s。
在本申请的一些实施例中，所述检测压力的范围为150kpa至180kpa。
图1是本发明其中一个实施例中的氢气泄露检测方法的流程示意图；
图2是本发明另外一个实施例中的氢气泄露检测方法的流程示意图。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚地理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提出的一种氢气泄露检测方法，其应用于燃料电池，燃料电池包括电堆，电堆具有阳极入口和阳极出口，该方法的步骤包括：
S10，使燃料电池处于后运行阶段，并往阳极入口输入氢气，使阳极入口的氢气压力达到检测压力；
S20，测量阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢入初始压力，测量阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢出初始压力；
S30，等待预设时间，测量阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢入压力，测量阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢出压力，若第一氢入压力与第一氢入初始压力的差值大于等于第一预设阈值，或，第一氢出压力与第一氢出初始压力的差值大于等于第一预设阈值，则判断发生初始泄露；
S40，使阳极入口的氢气压力再次达到检测压力；
S50，测量阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢入初始压力，测量阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢出初始压力；
S60，等待预设时间，测量阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢入压力，测量阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢出压力，若第二氢入压力与第二氢入初始压力的差值大于等于第一预设阈值，或，第二氢出压力与第一氢出初始压力的差值大于等于第一预设阈值，则判断发生严重泄露。
根据本申请实施例中的氢气泄露检测方法，其能够对燃料电池进行氢气泄露检测，一 般来说，燃料电池包括电堆，电堆包括阳极入口和阳极出口，可以理解，氢燃料电池中的阳极入口输入的气体为氢气。在开始检测时，可以使燃料电池处于后运行阶段，后运行阶段也可以表示为St_AftRun，其指的是燃料电池处于关机状态。关机状态可以为FSD(冷关机)或NSD(常温关机)。当对燃料电池进行氢气检测时，需使阳极密封检测的开关打开，在一些实施例中可以表示为KeCfg_b_AnSealChkEn＝＝1，这样才能够往阳极入口充入氢气，以使阳极入口的氢气压力达到检测压力，检测压力也可以表示为KeAnSealChk_p_SealChkAnPrsSet。
在本实施例中，在对燃料电池的阳极密封检测时，可以对燃料电池进行第一次诊断，具体而言，首先记录第一氢入初始压力和第一氢出初始压力，第一氢入初始压力也可以表示为LeAnSealChk_p_AnUsInitPrs，第一氢出初始压力也可以表示为LeAnSealChk_p_AnDsInitPrs。等待预设时间后，再次测量阳极入口和阳极出口的氢气压力，并将检测结果记录为第一氢入压力和第一氢出压力，可以理解，在进行测量时，需要保持0.05秒至1秒，优选为0.5秒左右，如此能够防止信号抖动。预设时间也可以表示为KeAnSealChk_t_MaxChkTi。此时即可判断第一氢入压力与第一氢入初始压力以及第一氢出压力与第一氢出初始压力的差值是否在预设阈值内，只要其中一个差值大于或等于预设阈值，则可以判定为初始泄露。此时，需要对燃料电池进行第二次诊断，也就是说，需要使阳极入口的氢气压力再次达到检测压力，并依次记录第二氢入初始压力和第二氢出初始压力，等待预设时间后，再次测量阳极入口和阳极出口的氢气压力，并将检测结果记录为第二氢入压力和第二氢出压力，接着继续判定，若第二氢入压力与第二氢入初始压力以及第二氢出压力与第二氢出初始压力的差值仍然大于预设阈值，则判定燃料电池发生严重泄露。通过本实施例中的氢气检测方法，其不需要氢气压力检测传感器，因此能够避免使用传感器造成的一系列问题，而且通过两次检测，能够极大的避免氢气压力检测时发生误报。
在本申请的一些实施例中，氢气泄露检测方法的步骤还包括，若第一氢入压力与第一氢入初始压力的差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，或，第一氢出压力与第一氢出初始压力的差值小于第一预设阈值或大于第二预设阈值，则判断发生轻微泄露。在本实 施例中，第二预设阈值可以表示为MzAnSealChk_p_PrsLeakThd。当差值介于第一预设阈值与第二预设阈值之间时，都可以判定发生轻微泄露。在一些实施例中，轻微泄露可以表示为DFC_AnSealChkErr。
在本申请的一些实施例中，氢气泄露检测方法的步骤还包括，若第一氢入压力与第一氢入初始压力的差值小于第二预设阈值，或，第一氢出压力与第一氢出初始压力的差值小于第二预设阈值，则判断未发生泄露。在本实施例中，若阳极入口和阳极出口中第一次诊断的结果均小于第二预设阈值，则可以判定未发生泄露。此时可以停止检测，也可以继续检测，以避免发生误报，此处不做特殊限定。
在本申请的一些实施例中，氢气泄露检测方法的步骤还包括，若第二氢入压力与第二氢入初始压力的差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，或，第二氢出压力与第二氢出初始压力的差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，则判断发生轻微泄露。在本实施例中，只要满足上述任何一个结果，都可以判定发生轻微泄露。
在本申请的一些实施例中，氢气泄露检测方法的步骤还包括，若第二氢入压力与第二氢入初始压力的差值小于第二预设阈值，或，第二氢出压力与第二氢出初始压力的差值小于第二预设阈值，则判断未发生泄露。在本实施例中，若阳极入口和阳极出口中第二次诊断的结果均小于第二预设阈值，则可以判定未发生泄露。
在本申请的一些实施例中，使阳极入口的氢气压力再次达到检测压力的步骤包括：
S41，判断第一氢入压力或第一氢出压力是否在检测压力的范围内，若第一氢入压力或第一氢出压力在检测压力的范围内，则继续检测；
S42，若第一氢入压力或第一氢出压力小于检测压力，则再次往阳极入口输入氢气，使阳极入口的氢气压力达到检测压力。在本实施例中，在进行第二次诊断之前，可以先确定第一氢入压力或第一氢出压力是否在检测压力的范围内，如果处于范围内，则可以继续检测，也就是进行第二次诊断。如果小于检测压力的范围的最小值，则需要往阳极入口输入氢气，使阳极入口的氢气压力达到检测压力，达到检测压力后，需要维持0.5秒至1秒左右，以此确认检测压力稳定在预设值内，并等待0.5秒至1秒左右，再进行第二次诊断。
如图2所示，在本申请的一些实施例中，判断发生严重泄露后的步骤还包括：
S70，标定为2级故障，若未进行阳极密封泄漏故障清除指令，则禁止启动燃料电池。在本实施例中，如果发生严重泄露，则需要标定为2级故障，此时，不允许再次开机，在该故障下电不可清除，只有上位机中的阳极密封泄漏故障清除指令从0置1才可对该故障进行清除，在一些实施中阳极密封泄漏故障清除指令也可以表示为DIAG_b_AnSealChkClrFlg。
在本申请的一些实施例中，若在检测过程中发生保氢关机或急停关机，则停止检测。在本实施例中，保氢关机可以表示为FID_RelsStop，急停关机可以表示为FID_EmgyStop。如果燃料电池突然关机时，则需要先排除引起关机的故障，以避免引起安全隐患，只有排除掉一切故障后才能继续检测。
在本申请的一些实施例中，第一预设阈值为10kpa至15kpa。在本实施例中，第一预设阈值的数值不能过高，否则会漏报，也不能过低，否则会误报，因此，第一预设阈值为10kpa至15kpa之间，能够有效的避免发生漏报和误报。优选地，第一预设阈值为10kpa。
在本申请的一些实施例中，第二预设阈值为5kpa至8kpa之间。在本实施例中，第二预设阈值的数值不能过高，否则容易与第一预设阈值发生重叠，并引起漏报，也不能过低，否则会频繁的发生误报。优选的，第二预设阈值为5kap，如此能够有效的避免发生漏报和误报。
在本申请的一些实施例中，预设时间小于等于15s。在本实施例中，预设时间可以小于或等于15s，以避免检测时间过长，优选地，预设时间为10s和8s。
在本申请的一些实施例中，检测压力的范围为150kpa至180kpa。在本实施例中，检测压力不能过大，否则，如果发生严重泄露，则容易引起静电从而可能会引燃氢气，检测压力如果过小，则容易发生漏判。优选地，检测压力可以为150kpa至160kpa之间，如此在精确诊断的前提下，也能够避免发生安全隐患。
本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体 情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本使用新型的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
Claims (10)
- 一种氢气泄露检测方法，应用于燃料电池，所述燃料电池包括电堆，所述电堆具有阳极入口和阳极出口，其特征在于，所述方法的步骤包括：使所述燃料电池处于后运行阶段，并往所述阳极入口输入氢气，使所述阳极入口的氢气压力达到检测压力；测量所述阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢入初始压力，测量所述阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢出初始压力；等待预设时间，测量所述阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢入压力，测量所述阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第一氢出压力，若所述第一氢入压力与所述第一氢入初始压力的差值大于等于第一预设阈值，或，所述第一氢出压力与所述第一氢出初始压力的差值大于等于第一预设阈值，则判断发生初始泄露；使所述阳极入口的氢气压力再次达到所述检测压力；测量所述阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢入初始压力，测量所述阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢出初始压力；等待预设时间，测量所述阳极入口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢入压力，测量所述阳极出口的氢气压力，并将测量结果标记为第二氢出压力，若所述第二氢入压力与所述第二氢入初始压力的差值大于等于第一预设阈值，或，所述第二氢出压力与所述第一氢出初始压力的差值大于等于第一预设阈值，则判断发生严重泄露。
- 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤还包括：若所述第一氢入压力与所述第一氢入初始压力的差值小于所述第一预设阈值且大于所述第二预设阈值，或，所述第一氢出压力与所述第一氢出初始压力的差值小于所述第一预设阈值或大于所述第二预设阈值，则判断发生轻微泄露。
- 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤还包括：若所述第一氢入压力与所述第一氢入初始压力的差值小于所述第二预设阈值，或，所述第一氢出压力与所述第一氢出初始压力的差值小于所述第二预设阈值，则判断未发生泄露。
- 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤还包括：若所述第二 氢入压力与所述第二氢入初始压力的差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，或，所述第二氢出压力与所述第二氢出初始压力的差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，则判断发生轻微泄露；
- 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤还包括：若所述第二氢入压力与所述第二氢入初始压力的差值小于第二预设阈值，或，所述第二氢出压力与所述第二氢出初始压力的差值小于第二预设阈值，则判断未发生泄露。
- 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤还包括：所述使所述阳极入口的氢气压力再次达到所述检测压力的步骤包括：判断所述第一氢入压力或所述第一氢出压力是否在所述检测压力的范围内，若所述第一氢入压力或所述第一氢出压力在所述检测压力的范围内，则继续检测；若所述第一氢入压力或所述第一氢出压力小于所述检测压力，则再次往所述阳极入口输入氢气，使所述阳极入口的氢气压力达到检测压力。
- 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述判断发生严重泄露后的步骤还包括：标定为2级故障，若未进行阳极密封泄漏故障清除指令，则禁止启动所述燃料电池。
- 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，若在检测过程中发生保氢关机或急停关机，则停止检测。
- 根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一预设阈值为10kpa至15kap，或，所述第二预设阈值为5kpa至8kpa。
- 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述预设时间小于等于15s，或，所述检测压力的范围为150kpa至180kpa。
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2022
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