本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括用于利用氫氣和氧氣發(fā)電的燃料電池、用于向燃料電池供應(yīng)氫氣的氫氣供應(yīng)單元、用于向燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)氧氣的空氣供應(yīng)單元和用于進(jìn)行吹掃的吹掃單元；其中，還包括，診斷單元，診斷單元與燃料電池、氫氣供應(yīng)單元、空氣供應(yīng)單元電連接；診斷單元用于從燃料電池、氫氣供應(yīng)單元、空氣供應(yīng)單元獲取狀態(tài)信號(hào)，并根據(jù)診斷信號(hào)進(jìn)行故障診斷；診斷控制單元，診斷控制單元與診斷單元、氫氣供應(yīng)單元、空氣供應(yīng)單元電連接；診斷控制單元用于獲取診斷單元的診斷結(jié)果，并根據(jù)診斷結(jié)果調(diào)節(jié)氫氣供應(yīng)單元和空氣供應(yīng)單元。本發(fā)明專利技術(shù)能夠診斷并消除故障。斷并消除故障。斷并消除故障。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)
[0001]本專利技術(shù)涉及燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)
，具體涉及一種基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
[0002]質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，簡稱PEMFC發(fā)動(dòng)機(jī)，是燃料電池汽車將氫能轉(zhuǎn)化為電能的重要部件之一。質(zhì)子交換膜在工作時(shí)，需要適度的含水率，若水量較少，會(huì)產(chǎn)生膜干故障，膜干故障若發(fā)展到一定的程度，質(zhì)子交換膜從皺縮逐漸變脆，最后產(chǎn)生裂紋。這種情況下，質(zhì)子交換膜對(duì)氣體的分隔作用就會(huì)消失，反應(yīng)氣體在電池內(nèi)產(chǎn)生氣體交叉和循環(huán)往復(fù)，電池就會(huì)逐漸不再產(chǎn)生能量。因此，嚴(yán)重的膜干故障對(duì)燃料電池造成的是不可逆的損失，嚴(yán)重影響燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。水淹故障會(huì)嚴(yán)重影響燃料電池性能甚至減少燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。
[0003]因此，如何使質(zhì)子交換膜具有合適的含水率，是本領(lǐng)域亟待解決的重要問題之一。更具體地，由于質(zhì)子交換膜中的含水率是不斷變化的，而陰極側(cè)與陽極側(cè)之間的水是隨著工作條件不斷產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化的，這種情況下，如何對(duì)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以使質(zhì)子交換膜具有合適的含水率，就極為關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0004]本專利技術(shù)的目的是提供一種基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，它能夠使質(zhì)子交換膜具有合適的含水率，以提高燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。
[0005]本專利技術(shù)提供了一種基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括用于利用氫氣和氧氣發(fā)電的燃料電池、用于向所述燃料電池供應(yīng)氫氣的氫氣供應(yīng)單元、用于向所述燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)氧氣的空氣供應(yīng)單元和用于進(jìn)行吹掃的吹掃單元；
[0006]其中，還包括，
[0007]診斷單元，所述診斷單元與所述燃料電池、所述氫氣供應(yīng)單元、所述空氣供應(yīng)單元電連接；所述診斷單元用于從所述燃料電池、所述氫氣供應(yīng)單元、所述空氣供應(yīng)單元獲取狀態(tài)信號(hào)，并根據(jù)所述狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行故障診斷；
[0008]診斷控制單元，所述診斷控制單元與所述診斷單元、所述氫氣供應(yīng)單元、所述空氣供應(yīng)單元電連接；所述診斷控制單元用于獲取所述診斷單元的診斷結(jié)果，并根據(jù)所述診斷結(jié)果調(diào)節(jié)所述氫氣供應(yīng)單元和所述空氣供應(yīng)單元。
[0009]如上所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，可選的是，所述診斷單元的診斷結(jié)果包括：健康狀態(tài)、陰極水淹、陽極水淹和膜干故障。
[0010]如上所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述診斷單元包括：
[0011]診斷控制器；
[0012]用于檢測(cè)所述燃料電池輸出電壓的電壓傳感器；
[0013]用于檢測(cè)所述燃料電池空氣進(jìn)口處空氣壓力的第一壓力傳感器；
[0014]用于檢測(cè)所述燃料電池空氣出口處空氣壓力的第二壓力傳感器；
[0015]用于檢測(cè)所述燃料電池內(nèi)阻的內(nèi)阻檢測(cè)部件；
[0016]所述診斷控制器與所述電壓傳感器、所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器電連接；
[0017]所述診斷控制器獲取所述電壓傳感器的檢測(cè)結(jié)果，并判斷其是否小于設(shè)定的電壓閾值，如果是，則診斷結(jié)果為健康狀態(tài)；如果否，獲取所述內(nèi)阻檢測(cè)部件的檢測(cè)結(jié)果，并判斷該內(nèi)阻檢測(cè)部件的檢測(cè)結(jié)果是否小于設(shè)定內(nèi)阻值，如果是，則診斷該故障為陽極水淹或陰極水淹，如果否，則診斷結(jié)果為膜干故障。
[0018]如上所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述診斷單元還包括，
[0019]用于檢測(cè)所述燃料電池空氣進(jìn)口處空氣壓力的第一壓力傳感器；
[0020]用于檢測(cè)所述燃料電池空氣出口處空氣壓力的第二壓力傳感器；
[0021]用于檢測(cè)所述燃料電池氫氣進(jìn)口處壓力的第三壓力傳感器；
[0022]用于檢測(cè)所述燃料電池氫氣出口處壓力的第四壓力傳感器；
[0023]所述診斷控制器還用于在診斷該故障為陽極水淹或陰極水淹時(shí)，獲取所述第三壓力傳感器和所述第四壓力傳感器的檢測(cè)結(jié)果，并根據(jù)所述檢測(cè)結(jié)果估算陽極壓力；根據(jù)所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的檢測(cè)結(jié)果估算陰極壓力；
[0024]根據(jù)所述陽極壓力與所述陰極壓力是否滿足第一判斷條件，如果是，則為陽極水淹，如果否；則為陰極水淹。
[0025]如上所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述第一判斷條件為，
[0026][0027]其中，a為設(shè)計(jì)系數(shù)，P
yi
為陰極壓力，P
ya
為陽極壓力，ε為常系數(shù)，取值為0.1到0.25。
[0028]如上所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述診斷控制單元還包括，
[0029]用于檢測(cè)所述燃料電池空氣進(jìn)口處濕度的第一濕度傳感器；
[0030]用于檢測(cè)所述燃料電池氫氣進(jìn)口處濕度的第二濕度傳感器；
[0031]用于檢測(cè)所述燃料電池內(nèi)部溫度的溫度傳感器；
[0032]所述診斷控制單元與所述第一濕度傳感器、第二濕度傳感器、所述溫度傳感器、所述診斷控制器、安裝在所述氫氣供應(yīng)單元上的第一加濕器、安裝在所述空氣供應(yīng)單元上的第二加濕器和吹掃單元電連接；
[0033]所述診斷控制單元用于獲取所述診斷結(jié)果，并根據(jù)所述檢測(cè)結(jié)果、所述第一濕度傳感器的檢測(cè)結(jié)果、所述第二濕度傳感器的檢測(cè)結(jié)果控制所述第一加濕器、所述第二加濕器和所述吹掃單元電工作。
[0034]如上所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述診斷控制單元用于在診斷結(jié)果為健康狀態(tài)時(shí)，按設(shè)定的參數(shù)和程序控制所述燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)；
[0035]所述診斷控制單元用于在診斷結(jié)果為膜干故障時(shí)，控制所述第一加濕器和所述第二加濕器增大加濕量；
[0036]所述診斷控制單元用于在診斷結(jié)果為陰極水淹時(shí)，調(diào)節(jié)所述第一加濕器，以降低空氣的濕度；
[0037]所述診斷控制單元用于在診斷結(jié)果為陽極水淹時(shí)，調(diào)節(jié)所述第二加濕器，以降低氫氣的濕度。
[0038]如上所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述診斷控制單元還與所述燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)電連接，所述診斷控制單元還用于在診斷結(jié)果為膜干故障時(shí)，提高冷卻液流動(dòng)速度，以降低燃料電池的溫度。
[0039]如上所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述診斷控制單元還用于在診斷結(jié)果為陰極水淹時(shí)，獲取目標(biāo)功率并判斷目標(biāo)功率中的非必需功率，控制降低非必需功率，以降低電流密度。
[0040]如上所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述診斷控制單元還與所述氫氣供給系統(tǒng)、所述空氣供給系統(tǒng)電連接，所述診斷控制單元還用于在診斷結(jié)果為陽極水淹時(shí)，控制降低氫氣壓力和/或提高空氣的進(jìn)氣壓力，以提高陽極壓力和/或降低陰極壓力。
[0041]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)通過診斷單元對(duì)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的膜干故障、陰極水淹、陽極水淹等故障進(jìn)行診斷，并根據(jù)診斷結(jié)果對(duì)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以消除故障，使質(zhì)子交換膜始終工作在合適的含水率范圍內(nèi)。從而保證氫氣與氧氣的反應(yīng)速率，提高燃料電池發(fā)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括用于利用氫氣和氧氣發(fā)電的燃料電池、用于向所述燃料電池供應(yīng)氫氣的氫氣供應(yīng)單元、用于向所述燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)氧氣的空氣供應(yīng)單元和用于進(jìn)行吹掃的吹掃單元；其特征在于：還包括，診斷單元，所述診斷單元與所述燃料電池、所述氫氣供應(yīng)單元、所述空氣供應(yīng)單元電連接；所述診斷單元用于從所述燃料電池、所述氫氣供應(yīng)單元、所述空氣供應(yīng)單元獲取狀態(tài)信號(hào)，并根據(jù)所述狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行故障診斷；診斷控制單元，所述診斷控制單元與所述診斷單元、所述氫氣供應(yīng)單元、所述空氣供應(yīng)單元電連接；所述診斷控制單元用于獲取所述診斷單元的診斷結(jié)果，并根據(jù)所述診斷結(jié)果調(diào)節(jié)所述氫氣供應(yīng)單元和所述空氣供應(yīng)單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述診斷單元的診斷結(jié)果包括：健康狀態(tài)、陰極水淹、陽極水淹和膜干故障。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述診斷單元包括：診斷控制器；用于檢測(cè)所述燃料電池輸出電壓的電壓傳感器；用于檢測(cè)所述燃料電池內(nèi)阻的內(nèi)阻檢測(cè)部件；所述診斷控制器與所述電壓傳感器、所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器電連接；所述診斷控制器獲取所述電壓傳感器的檢測(cè)結(jié)果，并判斷其是否小于設(shè)定的電壓閾值，如果是，則診斷結(jié)果為健康狀態(tài)；如果否，獲取所述內(nèi)阻檢測(cè)部件的檢測(cè)結(jié)果，并判斷該內(nèi)阻檢測(cè)部件的檢測(cè)結(jié)果是否小于設(shè)定內(nèi)阻值，如果是，則診斷該故障為陽極水淹或陰極水淹，如果否，則診斷結(jié)果為膜干故障。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于水熱管理的氫氧燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述診斷單元還包括，用于檢測(cè)所述燃料電池空氣進(jìn)口處空氣壓力的第一壓力傳感器；用于檢測(cè)所述燃料電池空氣出口處空氣壓力的第二壓力傳感器；用于檢測(cè)所述燃料電池氫氣進(jìn)口處壓力的第三壓力傳感器；用于檢測(cè)所述燃料電池氫氣出口處壓力的第四壓力傳感器；所述診斷控制器還用于在診斷該故障為陽極水淹或陰極水淹時(shí)，獲取所述第三壓力傳感器和所述第四壓力傳感器的檢測(cè)結(jié)果，并根據(jù)所述檢測(cè)結(jié)果估算陽極壓力；根據(jù)所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的檢測(cè)結(jié)果估算陰極壓力；根據(jù)所述陽極壓力與所述陰極壓力是否滿足第一判斷條件，如果是，則為陽極水淹，如果否；則為陰極水淹。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于水熱管理的氫...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張立偉，秦騰，苑磊，王燕鋒，徐春明，姜濤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：宿遷學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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