用于監(jiān)測并控制燃料電池堆內(nèi)的空氣流動的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本文中公開的是用于監(jiān)測并控制燃料電池堆內(nèi)的空氣流動的系統(tǒng)和方法。燃料電池堆可包括用于引導(dǎo)經(jīng)過燃料電池的空氣流動的空氣供給路徑。傳感器可構(gòu)造成確定與空氣供給路徑相關(guān)的參數(shù)，諸如壓力、流量等。建模系統(tǒng)可進一步構(gòu)造成確定與空氣供給路徑相關(guān)的模型參數(shù)。控制系統(tǒng)可接收來自一個或多個傳感器以及建模系統(tǒng)的輸入以便基于測量參數(shù)和模型參數(shù)生成基線，確定測量參數(shù)與模型參數(shù)之間的差值，確定相對于基線的差值的變化，確定該變化滿足標(biāo)準(zhǔn)，并且基于標(biāo)準(zhǔn)的滿足而選擇性地執(zhí)行糾正措施。
【專利說明】用于監(jiān)測并控制燃料電池堆內(nèi)的空氣流動的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及用于監(jiān)測并控制燃料電池堆內(nèi)部的空氣流動的系統(tǒng)和方法。更具體 地，但不排他地，本公開涉及對構(gòu)造成引導(dǎo)空氣流動經(jīng)過燃料電池堆的空氣供給路徑中的 泄漏或堵塞的檢測。

【背景技術(shù)】
[0002] 乘用車可包括給車輛的電氣系統(tǒng)和動力傳動系統(tǒng)的某些零件提供動力的燃料電 池（"FC"）系統(tǒng)。例如，可在車輛中使用FC系統(tǒng)以便直接地（例如，電驅(qū)動電機等）并且 /或者經(jīng)由中間的電池系統(tǒng)給車輛的電動力傳動系統(tǒng)部件提供動力。燃料電池系統(tǒng)可包括 單個電池，或者可替代地，可包括布置在電池堆構(gòu)造中的多個電池。可將若干個燃料電池合 并在FC堆中，以產(chǎn)生期望的功率輸出。經(jīng)過FC的空氣流動會影響FC系統(tǒng)的性能。因此， 對經(jīng)過FC的空氣流動造成影響的空氣供給路徑中的泄漏或堵塞會對FC系統(tǒng)的性能產(chǎn)生負(fù) 面影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本文中公開的是用于監(jiān)測并控制FC堆內(nèi)部的空氣流動的多種系統(tǒng)和方法。該FC 堆可包括構(gòu)造成引導(dǎo)空氣流動經(jīng)過FC的空氣供給路徑。一個或多個傳感器可構(gòu)造成確定 與空氣供給路徑相關(guān)的參數(shù)，諸如壓力、流量等。建模系統(tǒng)可進一步構(gòu)造成確定與空氣供給 路徑相關(guān)的模型參數(shù)。根據(jù)一些實施例，建模系統(tǒng)可以在燃料電池堆正在工作時連續(xù)地運 行。根據(jù)這種實施例，建模系統(tǒng)可結(jié)合構(gòu)造成控制燃料電池堆的操作的控制系統(tǒng)而運行。
[0004] 可基于測量參數(shù)和模型參數(shù)來確定基線。該基線可根據(jù)工作狀態(tài)（例如，初始空 氣流量、壓力設(shè)定、工作溫度等）而變化。根據(jù)某些實施例，可在燃料電池堆的整個壽命周 期內(nèi)生成并維持該基線。也可確定測量參數(shù)與模型參數(shù)之間的差。相對于基線的差的變化 可以是空氣流動系統(tǒng)中的泄漏或阻塞的指示。
[0005] 根據(jù)各種實施例，測量參數(shù)和模型參數(shù)可以是陰極空氣供給路徑中的壓力。根據(jù) 某些實施例，相對于基線的差的變化可以是陰極空氣供給路徑中的泄漏或阻塞的指示。本 文中公開的各種系統(tǒng)可構(gòu)造成判斷基線和差之間的變化是否與陰極空氣供給路徑中的泄 漏或阻塞有關(guān)。
[0006] 可基于多種輸入生成模型參數(shù)。根據(jù)一個實施例，模型參數(shù)可以是模型壓力，建模 系統(tǒng)可以基于模型壓力，至少部分地基于背壓閥的位置。背壓閥可配置在一系列的位置內(nèi)， 以便調(diào)整陰極空氣供給路徑中的壓力設(shè)定點。
[0007] 可響應(yīng)于滿足標(biāo)準(zhǔn)的相對于基線的差值的變化而生成多種糾正措施。根據(jù)本公開 的某些實施例，可生成用戶通知和/或診斷代碼。用戶通知和/或診斷代碼可提供空氣供 給路徑中的阻塞或泄漏的指示。這些通知可提示用戶以便試圖修理空氣供給路徑中的泄漏 和/或排除空氣供給路徑中的阻塞。
[0008] 本發(fā)明提供以下技術(shù)方案： 1. 一種監(jiān)測并控制燃料電池堆內(nèi)的空氣流動的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 空氣供給路徑，其構(gòu)造成引導(dǎo)空氣流動經(jīng)過燃料電池堆； 傳感器，其構(gòu)造成確定與所述空氣供給路徑相關(guān)的測量參數(shù)； 建模系統(tǒng)，其構(gòu)造成確定與所述空氣供給路徑相關(guān)的模型參數(shù)； 控制系統(tǒng)，其構(gòu)造成： 基于所述測量參數(shù)和所述模型參數(shù)而生成基線， 確定所述測量參數(shù)與所述模型參數(shù)之間的差值， 確定相對于所述基線的差值的變化， 確定所述變化滿足標(biāo)準(zhǔn)，以及 基于對所述標(biāo)準(zhǔn)的滿足而生成糾正措施。
[0009] 2.如方案1所述的系統(tǒng)，其中所述測量參數(shù)包括在陰極空氣供給路徑中的測量壓 力，所述陰極空氣供給路徑構(gòu)造成提供與流向所述燃料電池堆中的多個陰極的空氣流混合 的燃料，并且所述模型參數(shù)包括所述陰極空氣供給路徑中的模型壓力。
[0010] 3.如方案2所述的系統(tǒng)，還包括： 可配置在一系列位置中的背壓閥，所述一系列位置可操作地調(diào)整壓力設(shè)定點； 其中所述模型壓力至少部分地基于經(jīng)調(diào)整的背壓閥位置。
[0011] 4.如方案2所述的系統(tǒng)，還包括： 壓縮機，其構(gòu)造成引起經(jīng)過所述燃料電池堆的空氣流動； 其中所述糾正措施包括調(diào)整所述壓縮機和所述背壓閥中的一個的操作以便調(diào)整所述 空氣供給路徑中的壓力設(shè)定點。
[0012] 5.如方案1所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)進一步構(gòu)造成確定所述差值的變化對 應(yīng)于所述空氣供給路徑中的泄漏和所述空氣供給路徑中的阻塞之一。
[0013] 6.如方案5所述的系統(tǒng)，其中所述糾正措施包括生成用戶通知和診斷代碼中的一 種，所述用戶通知和所述診斷代碼配置成表明所述空氣供給路徑中的泄漏。
[0014] 7.如方案6所述的系統(tǒng)，其中所述用戶通知包括泄漏包括燃料排放的指示。
[0015] 8.如方案5所述的系統(tǒng)，其中所述糾正措施包括生成用戶通知和診斷代碼中的一 種，所述用戶通知和所述診斷代碼配置成表明所述空氣供給路徑中的堵塞。
[0016] 9.如方案1所述的系統(tǒng)，其中所述基線配置成說明系統(tǒng)公差參數(shù)和部件公差參數(shù) 中的一種參數(shù)的變動。
[0017] 10.如方案1所述的系統(tǒng)，還包括： 處理器；和 非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)； 其中所述建模系統(tǒng)和所述控制系統(tǒng)中的至少一個包括模塊，所述模塊包含存儲在所述 非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)上并且在所述處理器上可執(zhí)行的計算機可執(zhí)行指令。
[0018] 11. 一種用于監(jiān)測并控制燃料電池堆內(nèi)的空氣流動的方法，所述方法包括： 引起在空氣供給路徑中的空氣流動，所述空氣供給路徑構(gòu)造成引導(dǎo)空氣流動經(jīng)過燃料 電池堆； 確定所述空氣供給路徑的特性的測量參數(shù)； 利用建模系統(tǒng)來確定與所述空氣供給路徑相關(guān)的模型參數(shù)； 基于所述測量參數(shù)和所述模型參數(shù)來確定基線； 確定所述測量參數(shù)與所述模型參數(shù)之間的差值； 確定相對于所述基線的差值的變化； 確定所述變化滿足標(biāo)準(zhǔn)；以及 使用控制系統(tǒng)生成糾正措施。
[0019] 12.如方案11所述的方法，其中所述測量參數(shù)包括陰極空氣供給路徑中的測量壓 力，所述陰極空氣供給路徑構(gòu)造成提供與流向所述燃料電池堆中的多個陰極的空氣流混合 的燃料，并且所述模型參數(shù)包括在所述陰極空氣供給路徑中的模型壓力。
[0020] 13.如方案12所述的方法，還包括： 調(diào)整背壓閥的位置以便調(diào)整壓力設(shè)定點； 其中所述模型壓力至少部分地基于所述背壓閥的位置。
[0021] 14.如方案12所述的方法，其中所述糾正措施包括調(diào)整壓縮機或背壓閥中的一個 的操作以便調(diào)整所述空氣供給路徑中的壓力設(shè)定點。
[0022] 15.如方案11所述的方法，還包括： 確定所述差值中的變化對應(yīng)于所述空氣供給路徑的泄漏和所述空氣供給路徑的阻塞 中的一種情況。
[0023] 16.如方案15所述的方法，還包括生成配置成表明所述空氣供給路徑中的泄漏的 用戶通知和診斷代碼中的一種。
[0024] 17.如方案16所述的方法，其中所述通知包括泄漏包括燃料排放的指示。
[0025] 18.如方案15所述的方法，還包括生成配置成表明所述空氣供給路徑中的阻塞的 用戶通知和診斷代碼中的一種。
[0026] 19.如方案11所述的方法，其中所述基線配置成說明系統(tǒng)公差參數(shù)和部件公差參 數(shù)中的一種參數(shù)的變動。
[0027] 20. -種監(jiān)測并控制燃料電池堆內(nèi)的空氣流的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 在所述燃料電池堆中的陰極空氣供給路徑，所述陰極空氣供給路徑構(gòu)造成允許攜帶燃 料的空氣流動到所述燃料電池堆中的多個燃料電池的多個陰極； 壓力傳感器，其構(gòu)造成確定與所述陰極空氣供給路徑相關(guān)的測量壓力； 與所述陰極空氣供給路徑和所述壓力傳感器連接的壓縮機，所述壓縮機構(gòu)造成在所述 陰極空氣供給路徑中在壓力設(shè)定點引起空氣流； 可設(shè)置在一系列位置內(nèi)的背壓閥，所述一系列位置可操作地至少部分地基于所述測量 壓力來調(diào)整所述壓力設(shè)定點； 壓力建模系統(tǒng)，其構(gòu)造成至少部分地基于所述背壓閥的位置來確定與所述燃料電池堆 相關(guān)的模型壓力； 控制系統(tǒng)，其配置成： 基于所述測量參數(shù)和所述模型參數(shù)而生成基線， 確定在所述測量參數(shù)與所述模型參數(shù)之間的差值， 確定相對于所述基線的差值的變化， 確定所述變化滿足標(biāo)準(zhǔn)，以及 基于對所述標(biāo)準(zhǔn)的滿足而選擇性地執(zhí)行糾正措施。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 下面參照附圖來描述本公開的非限制性和非窮舉性的實施例，包括本公開的各種 實施例，其中： 圖1示出了根據(jù)本文中所公開實施例的示例性車輛系統(tǒng)的功能方框圖。
[0029] 圖2A示出了根據(jù)本文中所公開實施例的用于產(chǎn)生經(jīng)過空氣供給路徑的空氣流動 的系統(tǒng)的方框圖。
[0030] 圖2B示出了空氣供給路徑（諸如圖2A中所示的空氣供給路徑）中的測量壓力和 模型壓力隨時間推移而變化的圖形。
[0031] 圖3示出了根據(jù)本文中所公開實施例的用于檢測燃料電池系統(tǒng)的空氣供給路徑 中的泄漏或堵塞的方法的流程圖。
[0032] 圖4示出了根據(jù)本文中所公開實施例的用于執(zhí)行各種實施例的計算機系統(tǒng)的方 框圖。

【具體實施方式】
[0033] 下面提供對根據(jù)本公開實施例的系統(tǒng)和方法的詳細(xì)說明。雖然描述了若干實施 例，但本公開并不局限于任何一個實施例，相反本公開包含許多替代物、修改和等同物。另 夕卜，雖然在下面的描述中陳述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對本文中所公開實施例的詳盡理 解，但可以在沒有這些細(xì)節(jié)的一部分或全部的情況下實踐一些實施例。此外，為了清楚的目 的，對于在相關(guān)領(lǐng)域中為已知的某個技術(shù)物質(zhì)未作詳細(xì)描述，從而避免不必要地使本公開 變得不明顯。
[0034] 貫穿本說明書提及"一個實施例"或"一實施例"表示結(jié)合該實施例所描述的特定 的特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書在各種位置出現(xiàn)的短 語"在一個實施例中"或"在一實施例中"不一定都指的是相同的實施例。具體地，"一實施 例"可以是系統(tǒng)、制品（諸如計算機可讀存儲介質(zhì)）、方法、和/或工藝的產(chǎn)品。
[0035] 短語"連接到"和"與一通信"是指在兩個或更多部件之間的任意形式的相互作 用，包括機械的、電的、磁的和電磁的相互作用。兩個部件可彼此連接，即使它們彼此之間不 直接接觸，以及即使在這兩個部件之間可能存在中間裝置。
[0036] 空氣輸送裝置諸如壓縮機可構(gòu)造成產(chǎn)生在燃料電池堆中的空氣流動。該空氣輸送 裝置可維持在用于供給FC部件的空氣供給路徑內(nèi)部的期望的壓力或壓力設(shè)定點。控制器 可計算歧管壓力設(shè)定點，并且可將來自一個或多個傳感器（例如，壓力傳感器）的輸入用于 反饋控制環(huán)以便控制空氣輸送裝置。系統(tǒng)控制器可計算歧管壓力設(shè)定點，該歧管壓力設(shè)定 點可用于控制空氣輸送裝置。
[0037] 根據(jù)本文中公開的各種實施例，可利用閉環(huán)控制系統(tǒng)至少部分地基于由位于陰極 空氣供給路徑進口處的壓力傳感器所提供的測量值來控制陰極空氣供給路徑中的壓力。如 果發(fā)生泄漏或堵塞，系統(tǒng)可通過例如調(diào)整背壓閥的位置而進行補償。改變背壓閥的位置可 增加或減小陰極空氣供給路徑中的壓力。
[0038] 在某些情況下，陰極壓力模型可能不具有充分的信息來確定泄漏或堵塞的存在， 因此可能基于經(jīng)調(diào)整的背壓閥位置不正確地預(yù)測壓力。相對于基線的差值的變化可以是空 氣流動系統(tǒng)中泄漏或阻塞的指示。誤差的方向可表明是存在泄漏還是堵塞。
[0039] 在空氣供給路徑中存在泄漏的情況下，模擬系統(tǒng)可估計超過測量壓力的壓力。在 空氣供給路徑中存在堵塞的情況下，模擬系統(tǒng)可估計低于測量壓力的壓力?；诖嬖谛孤?或堵塞的確定，該系統(tǒng)可執(zhí)行操作以使對耐久性或可靠性的影響最小化，避免潛在的燃料 排放，警告駕駛員需要進行維修，并且?guī)椭S修技術(shù)員識別相關(guān)的性能問題的根本原因。
[0040] 通過參照附圖將最佳地理解本公開的實施例，其中可用類似的數(shù)字標(biāo)示類似的部 件。所公開實施例的部件，如在本文的附圖中一般性地描述和說明的，可以采用多種多樣的 不同構(gòu)造進行布置和設(shè)計。因此，本公開的系統(tǒng)和方法的實施例的以下詳細(xì)說明并非意圖 限制要求專利保護的本公開的范圍，而僅僅是本公開的可能實施例的代表。另外，除非另有 說明，方法的步驟不一定需按任何特定順序執(zhí)行，或者甚至相繼地執(zhí)行，這些步驟也無需僅 被執(zhí)行一次。
[0041] 圖1示出了根據(jù)本文中所公開實施例的示例性車輛系統(tǒng)100功能方框圖。車輛系 統(tǒng)100可以是機動車輛、海上運輸工具、飛機、和/或任何其它類型的交通工具或固定式電 源（例如，發(fā)電機）。車輛100可包括具有FC堆112的FC系統(tǒng)102,在某些實施例中FC堆 112可與高電壓（"HV"）電池系統(tǒng)（未圖示）聯(lián)接。該HV電池系統(tǒng)可用于向電動力傳動 系統(tǒng)的部件提供動力。在其它實施例中，F(xiàn)C堆112可與低電壓電池聯(lián)接，并且可構(gòu)造成為 多種車輛系統(tǒng)100提供電能，所述車輛系統(tǒng)100包括例如車輛起動器系統(tǒng)（例如，起動電動 機）、照明系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)等。
[0042] FC堆112可與FC控制系統(tǒng)104聯(lián)接。FC控制系統(tǒng)104可構(gòu)造成監(jiān)測并控制FC堆 112的某些操作。例如，F(xiàn)C控制系統(tǒng)104可構(gòu)造成監(jiān)測并控制FC堆112的可調(diào)節(jié)性能參數(shù) 和電壓抑制操作。在某些實施例中，F(xiàn)C控制系統(tǒng)104可與多個傳感器106 (例如，電壓傳感 器、電流傳感器等）和/或構(gòu)造成使FC控制系統(tǒng)104能夠監(jiān)測并控制FC堆112的操作的 其它系統(tǒng)通信地聯(lián)接。例如，與FC堆112通信的多個傳感器106可為FC控制系統(tǒng)104提 供可用于估計極化曲線的信息。在某些實施例中，F(xiàn)C控制系統(tǒng)104可構(gòu)造成獨立地監(jiān)測FC 堆112中的每個電池114。FC控制系統(tǒng)104可進一步構(gòu)造成向車輛100中所包括的其它系 統(tǒng)提供信息并且/或者接收來自車輛100中所包括的其它系統(tǒng)的信息。例如，F(xiàn)C控制系統(tǒng) 104可與內(nèi)部車輛計算機系統(tǒng)108通信地聯(lián)接。
[0043] 在某些實施例中，F(xiàn)C控制系統(tǒng)104可構(gòu)造成向車輛100的用戶、車輛計算機系統(tǒng) 108、和/或外部計算機系統(tǒng)110提供有關(guān)FC堆112的信息或通知。這種信息可包括例如 有關(guān)與FC堆112相關(guān)的空氣供給路徑中的泄漏或堵塞的信息?？蓪⒉煌愋偷耐ㄖ尸F(xiàn) 給不同用戶。例如，控制系統(tǒng)104可向維修技術(shù)員提供診斷代碼，該診斷代碼表示關(guān)于空氣 流動系統(tǒng)中的泄漏或阻塞的某個信息。在另一個實例中，一旦檢測到空氣流動系統(tǒng)中的泄 漏或阻塞，控制系統(tǒng)104可通知車輛駕駛員該車輛需要維修。在把燃料傳輸至FC堆112的 陰極空氣供給路徑中檢測出泄漏的情況下，控制系統(tǒng)104可通知用戶燃料泄漏的可能性， 并且可進一步建議車輛的操作者需要維修服務(wù)。
[0044] 根據(jù)各種實施例，利用測量參數(shù)與模型參數(shù)之間的比較，可檢測空氣流動系統(tǒng)中 的泄漏或堵塞。建模系統(tǒng)116可接收與FC堆112的操作有關(guān)的信息。這一信息可包括例 如來自壓力傳感器的測量值、有關(guān)背壓閥位置的信息、流量等。建模系統(tǒng)116可構(gòu)造成處理 這種信息并且確定預(yù)期參數(shù)或模型參數(shù)。根據(jù)一些實施例，模型參數(shù)可包括模型壓力、模型 流量、或其它參數(shù)。
[0045] 可利用多種模擬技術(shù)或建模技術(shù)來執(zhí)行建模系統(tǒng)116。根據(jù)一些實施例，建模系統(tǒng) 116可具體化為存儲在非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)中的計算機可執(zhí)行指令。盡管在該圖 示說明的實施例中建模系統(tǒng)116被圖示為車輛計算機108的一個部件，但根據(jù)其它實施例， 建模系統(tǒng)116可實施為獨立系統(tǒng)或者可集成到控制系統(tǒng)104中。通過本公開可預(yù)期多種構(gòu) 造和實施。根據(jù)其中建模系統(tǒng)116與車輛計算機108相關(guān)聯(lián)的實施例，建模系統(tǒng)可與其它 系統(tǒng)共享車輛計算機108的資源或者共享在車輛計算機108上執(zhí)行的處理。
[0046] 建模系統(tǒng)116可接收來自與FC堆112通信的一個或多個傳感器（例如，傳感器 106)的輸入。這些傳感器可包括例如溫度傳感器、壓力傳感器、空氣流量傳感器等。建模系 統(tǒng)116也可接收來自與陰極空氣流動系統(tǒng)連通的背壓閥的輸入。根據(jù)一個實施例，建模系 統(tǒng)116可至少部分地取決于背壓閥的位置來確定模型壓力。此外，根據(jù)一些實施例，建模系 統(tǒng)116也可接收有關(guān)其它變量（諸如與FC堆112相關(guān)的溫度）的信息。
[0047] 可基于測量參數(shù)（例如，測量壓力）與模型參數(shù)（例如，模型壓力）的比較來確定 基線。該基線可取決于工作狀態(tài)（例如，初始空氣流量、壓力設(shè)定、運行溫度等）而變化。根 據(jù)某些實施例，可在燃料電池堆的整個壽命周期內(nèi)生成并維持該基線。也可確定測量參數(shù) 與模型參數(shù)之間的差值。相對于基線的差值的變化可以是空氣流動系統(tǒng)中的泄漏或阻塞的 指示。根據(jù)各種實施例，測量參數(shù)和模型參數(shù)可以是陰極空氣供給路徑中的壓力。根據(jù)某 些實施例，變化可以是陰極空氣供給路徑中的泄漏或阻塞的指示。
[0048] 當(dāng)在基線和差之間的變化滿足標(biāo)準(zhǔn)時，可選擇性地執(zhí)行糾正措施。糾正措施可包 括多種措施。例如，糾正措施可包括調(diào)整與FC堆112相關(guān)的操作參數(shù)。此外，糾正措施可 包括通知用戶需要獲取車輛維修。根據(jù)一些實施例，用戶通知可包括陰極空氣流動系統(tǒng)中 的泄漏或阻塞的嚴(yán)重程度的指示。糾正措施可包括通知用戶燃料泄漏的可能性，特別是在 燃料泄漏會造成安全問題的情況下。此外，糾正措施可包括向技術(shù)員提供可告知技術(shù)員陰 極空氣流動系統(tǒng)中發(fā)生泄漏和/或堵塞的診斷代碼。
[0049] 圖2A示出了根據(jù)本文中所公開實施例的、用于產(chǎn)生經(jīng)過空氣供給路徑216的空氣 流動的系統(tǒng)200的方框圖。根據(jù)該圖示說明的實施例，用大箭頭表示空氣供給路徑216。實 線是指在圖示的各部件之間交換的信息。
[0050] 空氣進口 214可接收來自環(huán)境的空氣并且向壓縮機202提供空氣。壓縮機202可 構(gòu)造成維持系統(tǒng)200的空氣供給路徑216中的壓力。由壓縮機202所維持的壓力可稱為壓 力設(shè)定點?？衫脡嚎s機202向FC堆208提供空氣流。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的， 根據(jù)某些實施例，可將燃料加入到空氣流中，并且/或者可對空氣流進行調(diào)節(jié)（例如，可以 控制空氣流的濕度或溫度）?？諝饬骺上騀C堆208提供反應(yīng)物并帶走FC堆208中所發(fā)生 反應(yīng)的副產(chǎn)物。
[0051] 背壓閥210也可用于幫助維持空氣供給路徑中的壓力設(shè)定點?？捎煽刂葡到y(tǒng)204 調(diào)整背壓閥210的位置，以便增加或減小陰極空氣供給路徑中的壓力。背壓閥210可提供 多種離散的打開位置，或者可利用類似系統(tǒng)（其中可以設(shè)定經(jīng)過背壓閥210的流體流量以 便維持陰極空氣供給系統(tǒng)內(nèi)部的特定壓力）對背壓閥210加以控制。背壓閥210的位置會 受到系統(tǒng)溫度、系統(tǒng)壓力、和其它因素的影響。
[0052] 背壓閥210的位置可以基于閉環(huán)反饋系統(tǒng)，該閉環(huán)反饋系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)204、和 與空氣供給路徑216通信的壓力傳感器（未圖示）。當(dāng)陰極空氣供給路徑中的測量壓力降 低至低于設(shè)定點時，背壓閥可調(diào)整其位置以減小或阻止空氣從空氣供給路徑216中流出。 因此，可增加空氣供給路徑216中的壓力。當(dāng)空氣供給路徑216中的測量壓力增加至設(shè)定 點以上時，背壓閥210可調(diào)整其位置以增加或促進空氣從空氣供給路徑216中流出。因此， 空氣供給路徑216中的壓力會減小。尾管212可以與背壓閥210連通。尾管212可提供對 空氣流動的阻力，因此尾管212可增加空氣供給路徑216中的壓力。
[0053] 模擬系統(tǒng)206可接收來自FC堆208、背壓閥210、和控制系統(tǒng)204的數(shù)據(jù)。模擬系 統(tǒng)206可模擬空氣供給路徑216中的壓力。根據(jù)一個實施例，模擬系統(tǒng)206可接收來自與 空氣供給路徑216通信的傳感器的壓力。可基于測量參數(shù)和模型參數(shù)來確定基線。也可確 定測量參數(shù)與模型參數(shù)之間的差值。
[0054] 如果空氣供給路徑216中發(fā)生泄漏或堵塞，則可通過例如改變背壓閥210的位置 而對系統(tǒng)200進行補償。模擬系統(tǒng)206,因為不向其提供有關(guān)泄漏/堵塞的信息，所以可能 基于經(jīng)調(diào)整的背壓閥210的位置不正確地預(yù)測空氣供給路徑216中的壓力。通過觀察基線 與差之間的變化，可以推斷空氣供給路徑216已發(fā)生泄漏或堵塞。
[0055] 變化的方向可表明空氣供給路徑216是否已發(fā)生堵塞或泄漏。在空氣供給路徑 216中存在泄漏的情況下，模擬系統(tǒng)206可估計超過基線的壓力。在空氣供給路徑216中存 在堵塞的情況下，模擬系統(tǒng)206可估計低于基線的壓力?；诖嬖谛孤┗蚨氯呐袛?，系統(tǒng) 200可以執(zhí)行措施以使對耐久性或可靠性的影響最小化，避免潛在的燃料排放，警告駕駛員 需要進行維修，并且?guī)椭S修技術(shù)員識別根本原因。
[0056] 圖2B示出了空氣供給路徑（諸如圖2A中示出的空氣供給路徑）中的測量壓力 256和模型壓力260隨時間推移而變化的圖250。在該圖示說明的實施例中，沿軸線254標(biāo) 繪出時間，沿軸線252標(biāo)繪出壓力。在第一時間262,可確定模型壓力260和測量壓力256。 根據(jù)一些實施例，在測量壓力256與模型壓力260之間可以存在基線偏移258。根據(jù)一些實 施例，第一時間262可對應(yīng)于燃料電池系統(tǒng)使用壽命的開始?；€偏移258可說明任何的 系統(tǒng)間和/或部件間變動（例如部件公差）。根據(jù)一些實施例，可通過對模擬系統(tǒng)的參數(shù)做 出調(diào)整而將基線偏移并入模型壓力260中。模型壓力260與測量壓力256之間的偏差可以 是空氣供給路徑中的堵塞或泄漏的指示。根據(jù)該圖示說明的實施例，基線偏移258可保持 相對恒定，除非在空氣供給路徑中發(fā)生泄漏或堵塞。
[0057] 如圖2B中所示，在某個點模型壓力260與測量壓力256之間的基線差值開始變 化。圖中示出了兩種情況。在第一種情況下，模型壓力260a開始增加，因此，表明空氣供給 路徑中的泄漏。在第二時間266,模型壓力260a超過測量壓力256 -個由268標(biāo)明的量。
[0058] 在第二種情況下，模型壓力260b開始下降，因此，表明空氣供給路徑中的阻塞。在 第二時間266,測量壓力256超過模型壓力260b-個由270標(biāo)明的量。如圖所示，測量壓力 256與模型壓力260b之間的差值大于基線偏移258。
[0059] 圖3示出了根據(jù)本文中所公開實施例的、用于檢測燃料電池系統(tǒng)的空氣供給路徑 中的泄漏或堵塞的方法300的流程圖。在302,可開始方法300。在304,方法300可確定空 氣供給路徑中的空氣流量和壓力設(shè)定點?？稍?06設(shè)定壓縮機從而在壓力設(shè)定點處產(chǎn)生空 氣流。根據(jù)一些實施例，壓縮機可接收來自空氣供給路徑中的空氣傳感器的閉環(huán)反饋。
[0060] 在308,可基于壓力設(shè)定點來確立背壓閥的位置。根據(jù)一些實施例，背壓閥可接收 來自空氣供給路徑中的壓力傳感器的閉環(huán)反饋?？烧{(diào)整背壓閥的位置而控制空氣供給路徑 中的壓力。當(dāng)陰極空氣供給路徑中的測量壓力下降至低于壓力設(shè)定點時，背壓閥可調(diào)整其 位置以減少或阻止空氣從空氣供給路徑中流出。因此，空氣供給路徑中的壓力會增加。當(dāng) 空氣供給路徑中的測量壓力增加至設(shè)定點以上時，背壓閥可調(diào)整其位置以增加或促進空氣 從空氣供給路徑中流出。因此，可減小空氣供給路徑中的壓力。
[0061] 在310,可確定與空氣供給路徑相關(guān)的模型壓力?？捎山邮张c空氣供給路徑的物理 狀態(tài)相關(guān)的輸入的建模系統(tǒng)生成模型壓力。根據(jù)一些實施例，建模系統(tǒng)可具體化為存儲在 非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)上的計算機可執(zhí)行指令。
[0062] 在312,方法300可判斷是否已確定基線偏移?？苫跍y量參數(shù)和模型參數(shù)來確定 基線。在該圖示說明的實施例中，基線的確定僅可發(fā)生一次。如果已確定基線，方法300可 前進到316。然而，根據(jù)其它實施例，可在燃料電池堆的整個使用期限內(nèi)連續(xù)地確定基線。
[0063] 在314,可確定基線偏移。根據(jù)一些實施例，基線偏移會說明任何系統(tǒng)間和/或部 件間變動（例如部件公差）?？苫跍y量參數(shù)和模型參數(shù)來確定基線?；€可根據(jù)工作狀 態(tài)（例如，初始空氣流量、壓力設(shè)定、運行溫度等）而變化。根據(jù)一些實施例，可利用方程式 1來確定基線偏移。 ~ PmnfMeil ?t JlmifT ~ Pmemiinti tit TtnwT 方程式 1。
[0064] 根據(jù)一些實施例，時間T可對應(yīng)于燃料電池系統(tǒng)壽命周期的開始。根據(jù)其它實施 例，時間Τ可出現(xiàn)在特定長度的時間之后，或者可周期地重新計算時間Τ。在316,可利用方 程式2確定模型壓力與測量壓力之間的差值的當(dāng)前值。 P-k'siw ~ 方程式1。
[0065] 在318,可對值和.進行比較。如果這些值是相等的，方法300可 返回到304。如果這些值顯示變化，方法300可進入320。確定變化可涉及在一個時間段內(nèi) 對基線與差值的比較。根據(jù)一些實施例該時間段可以相對較短，而在其它實施例中該時間 段可以相對較長。
[0066] 在320,可將該變化與一個或多個標(biāo)準(zhǔn)進行比較?？刹捎枚喾N標(biāo)準(zhǔn)來判斷該變化是 否是空氣供給路徑中的泄漏或堵塞的指示。例如，可對該變化的量值進行評估。如果該變 化具有小于閾值的量值，則可忽視該變化。如果該變化具有大于閾值的量值，則可執(zhí)行一個 或多個糾正措施。在另一個實例中，可確定該變化的方向。如上所述，這種確定可表明所述 差值是否表明空氣供給路徑中的堵塞或泄漏。增加可以表明泄漏，而減小可以表明堵塞。
[0067] 可以想到多種糾正措施。例如，糾正措施可包括調(diào)整壓縮機的操作而調(diào)整壓力設(shè) 定點。在另一個實例中，糾正措施可包括向用戶或技術(shù)員通知空氣供給路徑中的堵塞或泄 漏。提供通知可有助于使對耐久性或可靠性的影響最小化，避免潛在的燃料排放，警告駕駛 員需要維修，并且/或者幫助維修技術(shù)員識別相關(guān)的性能問題的根本原因。
[0068] 根據(jù)各種實施例，使工作狀態(tài)不同會導(dǎo)致對方法300的調(diào)整。例如，根據(jù)一些實施 例，可基于壓力和/或空氣流動特性來確立不同的設(shè)定點。此外，可對不同的標(biāo)準(zhǔn)進行評 估，從而根據(jù)工作狀態(tài)來判斷堵塞或泄漏的存在。此外，可生成多個基線偏移值，并且可根 據(jù)工作狀態(tài)來選擇合適的基線偏移。
[0069] 圖4示出了可用于執(zhí)行本文中所公開的系統(tǒng)和方法的某些實施例的計算機系統(tǒng) 400的方框圖。在一些實施例中，計算機系統(tǒng)400可以是個人計算機系統(tǒng)、服務(wù)器計算機系 統(tǒng)、車載計算機、FC控制系統(tǒng)、和/或適于執(zhí)行所公開的系統(tǒng)和方法的任何其它類型的系 統(tǒng)。
[0070] 如圖所示，除了別的以外，計算機系統(tǒng)400還可包括一個或多個處理器402、隨機 存取存儲器（RAM)404、通信接口 406、用戶界面408、和非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)410。 處理器402、RAM 404、通信接口 406、用戶界面408、和計算機可讀存儲介質(zhì)410可經(jīng)由公共 數(shù)據(jù)總線412相互通信地聯(lián)接。在一些實施例中，可利用硬件、軟件、固件、和/或其任何組 合來執(zhí)行計算機系統(tǒng)400的各種部件。
[0071] 用戶界面408可包括允許用戶與計算機系統(tǒng)400相互作用的任意數(shù)量的裝置。例 如，用戶界面408可用于向用戶顯示交互界面。用戶界面408可以是與計算機系統(tǒng)400通 信地聯(lián)接的單獨的界面系統(tǒng)。在某些實施例中，可在觸摸屏顯示器上產(chǎn)生用戶界面408。用 戶界面408也可包括任意數(shù)量的其它輸入裝置，例如包括鍵盤、跟蹤球、和/或指針設(shè)備。
[0072] 通信接口 406可以是能夠與其它計算機系統(tǒng)、外圍設(shè)備、和/或通信地連接到計算 機系統(tǒng)400的其它設(shè)備進行通信的任何接口。例如，通信接口 406可使計算機系統(tǒng)400能 夠與其它計算機系統(tǒng)（例如，與外部數(shù)據(jù)庫和/或互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的計算機系統(tǒng)）進行通信， 從而允許對來自這種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的傳輸以及接收。
[0073] 處理器402可包括一個或多個通用處理器、專用處理器、可編程微處理器、微控制 器、數(shù)字信號處理器、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)、其它可定制或可編程的處理裝置、和/或 能夠執(zhí)行本文中所公開的系統(tǒng)和方法的任何其它裝置或者裝置的布置。
[0074] 處理器402可構(gòu)造成執(zhí)行存儲在非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)410上的計算機可 讀指令。需要時，計算機可讀存儲介質(zhì)410可存儲其它數(shù)據(jù)或信息。在一些實施例中，計算 機可讀指令可包括計算機可執(zhí)行功能模塊414。例如，計算機可讀指令可包括配置成執(zhí)行上 述系統(tǒng)和方法的全部或部分功能的一個或多個功能模塊。
[0075] 存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)410中的特定功能模塊包括模擬系統(tǒng)模塊、控制系統(tǒng) 模塊、通知界面模塊等。模擬系統(tǒng)模塊可執(zhí)行結(jié)合本公開各種實施例所描述的建模功能。 更具體地，模擬系統(tǒng)模塊可配置成執(zhí)行與圖2A中所示且如上所述的模擬系統(tǒng)206相關(guān)的功 能。此外，控制系統(tǒng)模塊可構(gòu)造成執(zhí)行與也如圖2A中所示和如上所述的控制系統(tǒng)204相關(guān) 的功能。
[0076] 返回到圖4的描述，通知模塊可配置成向用戶或技術(shù)員提供空氣供給路徑中發(fā)生 泄漏或堵塞的通知。根據(jù)一些實施例，可經(jīng)由用戶界面408顯示通知。此外，可經(jīng)由通信 接口 406將通知傳輸至診斷裝置，維修技術(shù)員可利用該診斷裝置以便有助于某些問題的診 斷和/或用戶通知。替代的實施例可包括更多或更少的模塊，或者可替代地，關(guān)于多個模塊 所描述的功能可由單個模塊執(zhí)行。
[0077] 可獨立于用于生成計算機可讀指令的編程語言和/或在計算機系統(tǒng)400中運行 的任何操作系統(tǒng)，執(zhí)行本文中所描述的系統(tǒng)和方法。例如，可用任何合適的編程語言來編 寫計算機可讀指令，該編程語言的例子包括、但不限于C、C++、Visual C++、和/或Visual Basic、Java、Perl、或者任何其它合適的編程語言。此外，計算機可讀指令和/或功能模塊 可采用一組獨立的程序或模塊、和/或在較大程序內(nèi)的程序模塊或一部分的程序模塊的形 式。計算機系統(tǒng)400的數(shù)據(jù)處理可以響應(yīng)于用戶命令、以前處理的結(jié)果、或者由其它處理 機器作出的請求。應(yīng)當(dāng)理解的是，計算機系統(tǒng)400可采用任何合適的操作系統(tǒng)，例如包括 Unix、DOS、Android、Symbian、Windows、iOS、OSX、Linux 和 / 或類似物。
[0078] 可在不背離本公開基本原理的前提下，對上述實施例的細(xì)節(jié)作出許多變化。因此， 本發(fā)明的范圍應(yīng)僅由所附權(quán)利要求來確定。
【權(quán)利要求】
1. 一種監(jiān)測并控制燃料電池堆內(nèi)的空氣流動的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 空氣供給路徑，其構(gòu)造成引導(dǎo)空氣流動經(jīng)過燃料電池堆； 傳感器，其構(gòu)造成確定與所述空氣供給路徑相關(guān)的測量參數(shù)； 建模系統(tǒng)，其構(gòu)造成確定與所述空氣供給路徑相關(guān)的模型參數(shù)； 控制系統(tǒng)，其構(gòu)造成： 基于所述測量參數(shù)和所述模型參數(shù)而生成基線， 確定所述測量參數(shù)與所述模型參數(shù)之間的差值， 確定相對于所述基線的差值的變化， 確定所述變化滿足標(biāo)準(zhǔn)，以及 基于對所述標(biāo)準(zhǔn)的滿足而生成糾正措施。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述測量參數(shù)包括在陰極空氣供給路徑中的測量 壓力，所述陰極空氣供給路徑構(gòu)造成提供與流向所述燃料電池堆中的多個陰極的空氣流混 合的燃料，并且所述模型參數(shù)包括所述陰極空氣供給路徑中的模型壓力。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括： 可配置在一系列位置中的背壓閥，所述一系列位置可操作地調(diào)整壓力設(shè)定點； 其中所述模型壓力至少部分地基于經(jīng)調(diào)整的背壓閥位置。
4. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括： 壓縮機，其構(gòu)造成引起經(jīng)過所述燃料電池堆的空氣流動； 其中所述糾正措施包括調(diào)整所述壓縮機和所述背壓閥中的一個的操作以便調(diào)整所述 空氣供給路徑中的壓力設(shè)定點。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)進一步構(gòu)造成確定所述差值的變化 對應(yīng)于所述空氣供給路徑中的泄漏和所述空氣供給路徑中的阻塞之一。
6. -種用于監(jiān)測并控制燃料電池堆內(nèi)的空氣流動的方法，所述方法包括： 引起在空氣供給路徑中的空氣流動，所述空氣供給路徑構(gòu)造成引導(dǎo)空氣流動經(jīng)過燃料 電池堆； 確定所述空氣供給路徑的特性的測量參數(shù)； 利用建模系統(tǒng)來確定與所述空氣供給路徑相關(guān)的模型參數(shù)； 基于所述測量參數(shù)和所述模型參數(shù)來確定基線； 確定所述測量參數(shù)與所述模型參數(shù)之間的差值； 確定相對于所述基線的差值的變化； 確定所述變化滿足標(biāo)準(zhǔn)；以及 使用控制系統(tǒng)生成糾正措施。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述測量參數(shù)包括陰極空氣供給路徑中的測量壓 力，所述陰極空氣供給路徑構(gòu)造成提供與流向所述燃料電池堆中的多個陰極的空氣流混合 的燃料，并且所述模型參數(shù)包括在所述陰極空氣供給路徑中的模型壓力。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括： 調(diào)整背壓閥的位置以便調(diào)整壓力設(shè)定點； 其中所述模型壓力至少部分地基于所述背壓閥的位置。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述糾正措施包括調(diào)整壓縮機或背壓閥中的一個 的操作以便調(diào)整所述空氣供給路徑中的壓力設(shè)定點。
10. -種監(jiān)測并控制燃料電池堆內(nèi)的空氣流的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 在所述燃料電池堆中的陰極空氣供給路徑，所述陰極空氣供給路徑構(gòu)造成允許攜帶燃 料的空氣流動到所述燃料電池堆中的多個燃料電池的多個陰極； 壓力傳感器，其構(gòu)造成確定與所述陰極空氣供給路徑相關(guān)的測量壓力； 與所述陰極空氣供給路徑和所述壓力傳感器連接的壓縮機，所述壓縮機構(gòu)造成在所述 陰極空氣供給路徑中在壓力設(shè)定點引起空氣流； 可設(shè)置在一系列位置內(nèi)的背壓閥，所述一系列位置可操作地至少部分地基于所述測量 壓力來調(diào)整所述壓力設(shè)定點； 壓力建模系統(tǒng)，其構(gòu)造成至少部分地基于所述背壓閥的位置來確定與所述燃料電池堆 相關(guān)的模型壓力； 控制系統(tǒng)，其配置成： 基于所述測量參數(shù)和所述模型參數(shù)而生成基線， 確定在所述測量參數(shù)與所述模型參數(shù)之間的差值， 確定相對于所述基線的差值的變化， 確定所述變化滿足標(biāo)準(zhǔn)，以及 基于對所述標(biāo)準(zhǔn)的滿足而選擇性地執(zhí)行糾正措施。
【文檔編號】H01M8/04GK104124461SQ201410167339
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月24日
【發(fā)明者】D.H.克斯庫拉, J.穆斯羅, Y.張 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司