燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法与流程

1.本发明涉及燃料电池车辆控制领域，具体而言，涉及一种燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法。


背景技术：

2.氢燃料电池汽车技术日趋发展成熟，作为一种零污染、零排放的新能源汽车，氢燃料电池汽车已经越来越多的进入到了交通系统，得到公众的广泛认可。燃料电池车以氢气为燃料，通过燃料发动机，将化学能高效转化为电能从而驱动汽车，整个过程仅排出纯净的水，因而是不久的将来取代传统化石燃料汽车的最理想的节能环保型零排放交通工具。氢气是常温常压下能量密度最高的易燃气体，在空气中氢气体积分数为4％至75％时都能燃烧甚至发生爆炸，氢气的最小点燃能量不足1毫焦耳。因此，氢系统安全是氢燃料电池使用过程中必须时刻关注的，氢气系统出现泄漏等问题严重影响氢气系统的安全性。在氢气系统开始向外界供给氢气之前，必须提出氢系统故障诊断方法，识别出氢气系统是否存在故障。
3.在现有的技术中，专利cn107275660涉及一种燃料电池系统和用于控制燃料电池系统的方法。该系统包括：燃料电池堆；多个瓶口阀，被操作为选择性地打开或关闭，以将燃料供应给燃料电池堆以及排出杂质；以及压力传感器，其检测被提供给燃料电池堆的燃料电池压力的状态。燃料电池控制器然后在多个瓶口阀的被操作为打开或关闭时，通过比较由压力传感器检测到的压力的上升或下降时间与时间延迟的参考范围，来确定压力传感器或多个瓶口阀的是否有故障。
4.专利cn107464945涉及一种简单且高精度地判定多个开闭阀中的任一个是否存在故障的燃料电池系统及燃料电池系统的故障判定方法。燃料电池系统具备：具有开闭阀的多个罐；氢气供给配管；在氢气供给配管的合流管上设置的压力传感器；以及控制部。控制部具有压力判定部，该压力判定部在控制部对多个开闭阀中的每一个指示了打开或者关闭的状态下，基于从压力传感器取得的压力的变化，来判定多个开闭阀的正常、或者多个开闭阀中的任一个开闭阀的故障。
5.这些现有技术的缺点在于：1、对于氢气瓶的数量多的燃料电池系统，比如燃料电池重型卡车和大客车的氢气瓶的数量会达到8个或更多，现有技术完成所有氢气瓶瓶口阀故障状态判定，所需时间是非常长的，尤其当只有最后一个待检测的氢气瓶瓶口阀有故障时；2、对于氢气瓶的数量多的燃料电池系统，比如燃料电池重型卡车和大客车的氢气瓶的数量会达到8个或更多，当多个氢气瓶的瓶口阀有故障时，现有技术诊断很难快速诊断出所有已经发生故障的氢气瓶瓶口阀，增加系统维护检修时间；3、现有技术每次故障检测，采取同时开启多个氢气瓶瓶口阀的方式，对氢气系统所有零部件压力冲击也是很大的，因为冲击压力与同时开启的氢气瓶瓶口阀的数量正相关。
6.综上所述，需要提供一种燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其能够克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

7.本发明旨在提供一种燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其能够克服现有技术的缺陷。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现。
8.本发明的一个实施方式提供了一种燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法,其中所述燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法包括多个步骤：
9.步骤1：获取每个氢气瓶的气压，并按照每个氢气瓶的气压从小到大为请氢瓶编号为从1至n，每个氢气瓶的气压分别记为p1、p2、
…
pn，将当前开启氢瓶的编号s设为1；
10.步骤2：检测供氢管路内的压力pg；
11.步骤3：判断pg是否小于等于ps-δp，若“是”，执行步骤4，其中ps是编号为s的氢瓶的气压，δp是根据测量部件精度预先确定的压力变化值；
12.步骤4：根据pg和ps计算或查表获得开启编号为s的氢瓶后且供氢管路内压力稳定后的压力值px和供氢管路内压力从pg升高至px所需的时间trise；
13.步骤5：开启编号为s的氢瓶；
14.步骤6：当编号为s的氢瓶的开启时间大于预设的时间ts时，检测供氢管路内的压力pm并判断px-pm是否大于预设的误差值pa，若“是”，执行步骤7，其中ts>trise；
15.步骤7；提示标号为s的氢瓶的瓶口阀故障；
16.步骤8：判断s是否等于n，若“是”，处理结束；若“否”，执行步骤9；
17.步骤9；关闭开启编号为s的氢瓶，将s设为s 1，然后再次执行2。
18.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其中所述步骤1：获取每个氢气瓶的气压，并按照每个氢气瓶的气压从小到大为请氢瓶编号为从1至n，每个氢气瓶的气压分别记为p1、p2、
…
pn，将当前开启氢瓶的编号s设为1包括：
19.步骤101：获取上次氢气系统停机前氢气系统供氢管路压力值pl和每个氢气瓶内的温度tl1、tl2、
…
tln；
20.步骤102：根据氢气系统供氢管路压力值pl和每个氢气内瓶的温度tl1、tl2、
…
tln使用理想气体方程计算上次氢气系统停机后的每个氢气瓶内的氢气质量m1、m2、
…
mn；
21.步骤103：获取当前时刻每个氢气瓶内的温度t1、t2、
…
tn；
22.步骤104：根据当前时刻每个氢气瓶内的温度t1、t2、
…
tn和上次氢气系统停机后的每个氢气瓶内的氢气质量m1、m2、
…
mn计算每个氢气瓶的气压，并按照每个氢气瓶的气压从小到大为请氢瓶编号为从1至n，每个氢气瓶的气压分别记为p1、p2、
…
pn。
23.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其中所述步骤3：判断pg是否小于等于ps-δp，若“否”，执行步骤10；
24.步骤10：降低氢气系统供氢管路压力，使得pg≤p(b)-δp，然后执行步骤4。
25.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其中所述降低氢气系统供氢管路压力的方法为启动氢气供给装置，将氢气系统供氢管路内存储的氢气提供给燃料电池的氢气反应容腔。
26.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其中所述步骤6：当编号为s的氢瓶的开启时间大于预设的时间ts时，检测供氢管路内的压力pm并判断px-pm是否大于误差值pa，若“否”，执行步骤11；
27.步骤11；提示标号为s的氢瓶的瓶口阀无故障，然后执行步骤8。
28.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其中所述燃料电池氢系统包括供氢组件、储氢组件、注氢组件、检测组件、第一管路和第二管路，储氢组件包括多个储氢气瓶和多个瓶口阀，检测组件包括气压计和多个温度计，每个储氢气瓶上均设有温度计，每个储氢气瓶的瓶口均设有瓶口阀，注氢组件通过第一管路分别与供氢组件和储氢组件的多个瓶口阀连通，供氢组件通过第二管路和外部燃料电池发动机连通，气压计设置在第一管路上。
29.该燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法的优点在于：氢气系统的氢气瓶开启后，氢气系统供氢管路压力升高过程的压力变化范围宽、时间长，将氢气系统供氢管路压力升高过程分成多个阶段，每个阶段依次打开一个氢气瓶的瓶口阀后，再执行关闭操作，能够给予氢气系统供氢管路压力稳定检测和故障诊断提供足够的时间，保证诊断精度和缩短氢气瓶瓶口阀开启耗时；由于每次开启氢气瓶内存储的氢气的压力最低的氢气瓶，对氢气系统供氢管路压力冲击是最小的；实现了快速诊断出所有已发生故障的氢气瓶瓶口阀。
附图说明
30.参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
31.图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的框图；
32.图2示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法的流程图。
具体实施方式
33.图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
34.图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的框图。如图1所示，所述燃料电池氢系统包括供氢组件a、储氢组件b、注氢组件c、检测组件(未示出)、第一管路e和第二管路f，储氢组件b包括多个储氢气瓶b1和多个瓶口阀b2，检测组件包括气压计(未示出)和多个温度计(未示出)，每个储氢气瓶b1上均设有温度计，每个储氢气瓶b1的瓶口均设有瓶口阀b2，注氢组件c通过第一管路e分别与供氢组件a和储氢组件b的多个瓶口阀b2连通，供氢组件a通过第二管路f和外部燃料电池发动机d连通，气压计设置在第一管路e上。所述第一管路e即为连接供氢组件和储氢组件的管路。
35.图2如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法的流程图。如图2所示，所述燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法包括多个步骤：
36.步骤1：获取每个氢气瓶的气压，并按照每个氢气瓶的气压从小到大为请氢瓶编号为从1至n，每个氢气瓶的气压分别记为p1、p2、
…
pn，将当前开启氢瓶的编号s设为1；
37.步骤2：检测供氢管路内的压力pg；
38.步骤3：判断pg是否小于等于ps-δp，若“是”，执行步骤4，其中ps是编号为s的氢瓶的气压，δp是根据测量部件精度预先确定的压力变化值；
39.步骤4：根据pg和ps计算或查表获得开启编号为s的氢瓶后且供氢管路内压力稳定后的压力值px和供氢管路内压力从pg升高至px所需的时间trise；
40.步骤5：开启编号为s的氢瓶；
41.步骤6：当编号为s的氢瓶的开启时间大于预设的时间ts时，检测供氢管路内的压力pm并判断px-pm是否大于预设的误差值pa，若“是”，执行步骤7，其中ts>trise；
42.步骤7；提示标号为s的氢瓶的瓶口阀故障；
43.步骤8：判断s是否等于n，若“是”，处理结束；若“否”，执行步骤9；
44.步骤9；关闭开启编号为s的氢瓶，将s设为s 1，然后再次执行2。
45.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其中所述步骤1：获取每个氢气瓶的气压，并按照每个氢气瓶的气压从小到大为请氢瓶编号为从1至n，每个氢气瓶的气压分别记为p1、p2、
…
pn，将当前开启氢瓶的编号s设为1包括：
46.步骤101：获取上次氢气系统停机前氢气系统供氢管路压力值pl和每个氢气瓶内的温度tl1、tl2、
…
tln；具体而言，是获取上次氢气系统停机前，氢气系统停止被加注氢气并且停止向外界供给氢气时氢气系统供氢管路压力值pl和每个氢气瓶内的温度tl1、tl2、
…
tln；
47.步骤102：根据氢气系统供氢管路压力值pl和每个氢气内瓶的温度tl1、tl2、
…
tln使用理想气体方程计算上次氢气系统停机后的每个氢气瓶内的氢气质量m1、m2、
…
mn；
48.步骤103：获取当前时刻每个氢气瓶内的温度t1、t2、
…
tn；
49.步骤104：根据当前时刻每个氢气瓶内的温度t1、t2、
…
tn和上次氢气系统停机后的每个氢气瓶内的氢气质量m1、m2、
…
mn计算每个氢气瓶的气压，并按照每个氢气瓶的气压从小到大为请氢瓶编号为从1至n，每个氢气瓶的气压分别记为p1、p2、
…
pn。
50.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其中所述步骤3：判断pg是否小于等于ps-δp，若“否”，执行步骤10；
51.步骤10：降低氢气系统供氢管路压力，使得pg≤p(b)-δp，然后执行步骤4。
52.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其中所述降低氢气系统供氢管路压力的方法为启动氢气供给装置，将氢气系统供氢管路内存储的氢气提供给燃料电池的氢气反应容腔。
53.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法，其中所述步骤6：当编号为s的氢瓶的开启时间大于预设的时间ts时，检测供氢管路内的压力pm并判断px-pm是否大于误差值pa，若“否”，执行步骤11；
54.步骤11；提示标号为s的氢瓶的瓶口阀无故障，然后执行步骤8。
55.该燃料电池氢系统的瓶口阀故障诊断方法的优点在于：氢气系统的氢气瓶开启后，氢气系统供氢管路压力升高过程的压力变化范围宽、时间长，将氢气系统供氢管路压力升高过程分成多个阶段，每个阶段依次打开一个氢气瓶的瓶口阀后，再执行关闭操作，能够给予氢气系统供氢管路压力稳定检测和故障诊断提供足够的时间，保证诊断精度和缩短氢
气瓶瓶口阀开启耗时；由于每次开启氢气瓶内存储的氢气的压力最低的氢气瓶，对氢气系统供氢管路压力冲击是最小的；实现了快速诊断出所有已发生故障的氢气瓶瓶口阀。
56.当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。