一种燃料电池系统空气流量传感器的检验方法与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池系统空气流量传感器的检验方法。


背景技术：

2.燃料电池系统通过空气流量传感器来测得空压机入口实际空气流量，并通过空气流量传感器所测数据对空气流量做闭环控制，因此空气流量传感器在燃料电池系统中起着重要作用，一旦空气流量传感器出现测量偏差，燃料电池系统将不能有效控制实际空气流量：当空气流量过高时，电堆内部可能会出现“干烧”的问题；空气流量过低时，电堆内部可能会出现“水淹”的问题，也可能产生缺氧的问题；这些都将导致燃料电池系统不能正常稳定运行。因而能准确诊断空气流量传感器是否发生故障至关重要。
3.目前对燃料电池系统空气流量传感器有硬件上的故障诊断，包括传感器短路或断路等，但缺乏空气流量传感器实时测量偏差的故障诊断手段，不能确保空气流量传感器实时测量值的准确性。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述技术问题之一，提供一种燃料电池系统空气流量传感器的检验方法，及时发现空气流量传感器是否发生故障，提升燃料电池系统运行稳定性。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池系统空气流量传感器的检验方法，包括以下步骤：燃料电池系统正常运行时，维持电堆输出电流不变，空气流量传感器检测空压机空气流量，并将此时的空气流量记为q0；排气阀周期性开启，记录每一次排气阀开启瞬间的开启时刻；当每一次排气阀开启后，且氢浓度传感器检测到空气尾排管的测氢浓度达到c1时，记录测氢浓度达到c1瞬间的检测时刻，计算检测时刻与开启时刻间隔时间δtn，t为时间，n为排气阀开启次数，n》=3；计算出平均间隔时间δt；根据平均间隔时间δt与空压机入口实际空气流量的映射关系，推断出平均间隔时间δt对应的空气流量推算值q1；将空气流量推算值q1与空气流量q0作对比，当两者差值的绝对值小于预设阈值时，判定空气流量传感器测量正常；当两者差值的绝对值大于等于预设阈值时，判定空气流量传感器测量异常。
6.采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：本发明通过简洁、可靠的空气流量传感器故障诊断方法，确认空气流量传感器的测量准确性，提高燃料电池系统运行稳定性。
附图说明
7.图1为本发明燃料电池系统的结构示意图。
8.图2为本发明检验方法的步骤流程图。
9.图3为本发明检验方法过程中空气流量、排气阀状态以及尾排氢浓度随时间的变化示意图。
10.图4为本发明平均间隔时间δt与空气流量的映射关系示意图。
实施方式
11.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。
12.本实施例公开一种燃料电池系统，如图1所示，包括电堆11、空压机21、中冷器22、背压阀23、空气流量传感器24、氢浓度传感器25、空气尾排管26、供氢单元31、比例阀32、引射器33、气水分离器34、排气阀35以及排水阀36，电堆11包括空气入口、空气出口、氢气入口和氢气出口，气水分离器34包括气液入口、排水口和排气口；空压机21、中冷器22和电堆11的空气入口依次连接，电堆11的空气出口连接背压阀23，背压阀23连接空气尾排管26；氢浓度传感器25置于空气尾排管26末端，如图1所示位置b；空气流量传感器24连接空压机21入口（置于空压机21的入口管线上）；供氢单元31、比例阀32、引射器33和电堆11的氢气入口依次连接，电堆11的氢气出口连接气水分离器34的气液入口，气水分离器34的排气口连接排气阀35和引射器33，气水分离器34的排水口连接排水阀36，排气阀35和排水阀36连接空气尾排管26；如图1所示，排气阀35连接空气尾排管26的位置a，位置a与位置b之间的长度可选1m～3m。
13.燃料电池系统正常运行时，空压机21驱动空气经过中冷器22冷却后进入电堆11的阴极，背压阀23控制空气压力，空气废气通过空气尾排管26后排至外部环境；供氢单元31提供高压氢气，比例阀32控制氢气进入引射器33，然后进入电堆11阳极，阳极出口废气进入气水分离器34，排水阀36周期性开启以排出液态水，排气阀35周期性开启以排出含氢废气，余下废气回流进入引射器33。阳极含氢废气通过排气阀35后立即进入空气尾排管26，与阴极废气充分混合后排至外部环境。氢浓度传感器25实时监测尾气氢浓度。
14.本实施例公开一种燃料电池系统空气流量传感器的检验方法，其运行于上述的燃料电池系统，如图2所示，包括以下步骤：当燃料电池系统正常运行时，进行空气流量传感器24的检验，维持电堆11输出电流不变，从而使各系统参数维持恒定，包括空气流量、氢气压力等，空气流量传感器所测值为q0；排气阀35周期性开启排出含氢废气，开启时间与周期恒定（开启时间可选0.1～0.5s，周期可选5～15s）。
15.如图3所示，从排气阀35开启开始计时，阳极含氢废气从位置a排入空气尾排管26，与阴极废气混合后向空气尾排管26出口流动，当含氢废气流经氢浓度传感器25位置b时，氢浓度传感器25发出氢浓度信号，表明监测到一定浓度氢气（图3中的尾排氢浓度），当所测氢浓度达到c1时（可选200～500ppm，以排除信号干扰，排气阀35每一次开启，如图3所示，空气尾排管26内含氢废气的氢浓度总会大于c1），计时停止，获得间隔时间δt1；连续重复以上步骤，可以获得间隔时间δt2、δt3
……
δtn（n》=3），计算出平均间隔时间δt，该计算值用
来表征废气从位置a流到位置b的时间，δt=（δt1+δt2+δt3+
…
+δtn）/n，t为时间，n为排气阀35开启次数。
16.根据平均间隔时间δt与空压机入口实际空气流量的映射关系推断出空气流量值q1。如图4所示，当实际空气流量越大时，流速就越快，阳极含氢废气从空气尾排管26的位置a到位置b的所需时间越短，即δt越小，即实际空气流量与δt成反比。该映射关系与燃料电池系统的空气尾排管26的尺寸和氢浓度传感器25的安装位置相关，可以通过事先的试验拟合来获取。
17.将空气流量推算值q1与空气流量传感器所测值q0作对比，当两者的差值的绝对值小于预设阈值（可选20～40kg/h）时，认为空气流量传感器测量正常；当两者的差值的绝对值大于等于预设阈值时，认为空气流量传感器测量异常。
18.结束检验过程。
19.本实施例通过简洁、可靠的空气流量传感器故障诊断方法，确认空气流量传感器的测量准确性，提高燃料电池系统运行稳定性。
20.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。


技术特征：
1.一种燃料电池系统空气流量传感器的检验方法，其特征在于，包括以下步骤：燃料电池系统正常运行时，维持电堆输出电流不变，空气流量传感器检测空压机空气流量，并将此时的空气流量记为q0；排气阀周期性开启，记录每一次排气阀开启瞬间的开启时刻；当每一次排气阀开启后，且氢浓度传感器检测到空气尾排管的测氢浓度达到c1时，记录测氢浓度达到c1瞬间的检测时刻，计算检测时刻与开启时刻间隔时间δtn，t为时间，n为排气阀开启次数，n>=3；计算出平均间隔时间δt；根据平均间隔时间δt与空压机入口实际空气流量的映射关系，推断出平均间隔时间δt对应的空气流量推算值q1；将空气流量推算值q1与空气流量q0作对比，当两者差值的绝对值小于预设阈值时，判定空气流量传感器测量正常；当两者差值的绝对值大于等于预设阈值时，判定空气流量传感器测量异常。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池系统空气流量传感器的检验方法，燃料电池系统运行时，维持输出电流不变，空气流量传感器检测空气流量Q0；记录每一次排气阀开启瞬间的开启时刻；当每一次排气阀开启后，且氢浓度传感器检测到空气尾排管的测氢浓度达到C1时，记录测氢浓度达到C1瞬间的检测时刻，计算检测时刻与开启时刻间隔时间Δtn；计算出平均间隔时间Δt；推断出平均间隔时间Δt对应的空气流量推算值Q1；将空气流量推算值Q1与空气流量Q0做对比，当两者差值的绝对值小于预设阈值时，判定空气流量传感器测量正常，否则判定空气流量传感器测量异常。本发明能够及时发现空气流量传感器是否发生故障，提升燃料电池系统运行稳定性。提升燃料电池系统运行稳定性。提升燃料电池系统运行稳定性。


技术研发人员：郭昂 黄静 易荣
受保护的技术使用者：佛山市清极能源科技有限公司
技术研发日：2023.08.28
技术公布日：2023/9/23