[發(fā)明專利]用于基于自高溫泵的電流反饋來檢測冷卻劑的總損的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210098835.6
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102738483B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J.蔡;S.E.萊爾納;L.德夫里斯;S.R.法爾塔
• 申請（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01M8/0438
• 分類號: H01M8/0438;H01M8/0444;H01M8/04664;H01M8/04746
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 劉楨,楊楷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體而言涉及用于檢測燃料電池系統(tǒng)中來自熱子系統(tǒng)的冷卻流體損失的系統(tǒng)和方法，且更特定而言涉及使用來自泵送冷卻流體通過熱子系統(tǒng)的高溫泵的電流反饋來檢測燃料電池系統(tǒng)中自熱子系統(tǒng)的冷卻流體損失的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

氫是很有吸引力的燃料，因?yàn)槠淝鍧嵡铱捎糜诟咝У卦谌剂想姵刂邪l(fā)電。氫燃料電池為電化學(xué)設(shè)備，其包括陽極和陰極，在陽極與陰極之間具有電解質(zhì)。陽極接收氫氣且陰極接收氧或空氣。氫氣在陽極中解離以生成自由的質(zhì)子和電子。質(zhì)子通過電解質(zhì)到達(dá)陰極。質(zhì)子與陰極中的氧和電子反應(yīng)以生成水。自陽極的電子不能通過電解質(zhì)且因此在發(fā)送到陰極之前被引導(dǎo)通過負(fù)載以做功。

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為車輛流行的燃料電池。PEMFC通常包括固體聚合物電解質(zhì)質(zhì)子傳導(dǎo)膜，諸如全氟磺酸膜。陽極和陰極通常包括支承于碳粒子上且與離聚物混合的細(xì)分催化劑顆粒，通常為鉑(Pt)。催化劑混合物沉積于膜的相對側(cè)上。陽極催化劑混合物，陰極催化劑混合物和膜的組合限定膜電極組件(MEA)。MEA制造起來較為昂貴且需要特定條件來有效操作。

若干燃料電池通常通過串聯(lián)連接組合成燃料電池組以產(chǎn)生所需電力。舉例而言，用于車輛的典型燃料電池組可具有兩百個(gè)或更多堆疊的燃料電池。燃料電池組接收陰極輸入反應(yīng)氣體，通常為由壓縮機(jī)強(qiáng)迫穿過該電池組的空氣流。并非所有氧氣由該電池組消耗，一些空氣作為陰極排氣輸出，其可包括水作為電池組副產(chǎn)物。燃料電池組也接收流入到電池組陽極側(cè)內(nèi)的陽極氫反應(yīng)氣體。該電池組還包括流動(dòng)通道，冷卻流體流動(dòng)通過該流動(dòng)通道。

燃料電池組包括定位于電池組中若干MEA之間的一系列雙極板，其中雙極板和MEA定位于兩個(gè)端板之間。雙極板包括陽極側(cè)和陰極側(cè)用于電池組中的相鄰燃料電池。陽極氣體流動(dòng)通道設(shè)于雙極板的陽極側(cè)上，其允許陽極反應(yīng)氣體流到相應(yīng)MEA。陰極氣體流動(dòng)通道設(shè)于雙極板的陰極側(cè)上，其允許陰極反應(yīng)氣體流到相應(yīng)MEA。一個(gè)端板包括陽極氣體流動(dòng)通道，且另一端板包括陰極氣體流動(dòng)通道。雙極板和端板由導(dǎo)電材料制成，諸如不銹鋼或?qū)щ姀?fù)合物。端板將由燃料電池產(chǎn)生的電力傳導(dǎo)到電池組外。雙極板還包括流動(dòng)通道，冷卻流體流動(dòng)通過該流動(dòng)通道。

如上文所提到的那樣，燃料電池組包括冷卻流體流動(dòng)通道，通常在電池組雙極板中，其接收冷卻流體，冷卻流體維持燃料電池的操作溫度在所需水平。冷卻流體由作為熱子系統(tǒng)一部分的高溫泵泵送通過電池組和電池組外部的外部冷卻劑環(huán)路，其中當(dāng)冷卻流體離開該電池組時(shí)散熱器通常冷卻該冷卻流體。溫度傳感器通常設(shè)于燃料電池組外的冷卻劑環(huán)路中以在冷卻流體進(jìn)出電池組時(shí)監(jiān)測冷卻流體的溫度，以維持對電池組溫度的嚴(yán)格控制。冷卻流體通常為水與乙二醇的混合物，其提供增強(qiáng)的除熱性質(zhì)且降低了冷卻流體的冷凍溫度。

如果熱子系統(tǒng)中的構(gòu)件失效，冷卻流體可能從熱子系統(tǒng)泄漏。如果足夠多的冷卻流體從熱子系統(tǒng)泄漏，那么用來降低燃料電池組的溫度或維持所需溫度的冷卻流體就不夠了，因此導(dǎo)致燃料電池組過熱，這可能會(huì)對各種燃料電池系統(tǒng)構(gòu)件造成損壞，諸如燃料電池本身。因此，已知采用設(shè)備和系統(tǒng)來檢測冷卻流體泄漏以保護(hù)燃料電池系統(tǒng)防止過熱和可能的構(gòu)件損壞。

一種已知的泄漏檢測設(shè)計(jì)中，采用專用液位傳感器來檢測在保持冷卻流體的溢流罐或儲集器中的冷卻流體的液位。但是，可能有時(shí)液位傳感器指示低液位，但卻不存在顯著泄漏，或者完全沒有泄漏，且在熱子系統(tǒng)中仍可存在足夠冷卻流體來操作該電池組。舉例而言，如果車輛急轉(zhuǎn)彎，在罐中的流體可能降到液位傳感器下方，提供低冷卻流體的錯(cuò)誤指示。另外，對于小冷卻流體損失，可能期望僅提供警告指示而不提供其它減輕措施，諸如系統(tǒng)關(guān)閉。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容，公開了一種用于確定燃料電池系統(tǒng)中自熱子系統(tǒng)的冷卻流體損失的系統(tǒng)和方法。該方法包括：監(jiān)測自泵送冷卻流體通過冷卻劑環(huán)路的高溫泵的電流反饋。比較自該泵的測量電流與系統(tǒng)操作條件的預(yù)期電流，且如果測量電流顯著地小于預(yù)期電流，那么其可為低冷卻流體的結(jié)果。如果測量電流小于預(yù)期電流持續(xù)預(yù)定時(shí)段，那么該系統(tǒng)能由于低冷卻流體的結(jié)果而采取減輕措施。由冷卻流體儲集器中的液位傳感器指示器來起始該電流比較。另外，如果溢流管液位傳感器指示低冷卻流體，如果泵速度太低而不能提供準(zhǔn)確電流測量，那么可增加泵速度。

本發(fā)明提供下列技術(shù)方案。

技術(shù)方案1:一種確定自燃料電池系統(tǒng)的熱子系統(tǒng)的冷卻流體損失的方法，所述方法包括：

針對系統(tǒng)操作條件確定泵送所述冷卻流體通過所述熱子系統(tǒng)的泵的預(yù)期電流；

測量所述泵的電流；

比較所述泵的預(yù)期電流與所述泵的測量電流；以及