[發明專利]噴射器打開延遲診斷策略

有效

• 申請號: 201210274830.4
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN102914441A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: M.A.朗;N.巴德
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;H01M8/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰;楊楷

技術領域

本發明通常涉及一種用于確定噴射氫氣燃料到燃料電池堆中的噴射器是否正確地工作的系統和方法，更有其涉及一種通過確定陽極側壓力是否響應于恒定的燃料電池堆輸出電流顯著地變化而用于確定噴射氫氣燃料到燃料電池堆的陽極側的噴射器是否正確地工作的系統和方法。

背景技術

氫是一種非常有吸引力的燃料，因為它是無污染的并且可用于有效地在燃料電池中產生電。氫燃料電池是一種電化學裝置，其包括陽極和陰極，它們之間的電解質。陽極接收氫氣，陰極接收氧氣或空氣。氫氣在陽極催化劑被分解以產生自由質子和電子。質子經過電解質到陰極。質子在陰極催化劑處與氧和電子發生反應生成水。陽極的電子不能通過電解質，因此在送至陰極之前被引導通過負荷實施作業。

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種用于車輛的普遍的燃料電池。PEMFC通常包括固相聚合物電解質質子傳導膜，例如全氟化磺酸膜。陽極和陰極典型地，但不總是包括微細催化劑粒子，通常為高活性催化劑，諸如典型地支承在碳粒子上并與離聚物相混合的鉑（Pt）。催化劑混合物沉積在膜的相對側。陽極催化劑混合物、陰極催化劑混合物與膜的結合限定了膜電極裝置（MEA）。MEA的制造比較昂貴并且需要一定的條件進行有效工作。

在燃料電池堆中多個燃料電池典型地組合以產生所需電力。例如，一種用于車輛的典型的燃料電池堆可以具有兩百或更多組的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入氣體，典型地為由壓縮機強制通過電池堆的空氣流。不是所有氧氣都被電池堆消耗，一些空氣作為陰極排氣被輸出，該排氣可以包含作為電池堆副產品的水。燃料電池堆還接收流入電池堆的陽極側的陽極氫輸入氣體。

燃料電池堆包括布置在電池堆中的多個MEA之間的一連串的雙極板，其中雙極板和MEA布置在兩個端板之間。雙極板包括用于電池堆中的相鄰燃料電池的陽極側和陰極側。陽極氣體流動場設置在雙極板的陽極側，該陽極側允許陽極反應氣體流向相應的MEA。陰極氣體流動場設置在雙陰極的陰極側，該陰極側允許陰極反應氣體流向相應的MEA。一個端板包含陽極氣體流動通道，并且另一個端板包含陰極氣體流動通道。雙極板和端板由導電材料制成，例如不銹鋼或導電復合材料。端板把燃料電池產生的電傳導出電池堆。雙極板還包含流動通道，冷卻流體流過這些通道。

燃料電池堆內的膜需要具有足夠的水含量從而穿過膜的離子電阻足夠低以有效地傳導質子。膜增濕可以來自電池堆水副產品或外部增濕。通過電池堆的流動通道的反應物的流動對電池膜具有干燥作用，在反應物流動的入口最顯著。然而，流動通道內的水滴的累積可以防止反應物通過其流動，并且由于低的反應氣體流動可以使得電池故障，因此影響電池堆穩定性。在低電池堆輸出負載下反應氣體流動通道中，以及氣體擴散層（GDL）內的水的累積尤其麻煩。

在一個公知類型的燃料電池系統中，氫氣燃料通過噴射器噴入燃料電池堆的陽極側。噴射器基于控制噴射器的打開和關閉的脈沖寬度調制（PWM）控制信號控制用于特定電池堆電流密度的噴射燃料的量。

這些類型的噴射器接收來自氫存儲罐的相對較高的壓力氣體并且以適于燃料電池堆的壓力提供控制的氫氣的噴射。由于提供至噴射器的氫氣的高壓力，以及與燃料電池堆工作和內部噴射器摩擦相關的高溫，對于氫燃料噴射器具有周期性的故障是相對普遍的。一種尤其難以檢測到的共同的噴射器故障是與PWM控制信號的噴射脈沖的前沿相比的噴射器點火時間的間歇性改變。換句話說，當PWM信號命令噴射器打開時，由于故障在打開時可能存在一些延遲，其中控制器在噴射器實際沒打開時認為它打開了。在該特別的故障模式中，噴射器未能在規定的打開時間打開，這使得噴射器打開時間比命令低，這可能使得較少的燃料提供至電池堆。典型地，在時間的期望量脈沖不足以從座上提升噴射器樞軸期間，由于作用至噴射器的電流，該間斷性故障出現。這可以是在低溫狀態下形成的冰或噴射器樞軸磨損的結果，其中樞軸可以在孔內旋塞并且被堵塞。因此，噴射器可以具有將克服的額外的摩擦力，這使得比期望的打開得慢。這將產生較短的打開時間，并且因此所需燃料的全部量將不會提供至電池堆。

因此這些類型的故障傾向于間歇性的，在確定該故障時傳統的噴射器診斷技術并不典型地有用，這意味著并不是每次噴射時間都具有故障。尤其地，傳統的噴射器檢測故障技術僅可以檢測當噴射器阻塞打開或當噴射器阻塞關閉時。

發明內容