[发明专利]用于基于自高温泵的电流反馈来检测冷却剂的总损的方法

说明书

技术领域

本发明大体而言涉及用于检测燃料电池系统中来自热子系统的冷却流体损失的系统和方法，且更特定而言涉及使用来自泵送冷却流体通过热子系统的高温泵的电流反馈来检测燃料电池系统中自热子系统的冷却流体损失的系统和方法。

背景技术

氢是很有吸引力的燃料，因为其清洁且可用于高效地在燃料电池中发电。氢燃料电池为电化学设备，其包括阳极和阴极，在阳极与阴极之间具有电解质。阳极接收氢气且阴极接收氧或空气。氢气在阳极中解离以生成自由的质子和电子。质子通过电解质到达阴极。质子与阴极中的氧和电子反应以生成水。自阳极的电子不能通过电解质且因此在发送到阴极之前被引导通过负载以做功。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)为车辆流行的燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，诸如全氟磺酸膜。阳极和阴极通常包括支承于碳粒子上且与离聚物混合的细分催化剂颗粒，通常为铂(Pt)。催化剂混合物沉积于膜的相对侧上。阳极催化剂混合物，阴极催化剂混合物和膜的组合限定膜电极组件(MEA)。MEA制造起来较为昂贵且需要特定条件来有效操作。

若干燃料电池通常通过串联连接组合成燃料电池组以产生所需电力。举例而言，用于车辆的典型燃料电池组可具有两百个或更多堆叠的燃料电池。燃料电池组接收阴极输入反应气体，通常为由压缩机强迫穿过该电池组的空气流。并非所有氧气由该电池组消耗，一些空气作为阴极排气输出，其可包括水作为电池组副产物。燃料电池组也接收流入到电池组阳极侧内的阳极氢反应气体。该电池组还包括流动通道，冷却流体流动通过该流动通道。

燃料电池组包括定位于电池组中若干MEA之间的一系列双极板，其中双极板和MEA定位于两个端板之间。双极板包括阳极侧和阴极侧用于电池组中的相邻燃料电池。阳极气体流动通道设于双极板的阳极侧上，其允许阳极反应气体流到相应MEA。阴极气体流动通道设于双极板的阴极侧上，其允许阴极反应气体流到相应MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，且另一端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板由导电材料制成，诸如不锈钢或导电复合物。端板将由燃料电池产生的电力传导到电池组外。双极板还包括流动通道，冷却流体流动通过该流动通道。

如上文所提到的那样，燃料电池组包括冷却流体流动通道，通常在电池组双极板中，其接收冷却流体，冷却流体维持燃料电池的操作温度在所需水平。冷却流体由作为热子系统一部分的高温泵泵送通过电池组和电池组外部的外部冷却剂环路，其中当冷却流体离开该电池组时散热器通常冷却该冷却流体。温度传感器通常设于燃料电池组外的冷却剂环路中以在冷却流体进出电池组时监测冷却流体的温度，以维持对电池组温度的严格控制。冷却流体通常为水与乙二醇的混合物，其提供增强的除热性质且降低了冷却流体的冷冻温度。

如果热子系统中的构件失效，冷却流体可能从热子系统泄漏。如果足够多的冷却流体从热子系统泄漏，那么用来降低燃料电池组的温度或维持所需温度的冷却流体就不够了，因此导致燃料电池组过热，这可能会对各种燃料电池系统构件造成损坏，诸如燃料电池本身。因此，已知采用设备和系统来检测冷却流体泄漏以保护燃料电池系统防止过热和可能的构件损坏。

一种已知的泄漏检测设计中，采用专用液位传感器来检测在保持冷却流体的溢流罐或储集器中的冷却流体的液位。但是，可能有时液位传感器指示低液位，但却不存在显著泄漏，或者完全没有泄漏，且在热子系统中仍可存在足够冷却流体来操作该电池组。举例而言，如果车辆急转弯，在罐中的流体可能降到液位传感器下方，提供低冷却流体的错误指示。另外，对于小冷却流体损失，可能期望仅提供警告指示而不提供其它减轻措施，诸如系统关闭。

发明内容

根据本发明的教导内容，公开了一种用于确定燃料电池系统中自热子系统的冷却流体损失的系统和方法。该方法包括：监测自泵送冷却流体通过冷却剂环路的高温泵的电流反馈。比较自该泵的测量电流与系统操作条件的预期电流，且如果测量电流显著地小于预期电流，那么其可为低冷却流体的结果。如果测量电流小于预期电流持续预定时段，那么该系统能由于低冷却流体的结果而采取减轻措施。由冷却流体储集器中的液位传感器指示器来起始该电流比较。另外，如果溢流管液位传感器指示低冷却流体，如果泵速度太低而不能提供准确电流测量，那么可增加泵速度。

本发明提供下列技术方案。

技术方案1:一种确定自燃料电池系统的热子系统的冷却流体损失的方法，所述方法包括：

针对系统操作条件确定泵送所述冷却流体通过所述热子系统的泵的预期电流；

测量所述泵的电流；

比较所述泵的预期电流与所述泵的测量电流；以及