在不断开接触器的情况下估算多电压燃料电池系统的冷却剂导电率技术方案

提供一种用于监控在包括底盘的车辆上的燃料电池系统中流动的冷却液的导电率的系统和方法。所述燃料电池系统包括电耦合到堆总线的燃料电池堆以及电耦合到推进总线的电池组。所述方法包括运行燃料电池系统、测量第一功率水平下的第一隔离电阻、测量第一堆电压及测量第一电池组电压。所述方法还包括在第二功率水平下运行燃料电池系统以及测量第二隔离电阻、测量第二堆电压和测量第二电池组电压。所述方法使用第一和第二隔离电阻、第一和第二堆电压以述第一和第二电池组电压计算堆冷却剂电阻，所述堆冷却剂电阻随后用于计算冷却液导电率。

Estimation of the coolant conductivity of a multi voltage fuel cell system in the case of constant contact

A system and method for monitoring the conductivity of a coolant flowing in a fuel cell system including a chassis vehicle. The fuel cell system includes a fuel cell stack electrically coupled to the stack bus and a battery pack electrically coupled to the propulsion bus. The method comprises the following steps of: operating a fuel cell system, measuring a first isolation resistance at a first power level, measuring a first stack voltage and measuring the first battery voltage. The method further includes operating a fuel cell system at a second power level and measuring the second isolation resistance, measuring the voltage of the second pile and measuring the voltage of the second battery pack. The method uses the first and second isolation resistors, the first and the second stack voltages to calculate the reactor coolant resistance for the first and the second battery voltage.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种用于估算在燃料电池系统内流动的冷却液的电导率的系统和方法，更具体地涉及一种用于估算在燃料电池系统内流动的冷却液的电导率的系统和方法，其中该方法在较高的系统功率水平下测量正极到底盘隔离电阻，在较低的系统功率水平下测量正极到底盘隔离电阻，在该两个功率水平下测量燃料电池堆电压和电池组电压，以及利用该两个正极到底盘隔离电阻和两个电压来确定堆冷却剂到底盘隔离电阻。
技术介绍
氢燃料电池是一种电化学装置，其包括阳极和阴极以及位于其间的电解质。阳极接收氢气，阴极接收氧气或者空气。氢气在负极发生离解产生自由氢质子和电子。氢质子穿过电解质到达阴极。来自阳极的电子不能穿过电解质，因此在被送到阴极前被引导穿过负载而做功。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种车辆普遍使用燃料电池，一般包含固态聚合物电解液质子传导膜，如，全氟磺酸膜。阳极和阴极通常包含细碎分散的催化微粒，通常为铂(Pt)，其以碳颗粒为载体并与离聚物混合，其中催化混合物沉积在膜的相对侧上。阳极催化混合物、阴极催化混合物和膜的组合限定出膜电极组件(MEA)。多个燃料电池通常组合在燃料电池堆中以产生所需电力。燃料电池堆通常包括一系列位于堆中多个MEA之间的流场或双极板，其中双极板和MEA位于两个端板之间。双极板包括用于堆中的相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。在双极板的阳极侧上设有允许阳极反应气体流至各自的MEA的阳极气体流动通道。在双极板的阴极侧上设有允许阴极反应气体流至各自的MEA的阴极气体流动通道。一个端板包括阳极气体流动通道，另一个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，如，不锈钢或导电复合材料。端板传导由堆外的燃料电池产生的电流。双极板还包括冷却液流过的流动通道。大多数燃料电池车辆是除了燃料电池堆外还使用辅助电源的混合动力车辆，辅助电源例如是高电压DC电池组或超级电容。DC/DC转换器通常用于将堆电压的电压与电池组的电压匹配。当燃料电池堆不能提供所需要的电力时，电源向各个车辆辅助负载、系统启动和高电力需求期间提供辅助电力。燃料电池堆通过DC高电压总线向电力牵引电机提供电力，用于车辆运行。在需要附加电力超过燃料电池堆可提供的电力时，如，在急加速过程中，电池组向电力总线提供辅助电力。例如，燃料电池堆可提供70kW的电力，然而，车辆加速可能需要100kW的电力。当燃料电池堆能够满足系统电力需求时，燃料电池堆用于向电池组或者超级电容充电。在再生制动过程中，从牵引电机获得的发电机电力也用于给电池组或超级电容充电。有必要在燃料电池混合动力型车辆上提供控制算法，来确定：响应于驾驶员的电力请求，以及在所有的车辆运行状况下，燃料电池堆可提供的电力的大小，电池组可提供的电力的大小。理想的是，可优化由燃料电池堆和电池组提供的电力分配，从而将用于运行车辆的氢气的量最小化。换句话说，理想的是，可以最有效的方式运行燃料电池系统，其允许车辆利用最少量的氢气，行驶最远的距离。电池组必须在限定的荷电状态(SOC)范围内运行，这里的控制算法通常提供了SOC设定点，基于该设定点，电池组充电和放电控制到该点。为了实现燃料电池混合动力车辆的安全运行，车辆上的电气系统的高电压部分均需要与车辆底盘电隔离。实现高电压绝缘的一种方式是，将一个或多个限制从高电压源流至底盘的电流的隔离电阻最大化，这是本领域技术人员都能很好理解的。车辆电气系统和车辆底盘之间的高电压绝缘的丧失必须能在车辆运行过程中可被检测到。当检测到高电压绝缘故障时，绝缘故障检测系统将采取合适的动作，如，关闭系统或者向车辆操作者提供报警光。在燃料电池堆内流经冷却通道以冷却双极板的冷却液，可实现燃料电池堆和车辆底盘之间的电连接，如，在冷却系统散热器处。因此，冷却液设计为具有较低的电导率。然而，一段时间后，杂质和其它污染物进入冷却液内，引起系统的老化和磨损，这里的这些污染物增加了冷却液中的离子，使其导电性增加。同样，随着持续的加热和冷却，冷却液被分解，这同样增加它的导电性。因此，冷却液需要进行阶段性地更换，从而避免引起高电压绝缘的丧失。检测高电压绝缘的丧失可表明，在下一次安排的更换之前，已经发生绝缘丧失，且这可能由冷却液增加的导电率引起。当检测到高电压绝缘丧失，检修人员通常必须从高电压总线隔离部件，以确定绝缘故障的原因，这样既耗费时间又耗费人力。如果技术人员知道，是冷却液的导电率引起的故障，则不需要必须测试高电压系统内的所有其它部件，就可以更换冷却液。
技术实现思路
本专利技术公开并描述了一种用于估算在车辆上的燃料电池系统内流动的冷却液的电导率的系统和方法，其不需要关闭和打开接触器。燃料电池系统包括电耦合到堆总线的燃料电池堆以及电耦合到推进总线的电池组，其中堆总线和推进总线在不同的电压电势下运行。方法包括，在第一功率水平下运行燃料电池系统，测量推进总线和车辆底盘接地线在该第一功率水平下的第一隔离电阻，测量在该第一功率水平下的第一堆电压，测量在该第一功率水平下的第一电池组电压。方法还包括，在不同于第一功率水平的第二功率水平下运行燃料电池系统，测量推进总线和车辆底盘接地线在该第二功率水平下的第二隔离电阻，测量在该第二功率水平下的第二堆电压，测量在该第二功率水平下的第二电池组电压。该方法使用第一和第二隔离电阻、第一和第二堆电压以及第一和第二电池组电压来计算堆冷却剂电阻，所述堆冷却剂电阻随后用于计算冷却液导电率。通过下面的描述和所附的权利要求并结合附图，本专利技术的更多特征将变得显而易见。附图说明图1是包括燃料电池系统的车辆的示意图；图2是燃料电池系统的高电压架构的示意性框图；图3是图2中示出的高电压架构的简化隔离电阻模型。以及图4是用于确定燃料电池堆中冷却液的导电率的方法的流程图。具体实施方式涉及一种用于确定流过燃料电池堆的冷却液的导电率的系统和方法的本专利技术实施例的下述讨论，其在本质上仅仅是示例性的，决不意欲限制本专利技术或其应用或用途。图1是包括高压电池组12、燃料电池堆14、推进单元16和控制器18的混合燃料电池电动车辆10的简化图。如在此所讨论的，控制器18表示所有的控制模块、处理器、存储器和车辆10的运行和电力流控制所需的装置。图2是燃料电池系统的高压架构20的示意性框图，其中，架构20包括电耦合至具有正极轨26和负极轨28的堆总线24的燃料电池堆22以及电耦合至包括正极轨34和负极轨36的推进总线32的高压电池组30，其中电接触器38和40分别耦合至轨34和36。高压电池组30可为任何合适的为燃料电池系统应用提供各种所需充电和放电特征的可充电电池组系统，包括但不限于：锂离子电池、镍氢电池、钠-氯化镍电池、铅酸电池、镍-镉电池等等。虽然电池组30在本非限制性实施例中用作辅助电源，但是除了电池组30之外，还可采用其他高压DC存储装置，如，超级电容器。堆总线24和推进总线32由DC/DC升压变换器44电分离，所述DC/DC升压变换器44在堆22与电池组30之间实现电压匹配，并提供电流控制，通过所述电流控制，可选择性地确定由堆22提供并以本领域技术人员可很好地理解的方式驱动各种系统负载的电力的大小。如所示，燃料电池堆22和电池组30的电压为各种系统负载提供电力，包括压缩机逆变器模块(CPIM)46及相关联的压缩机电机4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于计算燃料电池系统中的冷却液的导电率的方法，所述燃料电池系统包括电耦合到堆总线的燃料电池堆以及电耦合到电池组总线的电池组，其中所述堆总线和所述电池组总线在不同电压电位下运行，所述方法包括：在第一功率水平下运行所述燃料电池系统；测量所述第一功率水平下的第一隔离电阻；测量所述第一功率水平下所述堆的第一电压；测量所述第一功率水平下所述电池组的第一电压；在不同于所述第一功率水平的第二功率水平下运行所述燃料电池系统；测量所述第二功率水平下的第二隔离电阻；测量所述第二功率水平下所述堆的第二电压；测量所述第二功率水平下所述电池组的第二电压；使用所述第一和第二隔离电阻、所述第一和第二堆电压以及所述第一和第二电池组电压计算堆冷却剂电阻；以及使用所述堆冷却剂电阻计算所述冷却液的所述导电率。

【技术特征摘要】
2015.10.13 US 14/8822471.一种用于计算燃料电池系统中的冷却液的导电率的方法，所述燃料电池系统包括电耦合到堆总线的燃料电池堆以及电耦合到电池组总线的电池组，其中所述堆总线和所述电池组总线在不同电压电位下运行，所述方法包括：在第一功率水平下运行所述燃料电池系统；测量所述第一功率水平下的第一隔离电阻；测量所述第一功率水平下所述堆的第一电压；测量所述第一功率水平下所述电池组的第一电压；在不同于所述第一功率水平的第二功率水平下运行所述燃料电池系统；测量所述第二功率水平下的第二隔离电阻；测量所述第二功率水平下所述堆的第二电压；测量所述第二功率水平下所述电池组的第二电压；使用所述第一和第二隔离电阻、所述第一和第二堆电压以及所述第一和第二电池组电压计算堆冷却剂电阻；以及使用所述堆冷却剂电阻计算所述冷却液的所述导电率。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一功率水平下运行所述燃料电池系统包括，在高功率水平下运行所述燃料电池系统，在第二功率水平下运行所述燃料电池系统包括，在低功率水平下运行所述燃料电池系统。3.根据权利要求1所述的方法，其中，测量第一隔离电阻和测量第二隔离电阻包括，测量所述电池组总线与地面之间的第一和第二正极到底盘隔离电阻。4.根据权利要求1所述的方法，其中，计算堆冷却剂电阻包括，针对所述第一隔离电阻、所述第一堆电压和所述第一电池组电压并且针对所述第二隔离电阻、所述第二堆电压和所述第二电池组电压使用以下关系式：RpcPB=11(VbVs)·Rpcs+1Rpcb]]>其中，RpcPB是所测量的隔离电阻，Rpcs是燃料电池堆冷却剂隔离电阻，Rpcb是电池组总线隔离电阻，Vs是所述堆电压，Vb是所述电池组电压。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·S·福利，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US