护航急停安全 | 未势能源燃料电池氢空“血压”协同控制技术

燃料电池汽车不仅仅是一个交通工具，它其实还像人体一样，拥有复杂的“生物系统”，需要精确控制“血压”来保持健康。在燃料电池汽车中，这个“血压”就是氢气和空气的压力差。就像人体血压过高或过低都可能导致健康问题，燃料电池中的压差也需要被控制在安全范围。

在燃料电池的“心脏”中，质子交换膜扮演着至关重要的角色。它就像人体的心脏瓣膜，充当着特别的“门卫”角色，确保着氢气、氧气这些“血液”能够按照正确的方向流动，并高效完成它们的角色任务。这种膜非常薄、非常脆弱，只有10到50微米厚，厚度只有头发直径的一部分。

通常，在燃料电池正常运行时，一般氢、空会做基于压差的闭环控制，因此可以保证质子交换膜两边的“血压”处于合理的范围内。但在燃电系统因自身故障或收到整车急停指令时，“血压”缺乏相应的协同控制，导致急停时“血压”往往会超过电堆要求的边界，出现急性”高血压”反应，这时质子交换膜可能会像过度膨胀的气球一样破裂，造成电堆损坏甚至整个燃料电池系统失效，从而影响整车正常运行。

当燃料电池汽车需要紧急“刹车”时，传统的处理方式是这样的：燃料电池系统会立刻停止发送电力，并且关闭输送氢气的阀门。

这样一来，因为不再有新的氢气进入，阳极（也就是氢气的一侧）的压力基本上会保持在紧急停止前的水平。而在阴极（空气的一侧），通常会打开一个叫做旁通阀的装置来快速释放压力，这个旁通阀就像是一个大门，一旦打开，空气就能迅速跑出去，使得压力很快降低到和周围环境差不多。但是，阳极的氢气压力下降就慢得多了，因为它只能通过一个很小的排气阀慢慢释放，再加上氢气还会从阳极慢慢渗透到阴极，这个过程就像是漏气的气球，压力下降得比较缓慢。这就可能导致氢气和空气两侧的压力差变得很大，如果压力差超过了安全范围，就可能对质子交换膜、电堆乃至燃料电池均造成损害。

如果紧急停止的时候，燃料电池系统正在全力工作，那么阳极的压力可能会非常高（比如超过270千帕），这时候如果紧急停止，氢气和空气的压力差可能会超过150千帕，并且持续一段时间，这对燃料电池来说是个不小的冲击。为了快速降低阳极的压力，通常会同时打开排气阀和排水阀来快速释放氢气。但即使这样做了，压力下降的速度还是不够快，而且如果排放的氢气太多太快，还可能导致尾气中的氢气浓度过高，带来新的风险。

为了解决燃料电池汽车在紧急情况下可能遇到的以上两个主要问题，未势能源开发了一种燃料电池系统紧急停机时的氢、空压差协同控制技术，就像是给燃料电池系统装上了一个智能的“安全气囊”，在紧急停机时能够确保燃料电池系统的“血压”保持在安全范围以内，同时让尾气中的氢气浓度也保持在安全线以下。

该控制方法可概述为：

1、急停时氢气侧的紧急控制：当系统检测到需要紧急停机时，首先，它会像关上水龙头一样立即关闭氢气喷射比例阀，停止氢气供应。然后，它会智能检查并判断氢气侧的压力是不是太高（一般超150 kPa就视为比较高）。如果压力还算好，系统就会按照预设的程序慢慢放掉一些氢气；如果压力太高，系统就会同时打开排气阀、排水阀进行泄压，让氢气快速释放，直到压力降下来。待压力降低至目标值（约130kPa），系统会关闭排气阀、排水阀。

2、急停时空气目标压力控制：同时，系统会根据氢气侧的压力，智能调整空气侧的压力，如果氢气侧的压力不高，系统就会稍微打开一点空气的阀门，让空气进来，但不会太多，以免压力差太大。如果氢气侧的压力还是太高，系统就会更精细地控制空气路的旁通阀和背压阀，以确保空气侧和氢气侧的压力保持平衡。

3、急停时空气流量控制：为了避免在排放过程尾气中的氢气浓度过高，系统会根据氢气的压力和排气阀、排水阀打开时的孔径大小，来自动计算需要多少空气来稀释氢气，并精确控制空气的流量，来确保尾气中的氢气浓度保持在安全水平。同时，在这个过程中，系统还会考虑到压缩机的工作情况。就像我们跑步时需要控制呼吸一样，系统会确保空气流量既能满足稀释氢气的需要，又不会让压缩机因为气流太大或太小而“喘不过气”。

未势能源开发的这一紧急停机时的控制方法，是一种实时动态闭环的调整方法，可通过精确控制燃料电池系统中氢气和空气的压力差，类似于通过对人体血压进行自动监测、干预、调节，来确保燃料电池系统部件的安全和稳定，与传统的一刀切控制方法相比，能够实时监测并响应压力变化，并可通过避免不必要的泄压操作，减少氢气和电能的消耗，更加节能且精准高效，提高了燃料电池汽车在安全性、稳定性和效率方面的表现。

同时，这项技术在提高燃料电池汽车安全性、稳定性和效率方面的具体应用效果还包括：

1、防止不可逆损伤：通过控制氢气和空气的压力差，避免了对质子交换膜的机械损伤，这类似于防止高血压对血管造成损伤，从而延长了燃料电池的使用寿命。

2、实时动态调整：系统能够实时监测压力并作出动态调整，类似于人体内的血压调节机制，能够快速响应血压变化，保持系统稳定。

3、安全泄压机制：在检测到压力超过安全阈值时，系统会启动泄压机制，类似于人体的血管在压力过高时通过扩张来降低血压，以防止系统过压。

4、降低尾排氢浓度：通过精确控制空气流量和压力，降低了尾排氢浓度，这类似于控制血压以减少脑溢血等严重健康问题的风险。

5、提高系统整体安全性：整体上，这种智能控制技术提高了燃料电池汽车的安全性，使得氢燃料电池汽车在紧急情况下能够更加安全地运行，类似于高血压患者通过药物和生活方式的调整来降低心脑血管事件的风险。

通过这种创新的控制方法，未势能源燃料电池系统确保了在汽车急停情况下的安全和可靠性，让驾驶更加安心，这就像是给燃料电池汽车装上了一个智能的“血压调节器”，在最需要的时候提供保护，确保“心脏”健康跳动。