護航急停安全 | 未勢能源燃料電池氫空“血壓”協同控制技術

燃料電池汽車不僅僅是一個交通工具，它其實還像人體一樣，擁有復雜的“生物系統”，需要精確控制“血壓”來保持健康。在燃料電池汽車中，這個“血壓”就是氫氣和空氣的壓力差。就像人體血壓過高或過低都可能導致健康問題，燃料電池中的壓差也需要被控制在安全范圍。

在燃料電池的“心臟”中，質子交換膜扮演著至關重要的角色。它就像人體的心臟瓣膜，充當著特別的“門衛”角色，確保著氫氣、氧氣這些“血液”能夠按照正確的方向流動，并高效完成它們的角色任務。這種膜非常薄、非常脆弱，只有10到50微米厚，厚度只有頭發直徑的一部分。

通常，在燃料電池正常運行時，一般氫、空會做基于壓差的閉環控制，因此可以保證質子交換膜兩邊的“血壓”處于合理的范圍內。但在燃電系統因自身故障或收到整車急停指令時，“血壓”缺乏相應的協同控制，導致急停時“血壓”往往會超過電堆要求的邊界，出現急性”高血壓”反應，這時質子交換膜可能會像過度膨脹的氣球一樣破裂，造成電堆損壞甚至整個燃料電池系統失效，從而影響整車正常運行。

當燃料電池汽車需要緊急“剎車”時，傳統的處理方式是這樣的：燃料電池系統會立刻停止發送電力，并且關閉輸送氫氣的閥門。

這樣一來，因為不再有新的氫氣進入，陽極（也就是氫氣的一側）的壓力基本上會保持在緊急停止前的水平。而在陰極（空氣的一側），通常會打開一個叫做旁通閥的裝置來快速釋放壓力，這個旁通閥就像是一個大門，一旦打開，空氣就能迅速跑出去，使得壓力很快降低到和周圍環境差不多。但是，陽極的氫氣壓力下降就慢得多了，因為它只能通過一個很小的排氣閥慢慢釋放，再加上氫氣還會從陽極慢慢滲透到陰極，這個過程就像是漏氣的氣球，壓力下降得比較緩慢。這就可能導致氫氣和空氣兩側的壓力差變得很大，如果壓力差超過了安全范圍，就可能對質子交換膜、電堆乃至燃料電池均造成損害。

如果緊急停止的時候，燃料電池系統正在全力工作，那么陽極的壓力可能會非常高（比如超過270千帕），這時候如果緊急停止，氫氣和空氣的壓力差可能會超過150千帕，并且持續一段時間，這對燃料電池來說是個不小的沖擊。為了快速降低陽極的壓力，通常會同時打開排氣閥和排水閥來快速釋放氫氣。但即使這樣做了，壓力下降的速度還是不夠快，而且如果排放的氫氣太多太快，還可能導致尾氣中的氫氣濃度過高，帶來新的風險。

為了解決燃料電池汽車在緊急情況下可能遇到的以上兩個主要問題，未勢能源開發了一種燃料電池系統緊急停機時的氫、空壓差協同控制技術，就像是給燃料電池系統裝上了一個智能的“安全氣囊”，在緊急停機時能夠確保燃料電池系統的“血壓”保持在安全范圍以內，同時讓尾氣中的氫氣濃度也保持在安全線以下。

該控制方法可概述為：

1、急停時氫氣側的緊急控制：當系統檢測到需要緊急停機時，首先，它會像關上水龍頭一樣立即關閉氫氣噴射比例閥，停止氫氣供應。然后，它會智能檢查并判斷氫氣側的壓力是不是太高（一般超150 kPa就視為比較高）。如果壓力還算好，系統就會按照預設的程序慢慢放掉一些氫氣；如果壓力太高，系統就會同時打開排氣閥、排水閥進行泄壓，讓氫氣快速釋放，直到壓力降下來。待壓力降低至目標值（約130kPa），系統會關閉排氣閥、排水閥。

2、急停時空氣目標壓力控制：同時，系統會根據氫氣側的壓力，智能調整空氣側的壓力，如果氫氣側的壓力不高，系統就會稍微打開一點空氣的閥門，讓空氣進來，但不會太多，以免壓力差太大。如果氫氣側的壓力還是太高，系統就會更精細地控制空氣路的旁通閥和背壓閥，以確保空氣側和氫氣側的壓力保持平衡。

3、急停時空氣流量控制：為了避免在排放過程尾氣中的氫氣濃度過高，系統會根據氫氣的壓力和排氣閥、排水閥打開時的孔徑大小，來自動計算需要多少空氣來稀釋氫氣，并精確控制空氣的流量，來確保尾氣中的氫氣濃度保持在安全水平。同時，在這個過程中，系統還會考慮到壓縮機的工作情況。就像我們跑步時需要控制呼吸一樣，系統會確保空氣流量既能滿足稀釋氫氣的需要，又不會讓壓縮機因為氣流太大或太小而“喘不過氣”。

未勢能源開發的這一緊急停機時的控制方法，是一種實時動態閉環的調整方法，可通過精確控制燃料電池系統中氫氣和空氣的壓力差，類似于通過對人體血壓進行自動監測、干預、調節，來確保燃料電池系統部件的安全和穩定，與傳統的一刀切控制方法相比，能夠實時監測并響應壓力變化，并可通過避免不必要的泄壓操作，減少氫氣和電能的消耗，更加節能且精準高效，提高了燃料電池汽車在安全性、穩定性和效率方面的表現。

同時，這項技術在提高燃料電池汽車安全性、穩定性和效率方面的具體應用效果還包括：

1、防止不可逆損傷：通過控制氫氣和空氣的壓力差，避免了對質子交換膜的機械損傷，這類似于防止高血壓對血管造成損傷，從而延長了燃料電池的使用壽命。

2、實時動態調整：系統能夠實時監測壓力并作出動態調整，類似于人體內的血壓調節機制，能夠快速響應血壓變化，保持系統穩定。

3、安全泄壓機制：在檢測到壓力超過安全閾值時，系統會啟動泄壓機制，類似于人體的血管在壓力過高時通過擴張來降低血壓，以防止系統過壓。

4、降低尾排氫濃度：通過精確控制空氣流量和壓力，降低了尾排氫濃度，這類似于控制血壓以減少腦溢血等嚴重健康問題的風險。

5、提高系統整體安全性：整體上，這種智能控制技術提高了燃料電池汽車的安全性，使得氫燃料電池汽車在緊急情況下能夠更加安全地運行，類似于高血壓患者通過藥物和生活方式的調整來降低心腦血管事件的風險。

通過這種創新的控制方法，未勢能源燃料電池系統確保了在汽車急停情況下的安全和可靠性，讓駕駛更加安心，這就像是給燃料電池汽車裝上了一個智能的“血壓調節器”，在最需要的時候提供保護，確保“心臟”健康跳動。