CN103129407A - 燃料电池汽车无负载功率增强运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明根据预测在汽车功率增加的道路条件下，通过操作加速踏板驱动鼓风机，生成燃料电池堆所需的电力并预存储在电池里。当上述车辆驶入需要增加功率的斜坡路时，即使踩着加速踏板也不会出现因鼓风机转速引起的燃料电池堆产生额外电力的现象，采用上述预充电的电池电力提高汽车功率的无负载加速模式，当上述车辆驶入需要增加功率的斜坡路时，防止了为增加功率而加快加速踏板的操作。这样不仅防止了急剧上升的转速对鼓风机的耐久性的下降，也同时防止了燃料电池堆急剧增加功率。本发明具有以上特征。

Description

燃料电池汽车无负载功率增强运行方法

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车功率增强，特别是利用GPS信息事先掌握道路倾斜情况下预测出电动机功率需要的电池的电力，从而进行预充电的无负载功率增强的运行方式。

背景技术

一般情况下，燃料电池汽车进行燃料电池堆内的氢气反应，外界必须提供空气，且对氢气发生反应时的空气量进行调节。图2表示为了保证空气吸入到电动鼓风机中，按现有功率增强方式，利用驱动鼓风机增加的空气供给量来提高燃料电池堆的发电量的结构图。如图所示，通过氢气供给部3把氢气提供给燃料电池堆1同时通过鼓风机2接受空气，进行电化学反应产生电能给电池充电，最后把电能转化为动能。

通常，提高汽车的功率方法是提高电动机的功率，而电动机功率的增大则会导致电池4的供电量的增加。因此，要增强车辆功率，必须增加电池充电所需的燃料电池堆1的发电量，这样燃料电池堆1的氢气发生反应所需的空气供给量也会增加。

图3所示现有燃料电池汽车的功率增强流程。

S200是上斜坡路时燃料电池汽车所需的功率增强的条件，S210是在这个条件下为了实现功率增强，司机进行踩加速踏板的过程。司机踩加速踏板，依次完成S220，鼓风机2速度增加和S230的燃料电池堆1氧气流入量的增加及S240的燃料电池堆1的发电量的增加等过程，最终可满足如S250斜坡路条件所要求的功率增强。

发明内容

如上所述，燃料电池汽车的功率增强的方式只能通过增加加速踏板的行程，提高鼓风机的转动数的方式来增加燃料电池堆1的氧气流入量。采用提高鼓风机2的转速来提高汽车功率是燃料电池汽车常用的方式，而该方式会弱化鼓风机2的耐久性。

例如，随着加速踏板行程的增加，鼓风机2的最大转速提高到40000 rpm，如果鼓风机2转速频繁提升最终对鼓风机性能增加负担，会弱化机械部件的耐久性。尤其是，行驶在经常需要增强功率的道路上，而司机的急剧加速等不良驾驶习惯不仅会导致鼓风机2的负担，也会对燃料电池堆1等部件也带来不利影响。

鉴于此，本发明利用GPS信息事先掌握的道路倾斜情况，根据道路倾斜度预测出的电动机功率需要的电池的电力并进行预充电，防止了为增加功率而加快加速踏板的操作。这样不仅防止急剧提升的转速对鼓风机的耐久性的影响，而且燃料电池堆也无需紧急增加加功率，从而达到无负载加速的目的，实现了燃料电池汽车的无负载功率增长的运行。

为了实现上述目标，本发明采用的燃料电池汽车的无负载功率增强运行方法。根据所预测的路况来增加汽车的功率，其方法是操作加速踏板，并驱动鼓风机生成燃料电池堆所需的电力，存储在电池中，

其特点是在上述汽车进入到需要增加功率的道路时，无需上述加速踏板操作，也不增加上述鼓风机的转速，同时上述燃料电池堆也不产生额外的电力，只利用存储在电池中的电力也能增加汽车功率，特点是执行过程符合无负载加速流程。

如果上述无负载流程无法执行，反应在上述加速踏板行程增加，通过提高鼓风机转速增加上述燃料电池堆的氧气流入量，增加上述燃料电池堆发电量，执行负载加速流程。

其特征是包括如下阶段。必要信息接收阶段：上述无负载加速流程检查GPS信息接收状态是否准确；预测电力判断阶段：如果上述GPS信息接受状态正常，根据目的地算出驾驶路径，确认路径中是否有需要功率增强的区间，计算出被确认的功率增强区间中所需的电动机驱动电力；电池电力计算阶段：判断电池现有的电力是否满足上述计算出的电动机驱动电力；电池剩余充电阶段：如果上述电池需要预充电，通过增加加速踏板行程，使上述鼓风机的空气供给量增加，在上述燃料电池堆中生成上述预测电力，提供给上述电池；待机模式进入阶段：上述电池剩余充电完成后，持续监控上述加速踏板是否增加行程，准备执行上述无负载加速流程；无负载加速准备阶段：上述待机模式中如果上述加速踏板的行程增加，其汽车的速度也增加，因此需要计算出上述电动机所需的电力值；无负载加速执行阶段：计算出上述无负载加速准备过程中的上述电动机的所需电力值，通过上述电动机提供给上述电池的电力来提高汽车的功率。

上述必要信息接收阶段的GPS信息是通过GPS导航信息或者控制上述鼓风机驱动的微控制器来进行检查。

上述鼓风机微控制器搭载着道路地图信息。

上述预测电力判断阶段中上述电动机驱动电力值是以确定的驾驶路径和地形为依据进行计算。

上述电池剩余充电阶段中，上述燃料电池堆中产生的剩余电力不转换为因车速增加导致的电动机消耗电力，全部存储在上述电池里。

上述待机模式中，如果不在执行上述无负载加速流程控制信号状态，则切换到负载加速流程模式。

上述必要信息接收阶段中，如果发生GPS信息接收异常，或上述预测电力判断阶段中不存在功率增强必要区间，或上述电池电力计算阶段中上述电池无需充电，则切换到负载加速流程模式。

本发明利用GPS信息，预先掌握需要功率增强的道路情况，根据道路条件，事先补充电池的预测电力，进入斜坡路时防止踩踏板紧急加速的不良操作，特别是在燃料电池堆中无需紧急功率增强，有效地执行无负载加速。

另外，本发明在需要增强功率的道路条件下，使用事先预测补充的电池的电力，使功率增加，可以有效地解决在驾驶条件下迅速响应高功率输出的问题。

另外，本发明在功率增强要求道路中无需急踩加速踏板，从而也避免了鼓风机转速的急剧上升，不存在燃料电池堆的功率急剧增加，有效地防止了对燃料电池堆的耐久性的下降，尤其防止了鼓风机耐久性的下降。

附图说明

图1是根据本发明，按道路条件执行无负载加速的燃料电池汽车的运行流程；

图2是按常规要求增强功率时，为了驱动鼓风机所增加的空气供给量，用于提高燃料电池堆发电量的燃料电池汽车的结构；

图3是常规的燃料电池车辆的功率增强流程。

附图标记说明

1：燃料电池堆                2：鼓风机

3：氢气供给部                4：电池。

具体实施方式

图1表示本实施例根据道路条件执行无负载加速的燃料电池汽车的运行流程。

如图所示，实施无负载加速运行流程，S10实行GPS导航信息No Error，检查GPS接受信息是否正确。

此时，以上述GPS信息的接收状态通过GPS导航信息进行检查为例，实际使用时，可以利用燃料电池堆中供给空气的鼓风机的微控制器。

如上所述，虽然利用鼓风机的微控制器，可以不用依赖GPS导航信息，但前提是在微控制器上搭载一个地图信息。

上述S10检查结果，如果GPS信息接受状态异常，立即切换到S140根据现有流程执行控制。

在此，上述按基本流程执行控制操作是无负载加速流程，该操作使加速踏板的行程增加，导致鼓风机2转速提高，同时也增加燃料电池堆的氧气流入量，意味着燃料电池汽车的功率的增强。

相反，上述S10的检查结果，GPS信息接受状态无异常，则切换到S20，计算出到达目的地的驾驶路径，与S30相同，对于计算出的运动路径检查是否有需要增强功率的区间，如果不需要增强功率，立即切换到S140，按基本流程执行无负载加速流程。

这里，上述驾驶路径可以通过GPS导航信息或搭载道路地图信息的鼓风机微控制器获取信息。

上述S30的检查结果，如存在需要功率增强区间，则与S40相同，计算出电动机驱动所需电力值，在S50环节诊断出是否可以通过电池满足所需电力，假如电池电力充分，则跳转到S140，按照基本流程，执行控制。

此外，上述电动机驱动所需的电力计算方法以已确定的驾驶路径和地形为依据，电池电力核查可以通过BMS(Battery Management System)或者其他车辆控制器执行。

上述S50的判断结果，电池需要充电则与S60流程相同，通过鼓风机增加空气供给量来实现燃料电池堆的功率增强，提供电池所需预测电力。

在此流程中，鼓风机通过加速踏板的增加行程来提高转速，增加燃料电池堆的空气供给量，这样的情况下，加速踏板的操作始发点正好是无需功率增强的状态，不用通过急踩加速踏板或过度增加行程。

因此，即使通过操作加速踏板增强功率，鼓风机的转速最高也达不到40000rpm，这样可以防止因鼓风机的转速上升而产生的机械部件的耐久性的下降。

通常，鼓风机利用PWM信号进行转速控制，此操作可以通过鼓风机微控制器实施。

当功率增强时，燃料电池堆的发电及其电池的充电操作一般都与燃料电池堆的功率增强同时实现。

但是，如上所述燃料电池堆的功率增加所产生的剩余电力不转化为增加车速所引起电动机消耗的电力，全部存储在电池中。在本实施例中上述行为通常以BMS 或车辆控制流程实现。

执行上述S60流程后，如S70，持续检查进一步预充电的电池的电力充电状态是否充分。

确认上述S70流程后，电池电力不足则持续S60过程，反之电池电力充足则跳转到S71进入待机模式。

这里，上述待机模式是指从确认电池充电状态是否充分到加速踏板行程增加之前的区间。该区间加速踏板的行程在增加，目的是基于司机开始踩加速踏板而驶入计算出的路径。

另外，上述待机模式下为了执行无负载加速进程，在没有控制信号的情况下执行基本负载急速进程，此负载加速进程执行过程中出现的电池不足可以通过BMS或车辆控制器得到确认，不足则进行无负载加速进程。

之后， S80检测到因踩加速踏板引起的行程增加，则在S90计算出行程增加导致速度增加而所需的电动机电力值。

然后，S90环节计算出所需电力，S100环节通过电池为电动机提供电流，与S110共同提高电动机的功率，使汽车驶入斜坡路时增加功率。

S100是无负载加速状态，该状态下即使踩下加速踏板增加行程，也不存在鼓风机的驱动，同时也无需燃料电池堆的功率增加。

之后，S120感应到的加速踏板行程正在减少时S130再一次判断计算出的行驶路径是否需要持续功率增强，经过S130环节，判断出功率增强区间终了后中断无负载加速进程，立即切换到S140，根据现有的进程切换到车辆控制环节。

在这里，按现有的控制进程执行操作意味着进行负载加速进程。

如上所述，本实施例是根据预测汽车的功率增加的道路条件下，通过操作加速踏板驱动鼓风机，生成燃料电池堆所需的电力并预存储在电池里。当上述车辆驶入需要增加功率的斜坡路时，即使踩着加速踏板也不出现因鼓风机转速引起的燃料电池堆产生额外电力的现象，采用上述预充电的电池电力提高汽车功率的无负载加速模式，当上述车辆驶入需要增加功率的斜坡路时，防止了为增加功率而加快加速踏板的操作。这样不仅防止了急剧上升的转速对鼓风机的耐久性的下降伤，也同时防止了燃料电池堆急剧增加功率的弊端。

不仅如此，本实施例中，在需要增强功率的道路条件下，使用事先补充的电池的预测电力，增加汽车功率，可以有效地解决在驾驶条件下迅速响应高功率输出的问题。

Claims (9)

1.一种燃料电池汽车无负载功率增长的运行方法，其特征在于，

根据所预测的路况来增加汽车的功率，其方法是操作加速踏板，并驱动鼓风机生成燃料电池堆所需的电力，存储在电池中，

上述汽车驶入需要增加功率的道路时，即使进行加速踏板操作，也不增加上述额外的鼓风机的转速，同时上述燃料电池堆也不产生额外的电力，只利用存储在电池中的电力也能增加汽车功率，执行过程符合无负载加速流程。

2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车无负载功率增长的运行方法，其特征在于，

假如上述无负载流程无法执行，促使上述加速踏板行程增加，通过提高鼓风机转速增加上述燃料电池堆的氧气流入量，增加上述燃料电池堆发电量，执行负载加速流程。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池汽车无负载功率增长的运行方法，其特征在于，包括：

上述无负载加速流程检查GPS信息接收状态是否准确的必要信息接收阶段；

如果上述GPS信息接受状态没有问题，将针对目的地，算出驾驶路径，确认路径中是否有需要功率增强的区间，计算出被确认的功率增强区间中所需的电动机驱动电力的预测电力判断阶段；

判断电池现有的电力是否满足上述计算出的电动机驱动电力的电池电力计算阶段；

如果上述电池需要预充电，通过增加加速踏板行程，使上述鼓风机的空气供给量增加，在上述燃料电池堆中生成上述预测电力，提供给上述电池的电池剩余充电阶段；

上述电池剩余充电完成后，持续监控上述加速踏板是否增加行程，准备执行上述无负载加速流程的待机模式进入阶段；

上述待机模式中如果上述加速踏板的行程增加，其汽车的速度也增加，因此需要计算出上述电动机所需的电力值的无负载加速准备阶段；

计算出上述无负载加速准备过程中的上述电动机的所需电力值，通过上述电动机提供给上述电池的电力来提高汽车的功率的无负载加速实施阶段。

4.根据权利要求3所述的燃料电池汽车无负载功率增长的运行方法，其特征在于，

上述必要信息接收阶段的GPS信息是通过GPS导航信息或者控制上述鼓风机驱动的微控制器来进行检查。

5.根据权利要求4所述的燃料电池汽车无负载功率增长的运行方法，其特征在于，

上述鼓风机微控制器搭载着道路地图信息。

6.根据权利要求3所述的燃料电池汽车无负载功率增长的运行方法，其特征在于，

上述预测电力判断阶段中电动机驱动电力值是以确定的驾驶路径和地形为依据进行计算。

7.根据权利要求3所述的燃料电池汽车无负载功率增长的运行方法，其特征在于，

上述电池剩余充电阶段中，上述燃料电池堆中产生的剩余电力不转换为因车速增加导致的电动机消耗电力，全部存储在上述电池里。

8.根据权利要求3所述的燃料电池汽车无负载功率增长的运行方法，其特征在于，

上述待机模式中，如果不在执行上述无负载加速流程控制信号状态，则切换到负载加速流程模式。

9.根据权利要求3所述的燃料电池汽车无负载功率增长的运行方法，其特征在于，

上述必要信息接收阶段中，如果发生GPS信息接收异常，或上述预测电力判断阶段中不存在功率增强必要区间，或上述电池电力计算阶段中上述电池无需充电，则切换到负载加速流程模式。

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