CN105599622A - 用于燃料电池空气滤清器寿命预测的系统和方法 - Google Patents

用于燃料电池空气滤清器寿命预测的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于燃料电池空气滤清器寿命预测的系统和方法。提供用于燃料电池空气滤清器寿命预测的方法和设备。用于监测空气滤清器的方法包括：接收指示污染气体浓度的数据，以及接收指示穿过空气滤清器的质量流率的数据。方法还包括：基于污染气体的浓度和质量流率使用处理器确定污染气体的总质量，以及基于污染气体的总质量和空气滤清器针对污染气体的能力使用处理器计算空气滤清器的剩余寿命。方法包括基于空气滤清器的计算剩余寿命将通知数据输出到通知系统。

Description

用于燃料电池空气滤清器寿命预测的系统和方法
技术领域
本公开大体涉及燃料电池，并且更具体地涉及用于车辆的燃料电池空气滤清器寿命预测的系统和方法。
背景技术
某些车辆使用燃料电池系统来产生动力以用于车辆操作。大体而言，燃料电池系统包括由化学反应生成电能的燃料电池电堆。在聚合物交换薄膜（PEM）燃料电池的示例中，氧和氢反应产生电能和水。在PEM燃料电池的示例中，能够通过使用空气滤清器来过滤氧源（空气）。但是，暴露于某些空气污染（例如灰尘和某些化学气体）中会缩短空气滤清器的寿命并且可能会使得燃料电池的性能退化。
因此，希望提供用于燃料电池空气滤清器寿命预测的改进系统和方法。此外，结合附图和前述技术领域和背景技术，从后续具体描述和所附权利要求中将显而易见到本发明的其他理想特征和特点。
发明内容
在一种实施例中，提供用于监测空气滤清器的方法。方法包括接收指示污染气体浓度的数据，并且接收指示穿过空气滤清器的质量流率的数据。方法还包括基于污染气体的浓度和质量流率使用处理器确定污染气体的总质量，并且基于污染气体的总质量和空气滤清器针对污染气体的能力使用处理器计算空气滤清器的剩余寿命。方法包括基于空气滤清器的计算剩余寿命将通知数据输出到通知系统。
在一种实施例中，提供一种车辆。车辆包括空气滤清器和测量气体浓度的至少一个传感器。车辆进一步包括被置于空气滤清器下游的质量流量传感器，其测量穿过空气滤清器的质量流率。车辆还包括通知系统。车辆包括一个模块，其基于气体浓度、质量流率和空气滤清器针对该气体的能力来确定空气滤清器的剩余寿命，并且基于空气滤清器的剩余寿命将通知数据输出到通知系统。
本申请还可包括下列技术方案。
1.一种监测空气滤清器的方法，包括：
接收指示污染气体的浓度的数据；
接收指示穿过所述空气滤清器的质量流率的数据；
基于所述污染气体的所述浓度和所述质量流率使用处理器确定所述污染气体的总质量；
基于所述污染气体的所述总质量和所述空气滤清器针对所述污染气体的能力使用所述处理器计算所述空气滤清器的剩余寿命；以及
基于所述空气滤清器的计算剩余寿命将通知数据输出到通知系统。
2.根据方案1所述的方法，其中接收指示所述污染气体的所述浓度的数据进一步包括：
基于车辆的地理位置从远程数据存储接收空气品质数据，所述空气品质数据包括所述污染气体的所述浓度。
3.根据方案1所述的方法，其中接收指示所述污染气体的所述浓度的数据进一步包括：
从在所述空气滤清器上游的第一传感器接收传感器数据；以及
从在所述空气滤清器下游的第二传感器接收传感器数据。
4.根据方案4所述的方法，进一步包括：
基于来自所述第一传感器的所述传感器数据和来自所述第二传感器的所述传感器数据确定所述空气滤清器的瞬态效率；
基于所述瞬态效率将所述通知数据输出到所述通知系统。
5.根据方案4所述的方法，进一步包括：
基于来自所述第一传感器的所述传感器数据和来自所述第二传感器的所述传感器数据确定所述空气滤清器的过滤效率的修正系数；以及
基于所述污染气体的所述总质量、所述空气滤清器针对所述污染气体的所述能力和所述修正系数使用所述处理器计算所述空气滤清器的所述剩余寿命。
6.根据方案1所述的方法，其中确定所述污染气体的所述总质量进一步包括：
基于在时间间隔期间所述污染气体的所述浓度和在所述时间间隔期间的质量流率使用所述处理器确定在所述时间间隔上的所述污染气体的累积质量；以及
求和多个时间间隔上的所述污染气体的所述累积质量以便确定所述污染气体的所述总质量。
7.根据方案6所述的方法，其中接收指示穿过所述空气滤清器的所述质量流率的数据进一步包括：
从在所述空气滤清器下游的质量流量传感器接收空气的所述质量流率、空气温度和空气的相对湿度。
8.根据方案7所述的方法，进一步包括：
基于所述空气的所述质量流率、所述空气的所述温度和所述空气的所述相对湿度中的至少一者从数据存储检索在所述时间间隔上的所述污染气体的所述累积质量的修正值；以及
基于所述修正值使用所述处理器确定在所述时间间隔上的所述污染气体的修正累积质量。
9.根据方案1所述的方法，进一步包括：
接收指示第二污染气体的浓度的数据；
基于所述第二污染气体的所述浓度和所述质量流率使用所述处理器确定所述第二污染气体的总质量；
基于所述第二污染气体的所述总质量和所述空气滤清器针对所述第二污染物的能力使用所述处理器计算所述空气滤清器的剩余寿命；以及
基于所述空气滤清器针对所述污染气体的计算剩余寿命和所述空气滤清器针对所述第二污染气体的计算剩余寿命将所述通知数据输出到所述通知系统。
10.一种车辆，包括：
空气滤清器；
测量气体浓度的至少一个传感器；
被置于所述空气滤清器下游的质量流量传感器，所述质量流量传感器测量穿过所述空气滤清器的质量流率；
通知系统；和
模块，其基于所述气体的所述浓度、所述质量流率和所述空气滤清器针对该气体的能力来确定所述空气滤清器的剩余寿命，并且基于所述空气滤清器的所述剩余寿命将通知数据输出到所述通知系统。
11.根据方案10所述的车辆，其中所述至少一个传感器被设置在所述空气滤清器上游。
12.根据方案10所述的车辆，其中所述至少一个传感器包括被设置在所述空气滤清器上游的测量所述气体的第一浓度的第一传感器和被设置在所述空气滤清器下游的测量所述气体的第二浓度的第二传感器。
13.根据方案10所述的车辆，进一步包括：
全球定位系统数据源，其指示所述车辆的地理位置并且所述模块基于所述车辆的所述地理位置查询远程数据存储来获得所述气体的浓度。
14.根据方案10所述的车辆，进一步包括：
燃料电池电堆，并且所述空气滤清器与所述燃料电池电堆连通以便供应被过滤气体至所述燃料电池电堆。
15.根据方案12所述的车辆，其中所述模块基于所述气体的所述第一浓度和所述气体的所述第二浓度计算所述空气滤清器的效率，并且基于计算效率将通知数据输出到所述通知系统。
16.一种监测车辆的空气滤清器的方法，包括：
从被设置在所述空气滤清器上游的第一传感器接收指示污染气体的第一浓度的数据；
接收指示穿过所述空气滤清器的质量流率的数据；
基于所述污染气体的所述第一浓度和所述质量流率使用处理器确定所述污染气体的总质量；以及
基于所述污染气体的所述总质量和所述空气滤清器针对所述污染气体的能力使用所述处理器计算所述空气滤清器的剩余寿命。
17.根据方案16所述的方法，进一步包括：
从被设置在所述空气滤清器下游的第二传感器接收指示污染气体的第二浓度的数据；
基于来自所述第一传感器的所述数据和来自所述第二传感器的所述数据确定所述空气滤清器的瞬态效率；以及
基于所述瞬态效率将通知数据输出到所述车辆的通知系统。
18.根据方案17所述的方法，进一步包括：
基于来自所述第一传感器的所述数据和来自所述第二传感器的所述数据确定所述空气滤清器的过滤效率的修正系数；以及
基于所述污染气体的所述总质量、所述空气滤清器针对所述污染气体的所述能力和所述修正系数使用所述处理器计算所述空气滤清器的所述剩余寿命。
19.根据方案17所述的方法，进一步包括：
使用所述处理器确定所述污染气体的所述第二浓度是否大于所述污染气体的预定阈值；以及
基于所述确定将通知数据输出到所述车辆的通知系统。
20.根据方案16所述的方法，其中确定所述污染气体的所述总质量进一步包括：
基于在时间间隔期间所述污染气体的所述第一浓度和在所述时间间隔期间的质量流率使用所述处理器确定在所述时间间隔上的所述污染气体的累积质量；以及
求和多个时间间隔上的所述污染气体的所述累积质量以便确定所述污染气体的所述总质量。
附图说明
之后将结合附图描述示例性实施例，其中类似附图标记指代类似元件，并且附图中：
图1是示出包括根据各种实施例的空气滤清器系统的车辆的功能框图；
图2是示出根据各种实施例的空气滤清器系统的控制系统的数据流图表；
图3是示出根据各种实施例的空气滤清器系统的控制方法的流程图；
图4是示出根据各种实施例的空气滤清器系统的控制方法的流程图；
图5是示出根据各种实施例的空气滤清器系统的控制方法的流程图；
图6是示出根据各种实施例的空气滤清器系统的控制方法的流程图；
图7是示出根据各种实施例的空气滤清器系统的控制方法的流程图；并且
图8是示出根据各种实施例的空气滤清器系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
下列详细描述实质上仅仅是示例性的并且不试图限制本应用和使用。此外，不试图通过前述技术领域、背景技术、发明内容或下文的具体实施方式中存在的任意明确或暗含的理论来界定。如这里所用，术语模块指的是单个地或以任意组合的任意硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器装置，其包括但不限于：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或更多个软件或固件程序的处理器（共享、专用或成组）和存储器、组合逻辑电路和/或提供上述功能的其他适当部件。此外，这里所用的单位仅是示例性的。
参考图1，示出了车辆10。根据各种实施例，车辆10包括空气滤清器系统12、动力传动系统14、通知系统16、远程通信系统18、全球定位系统（GPS）系统20和模块22。虽然这里示出的附图描绘了具有某些元件设置的示例，但是在实际实施例中可以存在额外的中间元件、装置、特征或部件。也应该理解的是，图1仅仅是说明性的并且可以不按比例绘制。
空气滤清器系统12过滤空气以便被动力传动系统14的一部分所使用。在一种示例中，空气滤清器系统12包括空气入口24、气体出口26、一个或更多个传感器28和空气滤清器30。空气滤清器系统12被装纳在合适的外壳32中，其被空气滤清器30划分为净或第一侧32’以及脏或第二侧32”。空气入口24被限定成穿过外壳32的一部分，并且使得车辆10外部的空气能够进入到外壳32内。因此，空气入口24被限定在外壳32内以便处于空气滤清器30上游。因为空气是外部的未处理空气，所以空气穿过空气入口24在第二侧32”上进入到外壳32内。
气体出口26连通于动力传动系统14的一部分以便向动力传动系统14的该部分提供经过滤或干净的气体。气体出口26被限定成在空气滤清器30下游在第一侧32’上穿过外壳32的一部分。
在一种实施例中，所述一个或更多个传感器28包括脏或第一气体传感器28’、净或第二气体传感器28”和质量流量传感器28’”。所述一个或更多个传感器28经由适当的通信架构或设置与模块22通信。第一气体传感器28’测量并观察进入空气的空气品质并且基于该品质生成传感器信号。大体而言，第一气体传感器28’测量并观察空气中化学气体的存在性。在一种示例中，第一气体传感器28’测量并观察进入空气中的各种气体的浓度，其中所述气体包括但不限于二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）。第一气体传感器28’被联接到外壳32的第二侧32”，以致第一气体传感器28’连通于经由空气入口24进入外壳32的空气。
第二气体传感器28”测量并观察离开空气冷却器30的气体并且基于此来生成传感器信号。大体而言，第二气体传感器28”测量并观察空气中化学气体的存在性。在一种示例中，第二气体传感器28”测量并观察离开空气滤清器30的气体中的各种气体的浓度，其中所述各种气体包括但不限于二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）。第二气体传感器28”被联接到外壳32的第一侧32’，以致第二气体传感器28”连通于通过气体出口26离开外壳32的气体。质量流量传感器28’”测量并观察离开空气滤清器30的气体的情况，并且基于此生成传感器信号，这些传感器信号被通信至模块22。大体而言，质量流量传感器28’”测量并观察通过气体出口26的气流的质量以及该气体的温度和该气体的流率。在一种示例中，质量流量传感器28’”还测量并观察气体的相对湿度。
空气滤清器30被置于外壳32内并且用于将外壳32划分成第一侧32’和第二侧32”。空气滤清器30包括具有从进入空气滤出或去除对动力传动系统14有害的污染物的吸附材料的任意适当的滤清器，例如，空气滤清器30包括具有从进入空气滤出或去除对动力传动系统14的燃料电池电堆34有害的污染物的吸附材料的任意适当的滤清器，其中所述污染物包括但不限于二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）、盐和灰尘。因此，在这种示例中，空气滤清器30是用于包括燃料电池电堆34的燃料电池系统的空气滤清器。大体而言，如这里进一步讨论的，空气滤清器30的化学能力或吸附能力是已知的，但是通过正运行的车辆10的空气品质或气体浓度是未知的。通过提供用于计算空气滤清器30的寿命的改进系统和方法，能够在必要时且在不希望浓度的污染物到达动力传动系统14之前执行空气滤清器30的更换。
动力传动系统14接收来自气体出口26的气体。动力传动系统14包括推进装置，其供应动力至传动系。在一种示例中，推进装置包括燃料电池电堆34，其通过化学反应至少生成电能，如本领域所公知的。变速器将动力从动力传动系统14传递到与车辆10的一个或更多个车轮（和车胎）联接的合适的传动系以便使得车辆10能够运动。应该注意，虽然车辆10在这里被示为包括燃料电池电堆34，但是车辆10也能够根据需要包括其他的推进装置。在这种示例中，动力传动系统14还包括压缩机36，其与气体出口26连通。压缩机36也经由有助于传输数据、命令、动力等的适当的通信架构或设置与模块22通信。压缩机36压缩来自气体出口26的气体并且将被压缩气体递送到燃料电池电堆34。燃料电池电堆34使用来自被压缩气体的氧以及其他反应物（例如氢）来产生被提供到传动系的电能。应该注意，虽然空气滤清器30和模块22在此被描述且描绘成关联于车辆10，但是空气滤清器30和模块22也能够被用于任意合适的燃料电池系统，例如静止燃料电池、用于移动平台（例如公交车、火车、轮船和飞机）的燃料电池。因此，在车辆10中使用空气滤清器30和模块22仅仅是示例性的。
通知系统16经由合适的通信架构与模块22通信，以便将关于空气滤清器30的一个或更多个通知（通知数据）提供给车辆10的乘客。在一种示例中，通知系统16包括仪表板的部分，并且包括显示装置。大体而言，通知系统16包括显示装置，其将关于空气滤清器30情况的消息显示给车辆10乘客。替代性地，通知系统16能够包括被置于仪表板上的灯或警告指示器。通知系统16也能够是资讯中心的一部分。应该理解的是，这些示例仅仅是示例性的，因为关于空气滤清器30的通知能够通过任意合适的装置（例如触觉警告、声音警告消息等等）被提供。
远程通信系统18包括用于从远程工作站38接收数据以及将数据通信至远程工作站38的任意合适的系统。在一种示例中，远程工作站38是通信联接到远程数据存储40的远程计算系统。替代性地，远程工作站38能够包括远程呼叫服务和诊断中心，例如OnStar,LLC。在一种示例中，基于从远程通信系统18接收数据，远程工作站38查询远程数据存储40以便基于从远程通信系统18接收的数据获得监测的空气品质数据。远程通信系统18经由有助于传输数据、命令、动力等的适当的通信架构或设置与模块22通信。
在一种示例中，远程通信系统18能够包括无线电，其被构造成接收通过调制来自远程工作站38的射频（RF）信号所发送的数据，如本领域技术人员公知的。例如，远程工作站38可以是蜂窝电话网络的一部分并且数据可以根据长期演进（LTE）标准被传送。远程通信系统18将数据传送到远程工作站38以便实现双向通信。但是，也可以替代性地使用其他技术来发送和接收数据。例如，远程通信系统18可以经由蓝牙或通过使用Wi-Fi标准实现与远程工作站38的双向通信，其中该标准即如被电器和电子工程师学会（“IEEE”）所限定的一个或更多个802.11标准，如本领域技术人员公知的。远程通信系统18可以独立于或集成于资讯系统。此外，远程通信系统18可以被构造成编码数据或者产生被编码数据。远程通信系统18所生成的被编码数据可以被加密。安全钥匙可以被用于解密和解码被编码数据，如本领域技术人员所知的。安全钥匙可以是“口令”或者允许被编码数据被解密的其他数据设置。替代性地，远程工作站38可以执行安全协议来确保与适当的车辆10进行通信。
远程数据存储40存储基于来自GPS系统20的车辆10的位置坐标指示被监测空气品质（例如化学气体的平均空气污染）的一个或更多个表格（例如，查找表）。换言之，远程数据存储40存储基于某些地理位置的已知污染水平提供化学气体的被监测污染值的一个或更多个表格。在一种示例中，基于从环境保护局（EPA）监测地点获得的监测数据来填充所述一个或更多个表格。大体而言，EPA监测地点能够产生基本实时的空气品质数据，但是被监测空气品质数据也能够包括在各种时间间隔被EPA监测地点测量和观察到的空气品质数据，所述时间间隔包括但不限于一小时抽样速率、八小时抽样速率、24小时抽样速率、每月抽样速率等等。此外，被监测空气品质数据能够是给定抽样速率情况下的平均空气品质数据。在各种实施例中，表格能够是通过一个或更多个索引限定的插值表。由至少一个表格提供的被监测空气品质数据基于车辆10的位置坐标指示了化学气体的污染值，例如以十亿分率（ppb）为单位的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）的浓度。作为示例，一个或更多个表格能够被例如但不限于地理坐标或者位置坐标的参数索引，以提供被监测空气品质数据。因此，被监测空气品质数据基于GPS系统20提供的具体位置坐标指示了化学气体的污染值，例如以十亿分率（ppb）为单位的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）的浓度。应该注意，这里使用的单位仅仅是示例性的，因为例如化学气体浓度能够被表述为十亿分率以外的单位，例如百万分率或者以每单位体积的质量的单位。
GPS系统20包括GPS接收器，其经由有助于传输数据、命令、动力等的适当的通信架构或设置与模块22通信。如本领域技术人员公知的，GPS接收器从GPS卫星接收一个或更多个信号以便确定车辆10的位置坐标（纬度和经度）并且也能够包括车辆10周围的交通密度和/或交通速度。如这里所讨论的，车辆10的位置坐标被远程通信系统18发送到远程工作站38。基于位置坐标，远程工作站38查询被监测空气品质信息的远程数据存储40，并且远程工作站38将被监测空气品质信息发送给车辆10。替代性地，如这里更具体讨论的，如果至远程工作站38的连接不可用，则模块22能够基于位置坐标获得空气品质信息的默认值。
在各种实施例中，模块22基于一个或更多个传感器信号将通知数据输出到通知系统16，并且进一步基于本公开的燃料电池空气滤清器寿命预测系统和方法通知车辆10乘客空气滤清器30的剩余寿命或剩余能力。如将讨论的，模块22基于来自所述至少一个传感器28的传感器信号输出通知数据以用于被通知系统16显示来通知乘客，或者基于来自所述至少一个传感器28的传感器信号且基于在给定来自GPS系统20的车辆10的位置坐标的情况下从远程数据存储40获得的数据来输出通知数据以用于被通知系统16显示来通知乘客。
现在参考图2且继续参考图1，数据流图表示出了可以被嵌入模块22内的用于空气滤清器30（图1）的滤清器监测系统100的各种实施例。根据本公开的滤清器监测系统的各种实施例能够包括被嵌入模块22内的任意数量的子模块。如能够意识到的，在图2中示出的子模块能够被组合和/或进一步分割以便类似地监测空气滤清器30并且基于来自所述至少一个传感器28的信号且基于在给定来自GPS系统20（图1）的车辆10的位置坐标的情况下从远程数据存储40获得的数据来输出通知数据。能够从车辆10（图1）感测、从其他控制模块（未示出）接收和/或通过模块22内的其他子模块（未示出）来确定/建模至系统的输入。在各种实施例中，模块22包括滤清器监测器模块102、通知模块104和表格数据存储106。
表格数据存储106存储基于来自GPS系统20的GPS数据114指示空气品质（例如化学气体的平均空气污染）的一个或更多个表格（例如，查找表）。换言之，表格数据存储106存储基于某些地理位置的已知污染水平提供化学气体的污染值的一个或更多个表格。在一种示例中，所述一个或更多个表格存储从环境保护局（EPA）获得的数据。在各种实施例中，表格能够是通过一个或更多个索引限定的插值表。由至少一个表格提供的空气品质值110基于来自GPS数据114的车辆10的位置坐标指示了化学气体的污染值，例如以十亿分率（ppb）为单位的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）的浓度。作为示例，一个或更多个表格能够被例如但不限于地理坐标或者位置坐标的参数索引来提供被监测空气品质值110。因此，空气品质值110基于GPS系统20所提供的GPS数据114指示了化学气体的污染值，例如以十亿分率（ppb）单位的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）的浓度。应该注意，这里使用的单位仅仅是示例性的，因为例如化学气体浓度能够被表述为十亿分率以外的单位。
在各种实施例中，表格数据存储106存储基于由质量流量传感器28’”观察并测量的情况、基于来自GPS系统20的交通密度和/或交通速度且基于空气滤清器30的设计指示修正值的一个或更多个表格（例如，查找表）。换言之，表格数据存储106也存储基于在车辆10的操作期间由质量流量传感器28’”观察和测量的情况提供空气滤清器30的吸附修正值的一个或更多个表格，以及基于车辆10的操作期间车辆10周围的交通情况提供空气滤清器30的吸附修正值的一个或更多个表格和基于空气滤清器30本身的设计提供空气滤清器30的吸附修正值的一个或更多个表格。因此，修正值考虑到了影响空气滤清器30的化学气体吸附性能的操作和环境情况。
在一种示例中，所述一个或更多个表格基于影响空气滤清器30的吸附的已知情况存储修正值。例如，通过空气滤清器30的被污染空气的流率能够影响空气滤清器30的化学气体吸附性能。例如，基于质量空气流量传感器数据122的大流率将导致污染物在空气滤清器30中的驻留时间减小，从而潜在地会降低气体吸附能力。作为进一步示例，相对湿度可以影响在空气滤清器30中使用的吸附剂材料的吸附特征。例如，在相对大的湿度下，化学气体和水分子会竞争空气滤清器30的吸附剂介质上的吸附位置。替代性地，在大湿度下，某些催化剂或化学气体吸附剂材料会具有更大的从被污染空气流去除某些化学气体物质的能力。
周围温度能够影响在空气滤清器30中使用的吸附剂材料的吸附特征。例如，气体分子的动能随温度增加而增加。这可以导致随着物理吸附的气体的温度增加，空气滤清器30的吸附剂材料的吸附能力降低。替代性地，在较高温度下，某些催化剂或化学气体吸附剂材料会具有更大的从被污染空气流去除某些化学气体物质的能力。
交通密度和/或交通速度也能够影响在空气滤清器30中使用的吸附剂材料的吸附特征。交通密度和/或交通速度能够从GPS系统20获得。例如，在缓慢运动的拥挤交通中的尾管排放物能够导致比预期化学气体浓度更大浓度的化学气体进入空气滤清器系统12的空气入口24。这可以导致空气滤清器30的吸附剂材料的气体过滤性能的降低。此外，空气滤清器30的设计能够影响在空气滤清器30中使用的吸附剂材料的吸附特征。例如，吸附剂材料的气体吸附能力会受到空气滤清器30的可用表面面积或容量的影响。
在各种实施例中，表格能够是通过一个或更多个索引限定的插值表。由表格中的至少一个表格提供的修正值111指示基于温度、相对湿度、质量流率、交通密度、交通速度和空气滤清器30的设计来确定空气滤清器30的寿命的修正值。作为示例，一个或更多个表格能够被例如但不限于温度、相对湿度、质量流率、交通密度、交通速度和空气滤清器设计的参数索引来提供修正值111。因此，修正值111基于操作或环境情况指示用于空气滤清器30的性能的修正系数。此外，应该注意到，在表格数据存储106中存储的表格能够根据需要使用由电信系统18接收的数据更新。
滤清器监测器模块102从所述至少一个传感器28接收输入传感器数据112并且从GPS系统20接收GPS数据114。GPS数据114指示车辆10的位置坐标或地理方位以及车辆10周围的交通密度和/或交通速度。传感器数据112指示在空气滤清器系统12中由第一气体传感器28’和第二气体传感器28”中的一个或更多个观察且测量的一个或更多个气体浓度，所述气体包括但不限于二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）。滤清器监测器模块102基于传感器数据112和GPS数据114中的至少一个设定通知模块104的通知116。
在各种实施例中，滤清器监测器模块102在时间间隔（i）上从第一气体传感器28’接收第一气体传感器数据118、从第二气体传感器28”接收第二气体传感器数据120并且从质量流量传感器28’”接收质量空气流量传感器数据122。第一气体传感器数据118指示由第一气体传感器28’观察且测量的一个或更多个气体浓度，所述气体包括但不限于二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）。第二气体传感器数据120指示由第二气体传感器28”观察且测量的一个或更多个气体浓度，所述气体包括但不限于二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）。可选地，滤清器监测器模块102也从压缩机36接收压缩机数据124作为输入。压缩机数据124指示压缩机36是开还是关。基于GPS数据114、第一气体传感器数据118、第二气体传感器数据120、质量空气流量传感器数据122和压缩机数据124，滤清器监测器模块102确定污染数据125、效率数据127和寿命数据129并且为通知模块104设定污染数据125、效率数据127和寿命数据129。应该注意，压缩机数据124的使用仅仅是示例性的，并且滤清器监测器模块102能够基于指示燃料电池电堆34正在运行的其他数据来确定污染数据125、效率数据127和寿命数据129。
在一种示例中，滤清器监测器模块102基于第一气体传感器数据118或第二气体传感器数据120确定化学气体透过或污染数据125。污染数据125基于第一气体传感器数据118或第二气体传感器数据120指示由气体传感器28’或第二气体传感器28”观察到的化学气体浓度大于预定阈值。预定阈值一般地是燃料电池电堆34能够被暴露于的污染气体的最大容许浓度。因此，预定阈值是针对每种污染气体被定义的并且基于空气滤清器30的材料和构造、燃料电池电堆34和压缩机36的材料和构造。在一种示例中，预定阈值是大约十亿分之十（10ppb）至大约百万分之一千（1000ppm）。滤清器监测器模块102针对通知模块104设定污染数据125。
在各种实施例中，滤清器监测器模块102基于第一气体传感器数据118和第二气体传感器数据120确定空气滤清器30的过滤器效率或者效率数据127。在一种示例中，滤清器监测器模块102基于下列等式确定瞬态过滤器效率：
(1)
其中是针对感兴趣的化学气体的空气滤清器30的瞬态效率；Cppb1是针对具体化学气体以十亿分率（ppb）为单位的由第一气体传感器28’观察且测量的化学气体浓度（第一气体传感器数据118）；并且Cppb2是针对具体化学气体以十亿分率（ppb）为单位的由第二气体传感器28”观察且测量的化学气体浓度（第二气体传感器数据120）。应该注意，这里使用的单位仅仅是示例性的，因为例如化学气体浓度能够被表述为十亿分率以外的单位。进一步，这个等式是针对单个感兴趣的化学气体的，并且因此，滤清器监测器模块102基于上面的等式针对所有感兴趣的化学气体重复空气滤清器30的瞬态效率的计算，所述化学气体包括但是不限于二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）。
滤清器监测器模块102将感兴趣的化学气体的经确定瞬态效率设定为通知模块104的效率数据127。
为了确定空气滤清器30的剩余过滤器寿命或者寿命数据129，滤清器监测器模块102基于下列等式确定在时间间隔（i）上的平均化学气体浓度：
(2)
其中是以十亿分率（ppb）表述的平均化学气体浓度；N是Cppb1测量值的总数量；i是时间间隔；并且Cppb1是来自第一气体传感器数据118的以十亿分率为单位表述的具体污染气体的浓度。应该注意，虽然在此被描述为计算平均化学气体浓度以便确定空气滤清器30的剩余过滤器寿命，但是滤清器监测器模块102也能够基于具体化学气体的单个浓度测量值来确定空气滤清器30的剩余过滤器寿命。因此，这里包含的等式仅仅是示例性的。
滤清器监测器模块102基于下列等式确定在时间间隔（i）上的来自质量空气流量传感器数据122的累积空气质量：
(3)
其中，mi是在时间间隔（i）期间由质量流量传感器28’”观察且测量的以千克（kg）为单位的空气质量；t1是时间间隔（i）的开始时间；t2是时间间隔（i）的结束时间；并且是来自质量空气流量传感器数据122的以千克/秒（kg/s）为单位的质量空气流量。
滤清器监测器模块102还能够基于下列等式确定总空气质量：
(4)
其中m是以千克（kg）为单位的总空气质量；N是mi测量值的总数量；mi是在时间间隔（i）上由质量流量传感器28’”观察且测量的以千克（kg）为单位的累积空气质量。在一种实施例中，总空气质量能够被用于得到存在的污染气体的量的过程估计。
滤清器监测器模块102基于空气滤清器30的效率确定是否需要修正系数α。当空气滤清器30的瞬态效率小于预定阈值（例如大约100%）时，滤清器监测器模块102确定需要修正系数α。在一种示例中，滤清器监测器模块102基于下列等式确定修正系数α：
(5)
其中α是修正系数（无单位），Cppb1是针对具体化学气体的以十亿分率（ppb）为单位的由第一气体传感器28’观察且测量的化学气体浓度（第一传感器数据118）；并且Cppb2是针对具体化学气体以十亿分率（ppb）为单位的由第二气体传感器28”观察且测量的化学气体浓度（第二气体传感器数据120）。
滤清器监测器模块102基于下列等式确定在时间间隔上的来自具体化学气体或感兴趣污染物的修正累积质量：
(6)
其中MC,i是以千克（kg）为单位的在时间间隔i上的感兴趣污染物的修正累积质量；ρc是以千克/立方米（kg/m3）为单位的污染气体密度；ρair是空气密度，是以十亿分率（ppb）表述的平均化学气体浓度；α是修正系数（无单位）；并且mi是以千克（kg）为单位的在时间间隔（i）上的累积空气质量。
通过使用下列等式确定空气和污染气体的密度：
(7)
其中ρ是以千克/立方米（kg/m3）为单位的气体密度，P是以帕斯卡（Pa）为单位的压力，M是以千克/摩尔（kg/mol）为单位的气体摩尔质量，R是以焦耳/摩尔开尔文（J/molK）为单位的气体常数，并且T是以开尔文（K）为单位的温度。温度由质量流量传感器28’”观察且测量。
替代性地，如果相对湿度数据可从质量空气流量传感器数据122得到，则空气和污染气体的密度能够基于下列等式被计算：
(8)
其中ρh是潮湿空气的密度；Pd是干燥空气的分压；Pv是水蒸汽的分压；Md是干燥空气的摩尔质量；Mv是水蒸汽的摩尔质量；并且Pv=φPsat其中Psat是饱和水蒸汽压，并且φ是来自质量空气流量传感器数据122的相对湿度。此外，应该注意到，如果在相同压力、相同湿度和相同温度下计算污染气体密度与空气密度的比，则其将基本等价于污染气体和空气之间的摩尔质量的比。
滤清器监测器模块102基于下列等式求和感兴趣的污染物或化学气体的修正累积质量以便得到感兴趣的污染物或化学气体的总质量：
(9)
其中MC是以千克（kg）为单位的污染物或感兴趣的化学气体的总质量；N是MC,i测量值的数量；并且MC,i是以千克（kg）为单位的在时间间隔（i）上的感兴趣污染物的修正累积质量。
滤清器监测器模块102基于下列等式确定空气滤清器30的剩余寿命的百分比：
(10)
其中tfilter是空气滤清器30的剩余寿命百分比；Mcap是以千克（kg）为单位的针对感兴趣的化学气体的空气滤清器30的能力（根据实验测试确定）；并且MC是以千克（kg）为单位的污染物或感兴趣的化学气体的总质量。
滤清器监测器模块102针对每种感兴趣的污染物或化学气体确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。基于空气滤清器30遇到的颗粒和灰尘，滤清器监测器模块102选择空气滤清器30的最小剩余寿命百分比，并且将这个值与空气滤清器30的最大滤清器使用寿命和剩余寿命百分比进行比较。滤清器监测器模块102选择这些值中的最小寿命百分比并且将这个值设定成通知模块104的寿命数据129。应该注意，在美国专利号8,626,426中讨论了基于空气滤清器30遇到的颗粒和灰尘确定空气滤清器30的剩余寿命百分比，该专利并入本文以供参考。
在各种实施例中，滤清器监测器模块102基于第一气体传感器数据118、质量空气流量传感器数据122、GPS数据114和压缩机数据124确定空气滤清器30的剩余寿命百分比或寿命数据。应该注意，压缩机数据124的使用仅仅是示例性的，并且滤清器监测器模块102能够基于指示燃料电池电堆34正在运行的其他数据来确定寿命数据129。在这种示例中，滤清器监测器模块102通过使用上述等式（2）确定具体感兴趣的化学气体的平均化学气体浓度。滤清器监测器模块102通过使用上述等式（3）确定时间间隔上的累积空气质量，并且通过使用上述等式（4）确定总空气质量。
滤清器监测器模块102基于GPS数据114和质量空气流量传感器数据122确定是否需要修正值111来确定空气滤清器30的剩余滤清器寿命。如果需要修正值111，则滤清器监测器模块102从表格数据存储106检索修正值111并且基于下列等式计算时间间隔中的污染物的修正累积质量：
(11)
其中MC,i是以千克（kg）为单位的在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的修正累积质量，ρc是以千克/立方米（kg/m3）为单位的污染气体密度，ρair是空气密度，是以十亿分率（ppb）表述的平均化学气体浓度；K是修正值111；并且mi是以千克（kg）为单位的在时间间隔（i）上的累积空气质量。通过使用上述等式（7）或等式（8）确定空气和污染气体的密度。
滤清器监测器模块102基于上述等式（9）求和感兴趣的污染物或化学气体的修正累积质量以便得到感兴趣的污染物的总质量。滤清器监测器模块102基于上述等式（10）确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。滤清器监测器模块102针对每种感兴趣的污染物或化学气体确定空气滤清器30的剩余寿命百分比，并且基于空气滤清器30遇到的颗粒和灰尘，选择空气滤清器30的最小剩余寿命百分比，并且将这个值与空气滤清器30的最大滤清器使用寿命和剩余寿命百分比进行比较。滤清器监测器模块102选择这些值中的最小寿命百分比并且将这个值设定成通知模块104的寿命数据129。
在各种实施例中，滤清器监测器模块102从远程通信系统18接收空气品质数据113作为输入。空气品质数据113基于由远程通信系统18通信至远程工作站38（图1）的车辆10的位置坐标指示了化学气体的被监测污染值，例如以十亿分率（ppb）为单位的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、总碳氢化合物（HC）和氨（NH3）的浓度。基于空气品质数据113、GPS数据114、质量空气流量传感器数据122和压缩机数据124，滤清器监测器模块102确定空气滤清器30的剩余寿命百分比或寿命数据129。应该注意，压缩机数据124的使用仅仅是示例性的，并且滤清器监测器模块102能够基于指示燃料电池电堆34正在运行的其他数据来确定寿命数据129。
在这种示例中，滤清器监测器模块102通过使用上述等式（3）确定时间间隔上的累积空气质量，并且通过使用上述等式（4）确定总空气质量。滤清器监测器模块102基于GPS数据114和质量空气流量传感器数据122确定是否需要修正值111来确定空气滤清器30的剩余滤清器寿命。如果需要修正值111，则滤清器监测器模块102从表格数据存储106检索修正值111并且基于下列等式计算时间间隔中的污染物的修正累积质量：
(12)
其中MC,i是以千克（kg）为单位的在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的修正累积质量，ρc是以千克/立方米（kg/m3）为单位的污染气体密度，ρair是空气密度，Cppb是来自被监测空气品质数据113的以十亿分率（ppb）为单位表述的化学气体浓度；K是修正值111；并且mi是以千克（kg）为单位的在时间间隔（i）上的累积空气质量。通过使用上述等式（7）或等式（8）确定空气和污染气体的密度。如果不需要修正值111，则K等于一。
滤清器监测器模块102基于上述等式（9）求和感兴趣的污染物或化学气体的修正累积质量以便得到感兴趣的污染物的总质量。滤清器监测器模块102基于上述等式（10）确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。滤清器监测器模块102针对每种感兴趣的污染物或化学气体确定空气滤清器30的剩余寿命百分比，并且基于空气滤清器30遇到的颗粒和灰尘，选择空气滤清器30的最小剩余寿命百分比，并且将这个值与空气滤清器30的最大滤清器使用寿命和剩余寿命百分比进行比较。滤清器监测器模块102选择这些值中的最小寿命百分比并且将这个值设定成通知模块104的寿命数据129。
通知模块104接收污染数据125、效率数据127和寿命数据129作为输入。基于污染数据125、效率数据127和寿命数据129，通知模块104输出通知数据130至通知系统16。通知数据130包括基于污染数据125、效率数据127和寿命数据129中至少一个的用于通知系统16的信号或者警告消息。在一种示例中，基于污染数据125，通知数据130包括车辆10正在高度污染中运行的警告消息。在另一示例中，基于效率数据127，通知数据130包括提醒车辆10的操作者要检查空气滤清器30的警告消息。在一种示例中，基于寿命数据129，如果寿命百分比小于预定阈值，例如大约15%，则通知模块104输出通知数据130来指示车辆10的操作者需要维修空气滤清器30。例如，通知数据130能够提供改变空气滤清器30的消息或者在下一维修预约改变空气滤清器30的消息。进一步，在一种示例中，基于寿命数据129，通知模块104输出通知数据130来指示空气滤清器30的寿命百分比。
现在参考图3-7，并且继续参考图1和图2，流程图图释了能够根据本发明由图1的模块22执行的控制方法。在本公开的背景下能够意识到，方法的操作次序不限于图3-7中所示的序列执行，而是可以以可应用的且根据本公开的一种或更多种变化次序被执行。
在各种实施例中，方法能够被安排成基于预定事件运行，且/或能够在车辆10操作期间连续运行。
参考图3，方法开始于200。在202，方法基于空气滤清器经历的化学气体确定空气滤清器30的剩余寿命百分比（图4）。在204，如美国专利号8,626,426（其并入本文以供参考）所讨论的，方法基于空气滤清器30经历的颗粒和/或灰尘确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。在206，方法确定剩余的最大过滤器使用寿命（基于空气滤清器30中所用的材料和使用环境，空气滤清器30的使用被限于预定年数，例如大约1年至大约4年）。应该注意，虽然202、204和206在此被示为基本同时执行，但是202、204和206能够被顺序地进行。
在208，方法基于在202、204和206中确定的值确定空气滤清器30的最小剩余寿命百分比，并且将这个值设定为寿命数据129。在210，方法将空气滤清器30的剩余寿命百分比输出作为通知系统16的通知数据130。方法结束于212。
参考图4，示出了基于空气滤清器所经历的化学气体计算空气滤清器30的剩余寿命百分比的方法。方法开始于300。在302，方法基于感兴趣的第一化学气体（例如二氧化硫（SO2））确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。在304，方法基于感兴趣的第二化学气体（例如氮氧化物（NOx））计算空气滤清器30的剩余寿命百分比。在306，方法基于感兴趣的第三化学气体（例如总碳氢化合物（HC））确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。在308，方法基于感兴趣的第四化学气体（例如氨（NH3））确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。在310，方法基于感兴趣的第n个化学气体确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。方法通过使用关于图5-7在下文被描述的一个或更多个方法基于所述感兴趣的化学气体确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。应该注意，虽然302、304、306、308和310在此被示为基本同时执行，但是302、304、306、308和310能够被顺序地进行。
在312，方法基于在302、304、306、308和310中确定的值（作为单个值或值的总和）确定空气滤清器30的最小剩余寿命百分比。方法基于在图3的202处空气滤清器经历的化学气体使用这个值作为空气滤清器30的剩余寿命百分比。方法结束于314。
参考图5，在一种实施例中，示出了基于感兴趣的化学气体确定空气滤清器30的剩余寿命百分比的方法。方法开始于400。在402，方法基于压缩机数据124（图2）确定压缩机36是否正在运转。如果压缩机36正在运转，则方法前进到404，并且可选地，前进到图7的406。否则，方法循环。应该注意，压缩机数据124的使用仅仅是示例性的，并且方法能够基于其他事件（例如点火事件）运行。
在404，方法将定时器设定为时间间隔（i）的开始时间（t1）。在408，方法接收第一气体传感器数据118和第二气体传感器数据120作为输入。可选地，在410，方法确定具体感兴趣的气体的化学气体浓度是否大于预定阈值（污染数据125）。预定阈值一般地是燃料电池电堆34能够被暴露于的污染气体的最大容许浓度。因此，预定阈值是针对每种污染气体被定义的并且基于空气滤清器30、燃料电池电堆34和压缩机36的材料和构造。在一种示例中，预定阈值是大约十亿分之十（10ppb）至大约百万分之一千（1000ppm）。如果具体感兴趣的气体的化学气体浓度大于预定阈值，则方法在412将通知数据130输出到通知系统16来指示车辆10正在高度污染中运转。
否则，在414，方法使用等式（1）基于第一气体传感器数据118和第二气体传感器数据120针对感兴趣的化学气体确定空气滤清器30的瞬态效率（Einst.）或者效率数据127。在416，方法确定空气滤清器30的瞬态效率是否大于预定值，例如，大约50%至大约100%。如果空气滤清器30的瞬态效率不大于预定值，则方法在418确定空气滤清器30是否通过空气滤清器30的诊断测试。如果空气滤清器30通过诊断测试，则方法前进到422。否则，如果空气滤清器30没有通过诊断测试，则方法在420将通知数据130输出到通知系统16来指示空气滤清器30需要维修。方法结束于421。
在一种示例中，诊断测试包括确定在瞬态效率（Einst.）值中低于预定值的数量与瞬态效率（Einst.）值的总数之间的比。如果该比大于0.5，则方法前进到420。如果该比小于0.5，则方法前进到422。
如果，在416，空气滤清器30的瞬态效率大于预定值，则在422，方法接收质量空气流量传感器数据122作为输入。在424，方法读取定时器来定义时间间隔（i）的结束时间（t2）。在426，方法使用等式（2）确定在时间间隔（i）上的平均化学气体浓度（）。在428，方法使用等式（3）确定在时间间隔（i）上的来自质量空气流量传感器数据122的累积空气质量（mi）。在430，方法确定在结束时间（t2）和开始时间（t1）之间的差是否大于预定阈值时间值，例如大约25毫秒至大约10分钟。如果在结束时间（t2）和开始时间（t1）之间的差大于预定阈值时间值，则方法前进到432。否则，方法循环回到408。
在432，方法将时间间隔（i）上的累积空气质量加到存储的总空气质量上以便确定总空气质量（等式（4））。应该注意，432能够是可选的。在434，方法确定是否需要修正系数α。如果需要修正系数α，则方法前进到436。在436，方法基于等式（5）确定修正系数α并且使用等式（6）确定时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的修正累积质量（MC,i）。否则，如果不需要修正系数α，则方法在438基于下列等式确定在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的累积质量（MC,i）：
(13)
其中MC,i是以千克（kg）为单位的在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的累积质量，ρc是以千克/立方米（kg/m3）为单位的污染气体密度，ρair是空气密度，是以十亿分率（ppb）表述的平均化学气体浓度；并且mi是以千克（kg）为单位的在时间间隔（i）上的累积空气质量。通过使用上述等式（7）或等式（8）确定空气和污染气体的密度。
在440，方法使用感兴趣的化学气体的累积质量的存储值来求和在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的累积质量从而确定感兴趣的污染物的总质量（Mc）（等式（9））。在442，方法用等式（10）确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。在444，方法确定空气滤清器30的剩余寿命百分比是否大于预定剩余滤清器寿命阈值，例如大约15%。如果空气滤清器30的剩余寿命百分比大于预定剩余滤清器寿命阈值，则方法使用这个值作为基于感兴趣的化学气体的空气滤清器30的剩余寿命百分比（图4）并且在446结束。否则，在448，方法将通知数据130输出到通知系统16来指示空气滤清器30需要维修，并且方法结束于446。
参考图6，在一种实施例中，示出了基于感兴趣的化学气体确定空气滤清器30的剩余寿命百分比的方法。方法开始于500。在502，方法基于压缩机数据124（图2）确定压缩机36是否正在运转。如果压缩机36正在运转，则方法前进到504，并且可选地，前进到图7的406。否则，方法循环。
在504，方法将定时器设定为时间间隔（i）的开始时间（t1）。在508，方法接收第一气体传感器数据118作为输入。可选地，在510，方法确定具体感兴趣的气体的化学气体浓度是否大于预定阈值。预定阈值一般地是燃料电池电堆34能够被暴露于的污染气体的最大容许浓度。因此，预定阈值是针对每种污染气体被定义的并且基于空气滤清器30、燃料电池电堆34和压缩机36的材料和构造。在一种示例中，预定阈值是大约十亿分之十（10ppb）至大约百万分之一千（1000ppm）。如果具体感兴趣的气体的化学气体浓度大于预定阈值，则方法在512将通知数据130输出到通知系统16来指示车辆10正在高度污染中运转。
在514，方法接收质量空气流量传感器数据122作为输入。在516，方法读取定时器来定义时间间隔（i）的结束时间（t2）。在518，方法使用等式（2）确定在时间间隔（i）上的平均化学气体浓度（）。在520，方法使用等式（3）确定在时间间隔（i）上的来自质量空气流量传感器数据122的累积空气质量（mi）。在522，方法确定在结束时间（t2）和开始时间（t1）之间的差是否大于预定阈值时间值，例如大约25毫秒至大约10分钟。如果在结束时间（t2）和开始时间（t1）之间的差大于预定阈值时间值，则方法前进到524。否则，方法循环回到508。
在524，方法将时间间隔（i）上的累积空气质量加到存储的总空气质量上以便确定总空气质量（等式（4））。应该注意，524能够是可选的。在526，方法确定是否需要修正值111。如果需要修正值111，则方法前进到528。在528，方法从表格数据存储106检索修正值111并且使用等式（11）确定时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的修正累积质量（MC,i）。否则，如果不需要修正值111，则方法在530使用等式（13）确定在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的累积质量（MC,i）。
在532，方法使用感兴趣的化学气体的累积质量的存储值来求和在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的累积质量从而确定感兴趣的污染物的总质量（Mc）（等式（9））。在534，方法用等式（10）确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。在536，方法确定空气滤清器30的剩余寿命百分比是否大于预定剩余滤清器寿命阈值，例如大约15%。如果空气滤清器30的剩余寿命百分比大于预定剩余滤清器寿命阈值，则方法使用这个值作为基于感兴趣的化学气体的空气滤清器30的剩余寿命百分比（图4）并且在538结束。否则，在540，方法将通知数据130输出到通知系统16来指示空气滤清器30需要维修，并且方法结束于538。
参考图7，在一种实施例中，示出了用于基于感兴趣的化学气体确定空气滤清器30的剩余寿命百分比的方法。方法开始于600。在602，方法基于压缩机数据124（图2）确定压缩机36是否正在运转。如果压缩机36正在运转，则方法前进到606。否则，方法循环。
在606，方法将GPS定时器设定为GPS时间间隔的开始时间（t3）。在608，方法确定是否可从GPS系统20获得GPS数据114。如果GPS数据可获得，则方法前进到610。否则，在612，方法从GPS系统20检索对应于车辆10的最后一次驱动循环的最后一次已知GPS数据114。
在610，方法基于从GPS数据114获得的位置坐标从远程数据存储40检索空气品质数据113。如果不可从远程数据存储40获得空气品质数据113（例如由于至远程数据存储40的连接不可用），则方法能够从表格数据存储106检索空气品质数据110。可选地，在613，方法确定来自GPS数据114的交通密度和/或交通速度是否大于预定交通阈值，例如小于规定限速的大约50%的平均车辆速度，或者基于道路上的车道数量每分钟大约20至大约300辆车。如果交通密度和/或交通速度大于预定交通阈值，则在614，方法基于来自GPS数据114的交通密度和/或交通速度从表格数据存储106检索修正值111。
在616，方法将定时器设定为时间间隔（i）的开始时间（t1）。在618，方法接收质量空气流量传感器数据122作为输入。在620，方法读取定时器来定义时间间隔（i）的结束时间（t2）。在622，方法使用等式（3）确定在时间间隔（i）上的来自质量空气流量传感器数据122的累积空气质量（mi）。在624，方法确定在结束时间（t2）和开始时间（t1）之间的差是否大于预定阈值时间值，例如大约25毫秒至大约10分钟。如果在结束时间（t2）和开始时间（t1）之间的差大于预定阈值时间值，则方法前进到626。否则，方法循环回到618。
在626，方法将时间间隔（i）上的累积空气质量加到存储的总空气质量上以便确定总空气质量（等式（4））。应该注意，626能够是可选的。在628，方法基于GPS数据114确定是否需要修正值111或额外修正值111。如果需要修正值111，则方法前进到630。在630，方法从表格数据存储106检索修正值111并且使用等式（11）确定时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的修正累积质量（MC,i）。否则，如果不需要修正值111，则方法在632基于下列等式确定在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的累积质量（MC,i）：
(14)
其中MC,i是以千克（kg）为单位的在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的修正累积质量，ρc是以千克/立方米（kg/m3）为单位的污染气体密度，ρair是空气密度，Cppb是来自被监测空气品质数据113的以十亿分率（ppb）为单位表述的化学气体浓度；K是修正值111；并且mi是以千克（kg）为单位的在时间间隔（i）上的累积空气质量。通过使用上述等式（7）或等式（8）确定空气和污染气体的密度。
在634，方法使用感兴趣的化学气体的累积质量的存储值来求和在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的累积质量从而确定感兴趣的污染物的总质量（Mc）（等式（9））。在636，方法用等式（10）确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。在638，方法确定空气滤清器30的剩余寿命百分比是否大于预定剩余滤清器寿命阈值，例如大约15%。如果空气滤清器30的剩余寿命百分比小于预定剩余滤清器寿命阈值，则方法在640将通知数据130输出到通知系统16来指示空气滤清器需要维修，并且方法结束于642。
否则，方法使用空气滤清器值的剩余寿命百分比作为基于感兴趣的化学气体的空气滤清器30的剩余寿命百分比（图4）并且前进到644。在644，方法读取GPS定时器来定义GPS时间间隔的结束时间（t4）。在646，方法确定在GPS时间间隔的结束时间（t4）和开始时间（t3）之间的差是否大于预定阈值GPS时间值，例如大约一小时至大约四小时。如果在结束时间（t4）和开始时间（t3）之间的差大于预定阈值GPS时间值，则方法结束于648。否则，方法循环回到618。
参考图8，在一种实施例中，示出了用于基于感兴趣的化学气体确定空气滤清器30的剩余寿命百分比的方法。应该注意，图8的方法类似于图5的方法，但是在这种实施例中，方法在确定结束时间（t2）和开始时间（t1）之间的差是否大于预定阈值时间值之前确定感兴趣的化学气体的修正累积质量（MC,i）。因此,在这里描绘的方法仅是示例性的并且此外，图6和图7的方法也能够类似于图8的方法被修改，其中方法在确定结束时间（t2）和开始时间（t1）之间的差是否大于预定阈值时间值之前确定感兴趣的化学气体的修正累积质量（MC,i）。
继续参考图8，方法开始于700。在702，方法基于压缩机数据124（图2）确定压缩机36是否正在运转。如果压缩机36正在运转，则方法前进到704，并且可选地，前进到图7的406。否则，方法循环。应该注意，压缩机数据124的使用仅仅是示例性的，并且方法能够基于其他事件（例如点火事件）运行。
在704，方法将定时器设定为时间间隔（i）的开始时间（t1）。在708，方法接收第一气体传感器数据118和第二气体传感器数据120作为输入。可选地，在710，方法确定具体感兴趣的气体的化学气体浓度是否大于预定阈值（污染数据125）。预定阈值一般地是燃料电池电堆34能够被暴露于的污染气体的最大容许浓度。因此，预定阈值是针对每种污染气体被定义的并且基于空气滤清器30的材料和构造。在一种示例中，预定阈值是大约十亿分之十（10ppb）至大约百万分之一千（1000ppm）。如果具体感兴趣的气体的化学气体浓度大于预定阈值，则方法在712将通知数据130输出到通知系统16来指示车辆10正在高度污染中运转。
否则，在714，方法使用等式（1）基于第一气体传感器数据118和第二气体传感器数据120针对感兴趣的化学气体确定空气滤清器30的瞬态效率（Einst.）或者效率数据127。在716，方法确定空气滤清器30的瞬态效率是否大于预定值，例如，大约50%至大约100%。如果空气滤清器30的瞬态效率不大于预定值，则方法在718确定空气滤清器30是否通过空气滤清器30的诊断测试。如果空气滤清器30通过诊断测试，则方法前进到722。否则，如果空气滤清器30没有通过诊断测试，则方法在720将通知数据130输出到通知系统16来指示空气滤清器30需要维修。方法结束于721。
在一种示例中，诊断测试包括确定在瞬态效率（Einst.）值中低于预定值的数量与瞬态效率（Einst.）值的总数之间的比。如果该比大于0.5，则方法前进到720。如果该比小于0.5，则方法前进到722。
如果，在716，空气滤清器30的瞬态效率大于预定值，则在722，方法接收质量空气流量传感器数据122作为输入。在724，方法读取定时器来定义时间间隔（i）的结束时间（t2）。在726，方法使用等式（3）确定在时间间隔（i）上的来自质量空气流量传感器数据122的累积空气质量（mi）。在728，可选地，方法使用等式（2）确定在时间间隔（i）上的平均化学气体浓度（）。应该注意到，方法不需要确定平均化学气体浓度（），而是能够确定单个化学气体浓度。
在730，方法基于等式（5）确定修正系数α并且使用等式（6）确定时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的修正累积质量（MC,i）。如果不需要修正系数α，则方法确定修正系数α等于一。在732，方法确定在结束时间（t2）和开始时间（t1）之间的差是否大于预定阈值时间值，例如大约25毫秒至大约10分钟。如果在结束时间（t2）和开始时间（t1）之间的差大于预定阈值时间值，则方法前进到734。否则，方法循环回到708。
在734，可选地，方法将时间间隔（i）上的累积空气质量加到存储的总空气质量上以便确定总空气质量（等式（4））。在736，方法使用感兴趣的化学气体的累积质量的存储值来求和在时间间隔（i）上的感兴趣的化学气体的累积质量从而确定感兴趣的污染物的总质量（Mc）（等式（9））。在738，方法用等式（10）确定空气滤清器30的剩余寿命百分比。在740，方法确定空气滤清器30的剩余寿命百分比是否大于预定剩余滤清器寿命阈值，例如大约15%。如果空气滤清器30的剩余寿命百分比大于预定剩余滤清器寿命阈值，则方法使用这个值作为基于感兴趣的化学气体的空气滤清器30的剩余寿命百分比（图4）并且在742结束。否则，在744，方法将通知数据130输出到通知系统16来指示空气滤清器30需要维修，并且方法结束于742。
虽然在前述详细描述中已经提出了至少一种示例性实施例，但是应该意识到存在大量变型。还应该意识到一种或更多种示例性实施例仅是示例，并且不试图以任何方式限制本公开的范围、适用性或构造。而是，上述具体实施方式将向本领域技术人员提供实施一种或更多种示例性实施例的便捷路线图。应该理解的是，在不背离如所附权利要求及其法律等价物所阐述的范围的情况下，能够对元件的功能和设置进行各种修改。

Claims (10)

1.一种监测空气滤清器的方法，包括：
接收指示污染气体的浓度的数据；
接收指示穿过所述空气滤清器的质量流率的数据；
基于所述污染气体的所述浓度和所述质量流率使用处理器确定所述污染气体的总质量；
基于所述污染气体的所述总质量和所述空气滤清器针对所述污染气体的能力使用所述处理器计算所述空气滤清器的剩余寿命；以及
基于所述空气滤清器的计算剩余寿命将通知数据输出到通知系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其中接收指示所述污染气体的所述浓度的数据进一步包括：
基于车辆的地理位置从远程数据存储接收空气品质数据，所述空气品质数据包括所述污染气体的所述浓度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中接收指示所述污染气体的所述浓度的数据进一步包括：
从在所述空气滤清器上游的第一传感器接收传感器数据；以及
从在所述空气滤清器下游的第二传感器接收传感器数据。
4.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
基于来自所述第一传感器的所述传感器数据和来自所述第二传感器的所述传感器数据确定所述空气滤清器的瞬态效率；
基于所述瞬态效率将所述通知数据输出到所述通知系统。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
基于来自所述第一传感器的所述传感器数据和来自所述第二传感器的所述传感器数据确定所述空气滤清器的过滤效率的修正系数；以及
基于所述污染气体的所述总质量、所述空气滤清器针对所述污染气体的所述能力和所述修正系数使用所述处理器计算所述空气滤清器的所述剩余寿命。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述污染气体的所述总质量进一步包括：
基于在时间间隔期间所述污染气体的所述浓度和在所述时间间隔期间的质量流率使用所述处理器确定在所述时间间隔上的所述污染气体的累积质量；以及
求和多个时间间隔上的所述污染气体的所述累积质量以便确定所述污染气体的所述总质量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中接收指示穿过所述空气滤清器的所述质量流率的数据进一步包括：
从在所述空气滤清器下游的质量流量传感器接收空气的所述质量流率、空气温度和空气的相对湿度。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
基于所述空气的所述质量流率、所述空气的所述温度和所述空气的所述相对湿度中的至少一者从数据存储检索在所述时间间隔上的所述污染气体的所述累积质量的修正值；以及
基于所述修正值使用所述处理器确定在所述时间间隔上的所述污染气体的修正累积质量。
9.一种车辆，包括：
空气滤清器；
测量气体浓度的至少一个传感器；
被置于所述空气滤清器下游的质量流量传感器，所述质量流量传感器测量穿过所述空气滤清器的质量流率；
通知系统；和
模块，其基于所述气体的所述浓度、所述质量流率和所述空气滤清器针对该气体的能力来确定所述空气滤清器的剩余寿命，并且基于所述空气滤清器的所述剩余寿命将通知数据输出到所述通知系统。
10.一种监测车辆的空气滤清器的方法，包括：
从被设置在所述空气滤清器上游的第一传感器接收指示污染气体的第一浓度的数据；
接收指示穿过所述空气滤清器的质量流率的数据；
基于所述污染气体的所述第一浓度和所述质量流率使用处理器确定所述污染气体的总质量；以及
基于所述污染气体的所述总质量和所述空气滤清器针对所述污染气体的能力使用所述处理器计算所述空气滤清器的剩余寿命。
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