CN107305957B - 用于控制供应至车辆燃料电池的空气流的方法和系统 - Google Patents

用于控制供应至车辆燃料电池的空气流的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107305957B
CN107305957B CN201610685990.6A CN201610685990A CN107305957B CN 107305957 B CN107305957 B CN 107305957B CN 201610685990 A CN201610685990 A CN 201610685990A CN 107305957 B CN107305957 B CN 107305957B
Authority
CN
China
Prior art keywords
air flow
current
airflow
target
predetermined
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610685990.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107305957A (zh
Inventor
金大钟
金载勋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyundai Motor Co, Kia Motors Corp filed Critical Hyundai Motor Co
Publication of CN107305957A publication Critical patent/CN107305957A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107305957B publication Critical patent/CN107305957B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/72—Constructional details of fuel cells specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/003—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to auxiliary motors, e.g. for pumps, compressors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04649—Other electric variables, e.g. resistance or impedance of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/0491—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及用于控制供应至车辆燃料电池的空气流的方法和系统。该用于控制空气流的方法和系统被布置为，通过控制空气流来减低鼓风机或空气压缩机的功耗，通过防止在低流范围内更易出现的燃料电池堆干燥来增强燃料电池堆性能，并且通过降低暴露到高压的频率来提高燃料电池堆的寿命。

Description

用于控制供应至车辆燃料电池的空气流的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年4月18日提交的韩国专利申请第10-2016-0046918号的权益，其完整内容通过引用合并到本文。
技术领域
本发明涉及一种用于有效控制供应至车辆燃料电池的空气流的方法和系统。
背景技术
在燃料电池系统的工作中，空气流是影响燃料电池堆性能和系统效率的主要因素。
空气供应控制的主要目的在于，在维持最佳的燃料电池堆性能的同时，最小化空气供应。空气供应量是通过电流量以及化学计量比(其可以通过空气流控制器确定)确定的。在除了停止状态之外的其他状态下，空气流控制器可以向燃料电池供应最小的空气流，从而维持电池电压的均匀性。
最小空气流可以根据30到50A范围内的电流而供应至燃料电池，从而，可以防止燃料电池中的满溢(flooding)，并且可以获得电压的均匀性。
然而，当为了供应最小空气流而长时间维持向燃料电池供应在30到50A的范围内的电流时，超过必需空气流的空气被供应到了燃料电池，导致空气供应时间增加。
当空气供应时间增加时，燃料电池堆的内部变干，使得鼓风机消耗比必需更多的能量。
发明内容
提供了用于控制供应至车辆燃料电池的空气流的方法和系统，以提高燃料电池系统的效率和里程数，并且即使在高电流和低电流范围内也维持车辆燃料电池系统的燃料电池堆性能。
在本发明的一个方面中，一种通过空气流控制系统控制鼓风机供应至燃料电池的空气流的方法包括：确定响应于鼓风机的第一空气流所需的第一电流是否大于预定的第二电流；在第一电流小于预定的第二电流时，计算要供应至燃料电池的第一目标空气流；确定第一目标空气流是否大于能够由流量传感器测量的第二空气流；以及在第一目标空气流小于第二空气流时，将第一目标空气流设定为极低空气流，并且通过匹配于极低空气流的第三电流和第一每分钟转数(RPM)控制极低空气流。
该方法可以进一步包括：在第一电流大于预定的第二电流时，计算大于第一目标空气流的第二目标空气流；以及通过响应于第二目标空气流所需的第四电流和第二RPM而控制第二目标空气流。
该方法可以进一步包括：在第一目标空气流大于第二空气流时，确定从电池产生的第一电池充电状态(SOC)是否小于预定的第二电池SOC。
该方法可以进一步包括：在第一电池SOC小于第二电池SOC时，将第二空气流维持为固定的目标空气流；以及通过响应于固定的目标空气流所需的第五电流和第三RPM而控制固定的目标空气流。
该方法可以进一步包括：在第一电池SOC大于第二电池SOC时，计算小于第二目标空气流的第三目标空气流；以及通过响应于计算出的第三目标空气流所需的第六电流和第四RPM而控制第三目标空气流。
在本发明的一个方面中，一种空气流控制系统包括：流量传感器，其用于测量鼓风机供应至燃料电池的空气流；RPM传感器，其用于测量电机的RPM；以及控制单元，其用于根据对测量出的空气流进行的控制来计算所需的电流，并且通过匹配于计算出的电流的RPM来控制空气流，其中，控制单元包括：第一确定模块，其用于确定响应于鼓风机的第一空气流所需的第一电流是否大于预定的第二电流；第一计算模块，其用于在第一电流小于预定的第二电流时，计算要供应至燃料电池的第一目标空气流；第二确定模块，其用于确定第一目标空气流是否大于能够由流量传感器测量的第二空气流；以及第一控制模块，其用于在第一目标空气流小于第二空气流时，将第一目标空气流设定为极低空气流，并且通过响应于极低空气流所需的第三电流和第一RPM而控制极低空气流。
该控制单元可以进一步包括：第二计算模块，其用于在第一电流大于预定的第二电流时，计算大于第一目标空气流的第二目标空气流；以及第二控制模块，其用于通过响应于第二目标空气流所需的第四电流和第二RPM而控制第二目标空气流。
该控制单元可以进一步包括第三确定模块，其用于在第一目标空气流大于第二空气流时，确定从电池产生的第一电池SOC是否小于预定的第二电池SOC。
该控制单元可以进一步包括：第三控制模块，其用于在第一电池SOC小于第二电池SOC时，维持第二空气流作为固定的目标空气流；以及第四控制模块，其用于通过响应于固定的目标空气流的所需的第五电流和第三RPM控制出固定的目标空气流。
该控制单元可以进一步包括：第三计算模块，其用于在第一电池SOC大于第二电池SOC时，计算小于第二目标空气流的第三目标空气流；以及第五控制模块，其用于通过响应于计算出的第三目标空气流所需的第六电流和第四RPM而控制第三目标空气流。
在本发明的另一方面中，一种通过空气流控制系统控制空气压缩机和空气压力控制阀供应至燃料电池的空气流的方法包括：确定响应于空气压缩机的第一空气流所需的第一电流是否大于预定的第二电流并且小于预定的第三电流；在第一电流小于预定的第二电流和第三电流时，确定从电池产生的第一电池SOC是否小于预定的第二电池SOC，其中第二电流小于第三电流；在第一电池SOC小于预定的第二电池SOC时，维持小于第一空气流的固定的目标空气流；以及通过匹配于小于第二电流的第一电流的第三RPM以及对空气压力控制阀的打开度的校正而控制固定的目标空气流。
该方法可以在确定第一电流是否小于预定的第三电流的步骤之前进一步包括：确定第一电流是否大于预定的第三电流；在第一电流大于预定的第三电流时，计算空气压缩机要供应至燃料电池的第一目标空气流；以及通过匹配于第一电流的第一RPM而控制空气压缩机的第一目标空气流。
该方法可以进一步包括：在第一电流大于预定的第二电流并且小于预定的第三电流时，计算空气压缩机的第二目标空气流，所述第二目标空气流大于固定的目标空气流并且小于第一目标空气流；以及在对响应于第二目标空气流所需的第二RPM的限制下，通过对空气压力控制阀的打开度的校正来控制第二目标空气流。
该方法可以进一步包括：在第一电池SOC大于预定的第二电池SOC时，计算空气压缩机的第三目标空气流，所述第三目标空气流等于固定的目标空气流；确定第三目标空气流是否小于能够由流量传感器测量的第二空气流；以及在第三目标空气流小于第二空气流时，将第三目标空气流设定为极低空气流，并且相对于响应于极低空气流所需的第四电流，通过对空气压力控制阀的打开度的校正来控制极低空气流。
在本发明的另一方面中，一种空气流控制系统包括：流量传感器，其用于测量空气压缩机和空气压力控制阀供应至燃料电池的空气流；RPM传感器，其用于测量电机的RPM；以及控制单元，其用于根据对测量出的空气流的控制而计算所需的电流，并且通过匹配于计算出的电流的RPM以及对空气压力控制阀的打开度的校正来控制空气压缩机和空气压力控制阀的空气流，其中，控制单元包括：第一确定模块，其用于确定响应于空气压缩机的第一空气流所需的第一电流是否大于预定的第二电流并且小于预定的第三电流；第二确定模块，其用于在第一电流小于预定的第二电流和第三电流时，确定从电池产生的第一电池SOC是否小于预定的第二电池SOC，其中第二电流小于第三电流；第一控制模块，其用于在第一电池SOC小于预定的第二电池SOC时，维持空气压缩机的固定的目标空气流，所述固定的目标空气流小于第一空气流；以及第二控制模块，其用于通过匹配于小于第二电流的第一电流的第三RPM以及对空气压力控制阀的打开度的校正来控制固定的目标空气流。
该控制单元可以进一步包括：第三确定模块，其用于确定第一电流是否大于预定的第三电流；第一计算模块，其用于在第一电流大于预定的第三电流时，计算空气压缩机要供应至燃料电池的第一目标空气流；以及第三控制模块，其用于通过匹配于第一电流的第一RPM来控制空气压缩机的第一目标空气流。
该控制单元可以进一步包括：第二计算模块，其用于在第一电流大于预定的第二电流并且小于预定的第三电流时，计算空气压缩机的第二目标空气流，所述第二目标空气流大于固定的目标空气流并且小于第一目标空气流；以及第四控制模块，其用于在响应于第二目标空气流所需的第二RPM的限制下，通过对空气压力控制阀的打开度的校正来控制第二目标空气流。
该控制单元可以进一步包括：第三计算模块，其用于在第一电池SOC大于预定的第二电池SOC时，计算空气压缩机的第三目标空气流，所述第三目标空气流等于固定的目标空气流；第四确定模块，其用于确定第三目标空气流是否小于能够由流量传感器测量的第二空气流；以及第五控制模块，其用于在第三目标空气流小于第二空气流时，将第三目标空气流设定为极低空气流，并且相对于响应于极低空气流所需的第四电流，通过对空气压力控制阀的打开度的校正来控制极低空气流。
本发明的实施方案通过在低电流范围中利用RPM映射控制来相对于空气流显著降低RPM而可以减低鼓风机的能耗，防止燃料电池堆干燥，并且维持燃料电池堆的I-V性能，从而促进系统效率的提升和燃料电池车辆的燃料经济性。
另外，本发明的实施方案通过在低电流范围中通过对空气压力控制阀的打开度的校正来相对于空气流显著降低RPM而可以减低空气压缩机的能耗，防止燃料电池堆干燥，并且维持燃料电池堆的I-V性能，从而促进系统效率的提升和燃料电池车辆的燃料经济性。
此外，本发明的实施方案通过在鼓风机或空气压缩机的低电流范围中以显著低电流维持低燃料电池电压而可以减低暴露到高压的频率，从而提高燃料电池寿命。
本发明的效果不限于上述效果，根据下面的描述，未做描述的其他效果将对本领域技术人员变得清楚。
附图说明
图1是示出了根据本发明的实施方案的示例性空气流控制方法的流程图。
图2是用于实施图1的空气流控制方法的空气流控制系统的框图。
图3是显示图1的空气流控制方法中所使用的因素(factor)的图。
图4是根据本发明的另一实施方案的示例性空气流控制系统的框图。
图5A和图5B是示出了根据本发明的另一实施方案的示例性空气流控制方法的流程图。
图6是用于实施图5A和图5B的空气流控制方法的空气流控制系统的框图。
图7是显示图5A和图5B的空气流控制方法中所使用的因素的图。
图8是根据本发明的另一实施方案的空气流控制系统的框图。
具体实施方式
应了解本文所用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语一般包括机动车辆，如客运汽车，包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆、包括多种小船和船舰的船只、飞机等，并包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他选择性的燃料车辆(例如衍生自除了石油之外的来源的燃料)。本文所指的混合动力车辆为具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动车辆。
在本文中所应用的术语仅出于描述特定的实施方案的目的，而并非旨在限制本发明。本文所用的单数形式“一”、“一个”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚作出相反表示。还应了解当在本说明书中使用时，术语“包含”和/或“包括”指所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文中所应用，术语“和/或”包括一个或更多相关联的列出的项的任何和所有组合。此外，在整个说明书中，除了明确地说明意思相反，否则词语包括“包括”以及诸如“包括”的第三人称形式或者“包括”的现在分词形式的变化形式将被理解为意指包括声明的元件，但不排除任何其他的元件。另外，说明书中所记载的术语“单元”、“器”、“部”以及“模块”指的是处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件部件或软件部件以及其组合实施。
此外，本发明的控制逻辑可以体现为在计算机可读媒介上的永久性计算机可读媒介，其包含通过处理器、控制器等来执行的可执行程序指令。该计算机可读媒介的示例包括但不限于：ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存、智能卡以及光学数据存储设备。计算机可读媒介也可以分布在网络联接的计算机系统中以使计算机可读媒介以分布式的方式来存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)。
现在将参考所附附图对本发明进行更为具体的描述。所附附图示出了本发明的示例性实施方案，并且提供了更具体的对本发明的描述。然而，本发明的范围不应仅限于此。应当理解，不存在将本发明限制为本文所公开的特定形式的意图。相反，本发明旨在涵盖落入由权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同形式以及替选形式。
本发明所述的空气流控制系统一般是燃料电池系统的一部分(用于加压)，空气流控制所必需的电流量表示燃料电池根据功率分配功能的所需电流水平，其反映驾驶员的加速量。
将具体给出用于控制空气流的方法和系统的描述。
示例性空气流控制方法
图1是示出根据本发明的实施方案的示例性空气流控制方法的流程图，图2是用于实施图1的空气流控制方法的空气流控制系统的框图，图3是显示图1的空气流控制方法中所使用的因素的图。图3将在描述图1所示的空气流控制方法时使用。
图2所示的空气流控制系统200可以包括流量传感器210，其用于测量鼓风机201供应至燃料电池202的空气流；RPM传感器220，其用于测量电机的每分钟转数(RPM)；以及控制单元230，其用于使用流量传感器210测量的空气流来调整从鼓风机201产生的空气流，并且基于响应于经调整的空气流的所需的电流和RPM来控制空气流。
控制单元230是通过流量传感器210和RPM传感器220而大体上控制从鼓风机201产生的空气流的模块，现在将描述通过控制单元230实施的空气流控制方法。
参考图1至图3，根据本发明的实施方案的空气流控制方法100可以包括步骤110至165，其用于通过空气流控制系统200(即，控制单元230)控制鼓风机201供应至燃料电池202的空气流。
在步骤110，空气流控制系统200可以计算响应于由流量传感器210测量的鼓风机201的第一空气流所需的第一电流。
随着空气流增加，用于控制空气流的RPM和所需电流一般也增加。因此，可以根据空气流与RPM以及所需电流之间的相关关系计算出所需电流。例如，当确定了第一空气流时，可以自动计算出与空气流相关的第一电流。
因此，在步骤115，空气流控制系统200可以确定第一电流(该第一电流响应于鼓风机201的第一空气流而计算出(所需))是否大于预定的第二电流A。
例如，当第一电流小于第二电流A时，在步骤120，空气流控制系统200可以计算出待从鼓风机201供应至燃料电池202的第一目标空气流。
这里，第一目标空气流可以指对应于图3中的段②和③的鼓风机201的空气流。
然而，当第一电流大于第二电流A时，在步骤125，空气流控制系统200可以计算出第二目标空气流，该第二目标空气流大于第一目标空气流，且对应于图3所示的段①。
因此，在步骤130，空气流控制系统200可以通过响应于第二目标空气流所需的第四电流和第二RPM来控制第二目标空气流。
例如，可以根据空气流与所需电流以及RPM之间的相关关系而简单地计算出第四电流和第二RPM，如图3所示，或者从RPM传感器220获取。
这里，通过第四电流和第二RPM对第二目标空气流进行的控制可以称为RPM PI控制。
RPM PI控制可以是仅使用在自动控制领域中熟知的PID(比例积分微分)控制的PI控制的方法。
在步骤120之后执行步骤135。
特别地，在步骤135，空气流控制系统200可以确定第一目标空气流是否大于可以由流量传感器210测量的第二空气流B。
对于车辆中使用的流量传感器210，其5V的输出信号根据空气流的改变而变化(对于PWM类型，输出占空比根据空气流而变化)。根据流量传感器210的规格，大约0到0.5V的范围和大约4.5到5V的范围被确定为不能正常测量空气流的范围。此时，空气流的值不可靠，从而不能执行基于目标空气流的RPM PI控制。
具体而言，用于鼓风机式空气控制的流量传感器无法测量在空气流低于大约5kg/h的范围内的空气流。低于大约5kg/h的空气流可以是对应于低于大约2500RPM的操作的数值。
因此，步骤135中所需的第二空气流可以指对应于流量传感器210可以测量的最小空气流标准的空气流。
尽管可以使用精确的流量传感器替代流量传感器210，但是由于成本高，本实施方案优选不应用这样的精确的流量传感器。
当第一目标空气流小于可以由流量传感器210测量的第二空气流时，在步骤140，空气流控制系统200可以确定第一目标空气流是极低空气流。极低空气流对应于图3的段③。
当在诸如图3的③的低电流范围中供应非常低的空气流时，燃料电池内部出现部分满溢，而且排出性能下降。然而，实验证实，在低电流范围中由部分缺乏空气导致的电池电压均匀性的下降不会影响燃料电池堆的寿命和电压性能。
在低电流范围中基于所需电流的空气供应操作不存在问题。然而，当空气流减小至极低水平时，必须将空气流控制到低于可以由流量传感器210测量的第二空气流，如上所述。对此，鼓风机的空气流可以通过所需电流与所需RPM的1:1映射来控制，而不是根据所需电流来控制。
例如，在步骤140，空气流控制系统200可以通过匹配于极低流的第一RPM与第三电流的一对一映射来控制鼓风机201的极低空气流。
这样的极低流控制可以称为“RPM映射控制”。当在步骤135中第一目标空气流大于B时，可以执行步骤145。
即，当第一目标空气流大于可以由流量传感器210测量的第二空气流时，在步骤145，空气流控制系统200可以确定从电池(未示出)产生(获取)的第一电池SOC(充电状态)是否小于预定的第二电池SOC C。
预定的第二电池SOC可以用作区分图3中的段②与段④的标准。
当第一电池SOC小于预定的第二电池SOC时，在步骤150，空气流控制系统200可以将可以由流量传感器210测量的第二空气流维持为固定的目标空气流。
例如，当相应的车辆在高压电池的SOC很低的状态下(例如，图3中的段③和/或段②、怠速)利用极低电流驱动时，电池需要再充电。这里，如果空气供应由于前述的RPM映射控制而减低，则燃料电池可能被低效地充电，而且低电池充电电流显著降低燃料电池的电压，导致电池充电不充分。
因此，当由于非常低的电池SOC而需要强制电池再充电时，在步骤150，空气流控制系统200将对应于可以由流量传感器210测量的最小空气流的第二空气流维持为固定的目标空气流，避免对应于图3的段③的RPM映射控制。
在步骤155，空气流控制系统200可以通过响应于在步骤150维持的固定的目标空气流所需的第五电流和第三RPM来控制出该固定的目标空气流。
固定的目标空气流控制对应于用于实现图3的段②的控制。
然而，当在步骤145中第一电池SOC大于第二电池SOC时，在步骤160，空气流控制系统200可以计算出第三目标空气流，该第三目标空气流大于第一目标空气流且小于第二目标空气流。
在步骤165，空气流控制系统200可以通过响应于计算出的第三目标空气流所需的第六电流和第四RPM来控制第三目标空气流。
例如，当电池SOC由于高压电池的放电模式工作而显著减低时，空气流控制系统控制小于第二目标空气流的第三目标空气流，以强制电池再充电，而不是将空气流控制为对应于图3的段③的极低空气流和对应于图3的段②的低空气流。该控制方案是前述的RPM PI控制，且对应于用于实现图3的段④的控制。
根据本实施方案，当空气流在低电流范围中下降时，在低性能区域(例如，低电流范围(图3的②)和极低电流范围(图3的③))的性能变差，在对应于40A或更高的中间或高电流范围(图3的段④和①)中，燃料电池堆性能得到增强。
因此，氢的用量可以减低，因为由于中间或高电流范围中的性能提高，所以可以由相对低的电流获得相同的功率。
例如，在UDDS(城市道路循环工况，Urban Dynamometer Driving Schedule)模式下，氢的用量(能量)可以减低大约1.7％。在UDDS模式下反复驱动时，常规方案加重干燥化，从而使本发明与常规方案之间的平均电流(氢的用量)以及能量消耗的差增加。
示例性空气流控制系统
图4是根据本发明的实施方案的示例性空气流控制系统的框图。将在描述图4所示的空气流控制系统时使用图3。
参考图4，根据本发明的实施方案的空气流控制系统300包括流量传感器310，其用于测量鼓风机301供应至燃料电池302的空气流；RPM传感器320，其用于测量电机的RPM；以及控制单元330，其用于根据对测量出的空气流的控制来计算所需电流量，并且通过匹配于计算出的电流的RPM来控制空气流。
控制单元330可以包括：第一确定模块331，其用于确定响应于鼓风机301的第一空气流以实施对应于图3的段③的RPM映射控制所需的第一电流是否大于预定的第二电流；第一计算模块332，其用于在第一电流小于预定的第二电流时，计算要供应至燃料电池302的第一目标空气流；第二确定模块333，其用于确定第一目标空气流是否大于可以由流量传感器210测量出的第二空气流；以及第一控制模块334，其用于在第一目标空气流小于第二空气流时将第一目标空气流设定为极低空气流，并且通过所设定的极低空气流所需的第三电流和第一RPM来控制极低空气流。
另外，为了实施对应于图3的段①的RPM PI控制，控制单元330可以进一步包括：第二计算模块335，其用于在第一电流大于第二电流时计算第二目标空气流，所述第二目标空气流大于第一目标空气流；以及第二控制模块336，其用于通过响应于第二目标空气流所需的第四电流和第二RPM来控制第二目标空气流。
此外，为了实施对应于图3的段②的固定的目标空气流控制，控制单元330可以进一步包括：第三确定模块337，其用于在第一目标空气流大于第二空气流时，确定从电池产生的第一电池SOC是否小于预定的第二电池SOC；第三控制模块338，其用于在第一电池SOC小于第二电池SOC时，将第二空气流维持为固定的目标空气流；以及第四控制模块339，其用于通过响应于所维持的固定的目标空气流所需的第五电流和第三RPM来控制固定的目标空气流。
另外，为了实施对应于图3的段④的RPM PI控制，控制单元330可以进一步包括：第三计算模块331A，其用于在第一电池SOC大于第二电池SOC时计算第三目标空气流，所述第三目标空气流小于第二目标空气流；以及第五控制模块331B，其用于通过响应于第三目标空气流所需的第六电流和第四RPM来控制第三目标空气流。
前述效果可以通过控制单元330实现。
另一示例性空气流控制方法
图5A和图5B是示出根据本发明的另一实施方案的示例性空气流控制方法的流程图，图6是用于实施图5A和图5B的空气流控制方法的空气流控制系统的框图，图7是显示了图5A和图5B的空气流控制方法中所使用的因素的图。将在描述图5A和图5B所示的空气流控制方法时使用图7。
图6所示的空气流控制系统400可以包括流量传感器410，其用于测量供应至燃料电池403的从空气压缩机401产生的空气流以及从空气压力控制阀402产生的空气流；RPM传感器420，其用于测量电机的RPM；以及控制单元430，其用于使用由流量传感器410测量的空气流来调整空气压缩机401和空气压力控制阀402的空气流，计算响应于经调整的空气流所需的电流量，并且通过匹配于计算出的电流的RPM以及对空气压力控制阀402的打开度的校正来控制空气压缩机401和空气压力控制阀402的空气流。
控制单元430是通过流量传感器410和RPM传感器420而大体控制从空气压缩机410和空气压力控制阀402产生的空气流的模块。
工作RPM限于应用到用于加压操作的燃料供应系统的空气压缩机401，例如箔片空气压缩机(airfoil compressor)，不同于图1至图4所描述的鼓风机的类型。
空气压缩机401装配有箔片空气轴承(airfoil bearing)。箔片空气轴承由于其特性而不能在低于特定RPM的情况下工作。因为箔片空气轴承通过将空气流转化为压力来举起轴并且执行润滑功能，所以箔片空气轴承在低于特定RPM的情况下由于浮起轴承的力不足而不能工作。当在该情况下驱动轴承时，轴承可能受到机械损坏。
因此，空气压缩机401需要在特定或更高的RPM下工作，以便向燃料电池403供应空气流，从而必须产生基本的空气流。
应用到燃料电池系统的箔片空气轴承式压缩机必须放弃低空气流操作以覆盖全部的工作区域。因此，本实施方案意图实现的低空气流控制不可能仅使用空气压缩机。
然而，加压操作系统包括前述的空气压力控制阀402，其设置为空气操作压力控制的燃料电池堆出口。这可以用于本实施方案的空气流控制。
在维持RPM的情况下，随着空气压力控制阀的打开度下降，流阻增加，从而减小空气流并增加压力。然而，空气压力控制阀402的打开度的变化导致的压力改变是不明显的，但是空气流在低空气流区域改变相对较大，减低了空气压缩机401的功耗。
因此，本实施方案可以通过对空气压力控制阀402的打开度的校正来减低RPM，从而执行低空气流控制。
此外，当需要将空气流控制为低于RPM限制下的工作中的空气流时，如同图1至图4所描述的空气流控制方法，本实施方案可以通过对空气压力控制阀402的打开度的校正来执行低空气流控制。即使在需要供应没有达到流量传感器410的正常测量范围的低空气流时，本实施方案也可以通过空气压力控制阀的打开度与空气流之间的一对一映射(其是实验确定的)来控制极低电流操作所必需的空气流，不同于图1至图4所描述的使用鼓风机类型的方法。
这些特征通过空气流控制系统400实施，例如，空气流控制系统400的控制单元430。将给出由空气流控制系统400实施的空气流控制方法的描述。
参考图5A、图5B以及图7，根据本发明的实施方案的空气流控制方法500可以包括步骤510至575，其用于通过控制单元430控制空气压缩机401和空气压力控制阀402供应至燃料电池的空气流。
在步骤510，空气流控制系统400可以计算响应于由流量传感器410测量的空气压缩机401的第一空气流所需的第一电流。
随着空气流增加，用于控制空气流的RPM和电流也增加。因此，可以通过空气流与RPM以及电流之间的相关关系计算出电流。例如，当确定了第一空气流时，可以自动计算出与其相关的第一电流。
因此，在步骤515，空气流控制系统400可以确定响应于空气压缩机401的第一空气流而计算(所需)的第一电流是否大于预定的第三电流A。
预定的第三电流可以指具有对应于图7的段①的任意量级的电流。
例如，在第一电流大于预定的第三电流时，在步骤520，空气流控制系统400可以计算空气压缩机401要供应至燃料电池403的第一目标空气流。
计算出的第一目标空气流可以指具有对应于图7的段①的任意量级的空气流。
在步骤525，空气流控制系统400可以控制空气压缩机401的第一目标空气流，空气压缩机401的第一目标空气流通过匹配于第一电流的第一RPM计算出。
通过空气流与电流以及RPM之间的相关关系(如图7的段①所示)，可以简单地计算出第一电流和第一RPM，或者通过RPM传感器420验证。
这里，通过第一电流和第一RPM对第一目标空气流进行的控制可以称为RPM PI控制。
RPM PI控制可以是仅使用在自动控制领域中所熟知的PID(比例积分微分)控制的PI控制的方法。
当第一电流小于预定的第三电流时，空气流控制系统400执行下列步骤。
在步骤530，空气流控制系统400可以确定响应于空气压缩机401的第一空气流计算出(所需)的第一电流是否大于预定的第二电流B且小于预定的第三电流A。
预定的第二电流用作区分图7中的段②与段③的标准。
例如，在第一电流大于预定的第二电流且小于预定的第三电流时，在步骤535，空气流控制系统400可以计算空气压缩机401的第二目标空气流，所述第二目标空气流小于前述的第一目标空气流。
第二目标空气流可以指具有对应于图7的段②的任意量级的空气流。
在步骤540，空气流控制系统400可以响应于计算出的第二目标空气流而通过校正空气压力控制阀402的打开度来限制由RPM传感器420测量出的第二RPM，以便防止箔片空气轴承受到机械损伤。
因此，在步骤540，空气流控制系统400可以在限制响应于计算出的第二目标空气流所需的第二RPM的范围内通过对空气压力控制阀402的打开度的校正来控制第二目标空气流。
第二目标空气流控制可以称为“空气压力控制阀PI控制”。
空气压力控制阀PI控制可以是仅使用在自动控制领域中所熟知的PID(比例积分微分)控制的PI控制的方法。
当第一电流小于预定的第二电流和第三电流时，在步骤545，空气流控制系统400可以确定电池的第一电池SOC是否小于预定的第二电池SOC C。
预定的第二电池SOC可以用作区分图7中的段③与段④的标准。
当第一电池SOC小于预定的第二电池SOC C时，在步骤550，空气流控制系统400可以通过对空气压力控制阀402的打开度的校正来设定并维持空气压缩机的固定的目标空气流，该固定的目标空气流小于第一空气流和/或第二目标空气流。
对于在极低电流范围(例如，图7的段③和/或段④、怠速)内的操作，操作方法取决于高压电池SOC。当电池SOC下降时，需要强制充电以维持电池SOC，并从而不再减低空气压力控制阀402的打开度以足量地对电池充电，使得燃料电池堆可以正常地供应电池充电电力。当电池SOC明显较低并从而需要强制电池充电时，设定并维持前述的小于第二目标空气流的固定的目标空气流。
固定的目标空气流小于对应于图7的段②的第二目标空气流，并且可以指对应于极低空气流范围的图7的段③。
在步骤555，空气流控制系统400可以通过对空气压力控制阀402的打开度的校正来限制第三RPM，所述第三RPM由RPM传感器420测量并且匹配于低于第二电流的第一电流。这可以防止箔片空气轴承受到机械损伤。
因此，在步骤555，空气流控制系统400可以通过在限制第三RPM的范围内对空气压力控制阀402的打开度的校正来控制小于第二目标空气流的固定的目标空气流。
固定的目标空气流控制可以指空气压力控制阀PI控制，如同前述的第二目标空气流控制。
当在步骤545电池的第一电池SOC不小于预定的第二电池SOC C时，可以执行下列步骤。
在步骤560，当第一电池SOC大于第二电池SOC C时，空气流控制系统400可以计算空气压缩机401的第三目标空气流，其等于固定的目标空气流。
在步骤565，空气流控制系统400可以确定计算出的第三目标空气流是否小于可以由流量传感器410测量的第二空气流D。
对于车辆中使用的流量传感器410，其5V的输出信号根据空气流的改变而变化(对于PWM类型，输出占空比根据空气流而变化)。根据流量传感器410的规格，大约0到0.5V的范围和大约4.5到5V的范围被确定为不能正常测量空气流的范围。此时，空气流的值不可靠，从而不能执行基于目标空气流的RPM PI控制。
具体而言，用于空气压缩机的空气控制的流量传感器不能测量空气流低于大约5kg/h的范围内的空气流。低于大约5kg/h的空气流可以是对应于在低于大约2500RPM下工作的数值。
因此，步骤165中所需的第二空气流D可以指对应于流量传感器410可以测量的最小空气流标准的空气流。
尽管可以使用精确的流量传感器替代流量传感器410，但是由于成本高，本实施方案优选不应用这样的精确的流量传感器。
在步骤570，当第三目标空气流小于第二空气流时，空气流控制系统400可以响应于计算出的第三目标空气流而通过校正空气压力控制阀402的打开度来限制由RPM传感器420测量出的第四RPM。这可以防止箔片空气轴承受到机械损伤。
因此，在步骤575，空气流控制系统400可以将计算出的第三目标空气流设定为极低空气流，并且在限制响应于所设定的极低空气流所需的第四RPM的范围内，通过对空气压力控制阀402的打开度的校正来控制极低空气流。第四RPM可以等于前述的第三RPM。
这样的极低空气流控制可以称为“打开度映射控制”。极低空气流控制在由于非常低的电池SOC而需要强制电池充电时非常有用。
极低空气流可以等于固定的目标空气流。
当在步骤565中第三目标空气流小于第二空气流时，可以执行步骤535。
如上所述，根据本实施方案中实施的打开度映射控制，当空气流需要被控制为低于RPM限制的操作中的空气流时，可以通过空气压力控制阀402的打开度的计算(改变)来控制低空气流供应。另外，当需要供应的空气流小于可以由流量传感器410正常测量的空气流时，通过空气压力控制阀打开度与空气流之间的一对一映射，可以平稳地向燃料电池供应极低电流操作所需的空气流。
另一示例性空气流控制系统
图8是根据本发明的实施方案的空气流控制系统的另一示例的框图。将在描述图8的空气流控制系统时参考图7。
参考图8，根据本发明的实施方案的空气流控制系统500可以包括流量传感器510，其用于测量供应至燃料电池503的从空气压缩机501产生的空气流以及从空气压力控制阀502产生的空气流；RPM传感器520，其用于测量电机的RPM；以及控制单元530，其用于使用由流量传感器510测量的空气流来调整空气压缩机501和空气压力控制阀502的空气流，计算响应于经调整的空气流所需的电流量，并且通过匹配于计算出的电流量的RPM以及对空气压力控制阀502的打开度的校正来控制空气压缩机501和空气压力控制阀502的空气流。
为了实现图7的段③，控制单元530可以包括：第一确定模块531，其用于确定响应于空气压缩机501的第一空气流所需的第一电流是否大于预定的第二电流并且小于预定的第三电流；第二确定单元532，其用于在第一电流小于第二电流和第三电流(第二电流小于第三电流)时，确定电池的第一电池SOC是否小于预定的第二电池SOC；第一控制模块533，其用于在第一SOC小于预定的第二电池SOC时维持空气压缩机的固定的目标空气流，所述固定的目标空气流小于第一空气流；以及第二控制模块534，其用于通过匹配于小于第二电流的第一电流的第三RPM以及对空气压力控制阀的打开度的校正来控制固定的目标空气流。
为了实现图7的段④，控制单元530可以包括：第三计算模块535，其用于在第一电池SOC大于预定的第二电池SOC时，计算空气压缩机的第三目标空气流，其对应于固定的目标空气流；第四确定模块536，其用于确定第三目标空气流是否小于可以通过流量传感器测量的第二空气流；以及第五控制模块537，其用于将第三目标空气流设定为极低空气流，并且相对于响应于极低空气流所需的第四电流，通过对空气压力控制阀的打开度的校正而来控制极低空气流。
为了实现图7的段①，控制单元530可以包括：第三确定模块538，其用于确定第一电流是否大于预定的第三电流；第一计算模块539，其用于在第一电流大于预定的第三电流时计算空气压缩机待供应至燃料电池的第一目标空气流；以及第三控制模块531A，其用于通过匹配于第一电流的第一RPM控制空气压缩机的第一目标空气流。
为了实现图7的段②，控制单元530可以包括：第二计算模块531B，其用于在第一电流大于预定的第二电流并且小于预定的第三电流时，计算空气压缩机的第二目标空气流，所述第二目标空气流大于固定的目标空气流并且小于第一目标空气流；以及第四控制模块531C，其用于在对响应于第二目标空气流所需的第二RPM的限制下，通过对空气压力控制阀的打开度的校正来控制第二目标空气流。
图7的段①是根据目标空气流的RPM PI控制区域，图7的段②和③是空气压力控制阀的PI控制区域(阀打开度控制区域)。在图7的段①、②和③中，可以仅使用在自动控制领域中所熟知的PID(比例积分微分)控制。
图7的段④是打开度映射控制区域，即，通过所需电流与阀打开度之间的映射而执行控制的区域。这样的打开度映射控制区域是流量传感器410不能执行测量的区域，其中的操作可以通过所需电流与阀打开度的一对一映射来执行。
具体而言，在对应于图7的段③和④的极低电流区域中，操作方法可以取决于高压电池SOC。因为在电池SOC下降时，可能需要强制电池充电以维持电池SOC，所以维持固定的目标空气流和/或极低空气流，如上所述，使得燃料电池堆可以正常供应电池充电电力而不减低用于足量电池充电的阀打开度。
本领域技术人员应当理解，本发明可以以不同于本文所述的特定方式的其他方式实施，而不偏离本发明的精神和实质特征。上述实施方案因此应当理解为在任何意义上都是示意性而非限制性的。本发明的范围应当通过所附权利要求书及其法律上的等同形式确定，而不是通过上述说明书确定，所附权利要求的字面以及等同范围内的所有改变都应包含在该范围内。

Claims (10)

1.一种通过空气流控制系统控制鼓风机供应至燃料电池的空气流的方法，包括下列步骤：
通过控制单元确定响应于鼓风机的第一空气流而供应给鼓风机的所需的第一电流是否大于预定的第二电流；
在第一电流小于或等于预定的第二电流时，通过控制单元计算要供应至燃料电池的第一目标空气流；
通过控制单元确定第一目标空气流是否大于作为能够由流量传感器测量的最小空气流的第二空气流；
在第一目标空气流小于或等于第二空气流时，通过控制单元将第一目标空气流设定为极低空气流，并且通过匹配于极低空气流的鼓风机的第三电流和第一每分钟转数控制极低空气流；
在第一电流大于预定的第二电流时，通过控制单元计算大于第一目标空气流的第二目标空气流；
通过响应于第二目标空气流所需的第四电流和第二每分钟转数而由控制单元控制第二目标空气流；
在第一目标空气流大于第二空气流时，通过控制单元确定从电池产生的第一电池充电状态是否小于预定的第二电池充电状态，从而不同地实现目标空气流的控制。
2.根据权利要求1所述的通过空气流控制系统控制鼓风机供应至燃料电池的空气流的方法，进一步包括下列步骤：
在第一电池充电状态小于第二电池充电状态时，通过控制单元将第二空气流维持为固定的目标空气流；以及
通过响应于固定的目标空气流所需的第五电流和第三每分钟转数而由控制单元控制固定的目标空气流。
3.根据权利要求1所述的通过空气流控制系统控制鼓风机供应至燃料电池的空气流的方法，进一步包括下列步骤：
在第一电池充电状态大于或等于第二电池充电状态时，通过控制单元计算小于第二目标空气流的第三目标空气流；以及
通过响应于计算出的第三目标空气流所需的第六电流和第四每分钟转数而由控制单元控制第三目标空气流。
4.一种空气流控制系统，包括：
流量传感器，其用于测量鼓风机供应至燃料电池的空气流；
每分钟转数传感器，其用于测量电机的每分钟转数；以及
控制单元，其用于根据对测量出的空气流进行的控制来计算所需的电流，并且通过匹配于计算出的电流的每分钟转数来控制空气流，
其中，控制单元包括：
第一确定模块，其用于确定响应于鼓风机的第一空气流而供应给鼓风机的所需的第一电流是否大于预定的第二电流；
第一计算模块，其用于在第一电流小于或等于预定的第二电流时，计算要供应至燃料电池的第一目标空气流；
第二确定模块，其用于确定第一目标空气流是否大于作为能够由流量传感器测量的最小空气流的第二空气流；
第一控制模块，其用于在第一目标空气流小于或等于第二空气流时，将第一目标空气流设定为极低空气流，并且通过响应于极低空气流所需的鼓风机的第三电流和第一每分钟转数而控制极低空气流；
第二计算模块，其用于在第一电流大于预定的第二电流时，计算大于第一目标空气流的第二目标空气流；
第二控制模块，其用于通过响应于第二目标空气流所需的第四电流和第二每分钟转数而控制第二目标空气流；以及
第三确定模块，其用于在第一目标空气流大于第二空气流时，确定从电池产生的第一电池充电状态是否小于预定的第二电池充电状态，从而不同地实现目标空气流的控制。
5.根据权利要求4所述的空气流控制系统，其中控制单元进一步包括：
第三控制模块，其用于在第一电池充电状态小于第二电池充电状态时，将第二空气流维持为固定的目标空气流；以及
第四控制模块，其用于通过响应于固定的目标空气流所需的第五电流和第三每分钟转数而控制固定的目标空气流。
6.根据权利要求4所述的空气流控制系统，其中控制单元进一步包括：
第三计算模块，其用于在第一电池充电状态大于或等于第二电池充电状态时，计算小于第二目标空气流的第三目标空气流；以及
第五控制模块，其用于通过响应于计算出的第三目标空气流所需的第六电流和第四每分钟转数而控制第三目标空气流。
7.一种通过空气流控制系统控制空气压缩机和空气压力控制阀供应至燃料电池的空气流的方法，包括下列步骤：
通过控制单元确定第一电流是否大于预定的第三电流；
在第一电流大于预定的第三电流时，通过控制单元计算空气压缩机要供应至燃料电池的第一目标空气流；
通过匹配于第一电流的第一每分钟转数而由控制单元控制空气压缩机的第一目标空气流；
通过控制单元确定响应于空气压缩机的第一空气流所需的第一电流是否大于预定的第二电流并且小于预定的第三电流；
在第一电流小于预定的第二电流和第三电流时，通过控制单元确定从电池产生的第一电池充电状态是否小于预定的第二电池充电状态，其中，第二电流小于第三电流；
在第一电池充电状态小于预定的第二电池充电状态时，通过控制单元维持小于第一空气流的固定的目标空气流；
通过匹配于小于第二电流的第一电流的第三每分钟转数以及对空气压力控制阀的打开度的校正，而由控制单元控制固定的目标空气流；
在第一电流大于预定的第二电流并且小于预定的第三电流时，通过控制单元计算空气压缩机的第二目标空气流，所述第二目标空气流大于固定的目标空气流并且小于第一目标空气流；
在对响应于第二目标空气流所需的第二每分钟转数的限制下，通过对空气压力控制阀的打开度的校正来由控制单元控制第二目标空气流；
在第一电池充电状态大于或等于预定的第二电池充电状态时，通过控制单元计算空气压缩机的第三目标空气流，所述第三目标空气流等于固定的目标空气流；
通过控制单元确定第三目标空气流是否小于能够由流量传感器测量的第二空气流，从而实现目标空气流的控制。
8.根据权利要求7所述的通过空气流控制系统控制空气压缩机和空气压力控制阀供应至燃料电池的空气流的方法，进一步包括下列步骤：
在第三目标空气流小于第二空气流时，通过控制单元将第三目标空气流设定为极低空气流，并且相对于响应于极低空气流所需的第四电流，通过对空气压力控制阀的打开度的校正来控制极低空气流。
9.一种空气流控制系统，包括：
流量传感器，其用于测量空气压缩机和空气压力控制阀供应至燃料电池的空气流；
每分钟转数传感器，其用于测量电机的每分钟转数；以及
控制单元，其用于根据对测量出的空气流的控制而计算所需的电流，并且通过匹配于计算出的电流的每分钟转数以及对空气压力控制阀的打开度的校正来控制空气压缩机和空气压力控制阀的空气流，
其中，控制单元包括：
第一确定模块，其用于确定响应于空气压缩机的第一空气流所需的第一电流是否大于预定的第二电流并且小于预定的第三电流；
第二确定模块，其用于在第一电流小于预定的第二电流和第三电流时，确定从电池产生的第一电池充电状态是否小于预定的第二电池充电状态，其中，第二电流小于第三电流；
第一控制模块，其用于在第一电池充电状态小于预定的第二电池充电状态时，维持空气压缩机的固定的目标空气流，所述固定的目标空气流小于第一空气流；
第二控制模块，其用于通过匹配于小于第二电流的第一电流的第三每分钟转数以及对空气压力控制阀的打开度的校正来控制固定的目标空气流；
第三确定模块，其用于确定第一电流是否大于预定的第三电流；
第一计算模块，其用于在第一电流大于预定的第三电流时，计算空气压缩机要供应至燃料电池的第一目标空气流；
第三控制模块，其用于通过匹配于第一电流的第一每分钟转数来控制空气压缩机的第一目标空气流；
第二计算模块，其用于在第一电流大于预定的第二电流并且小于预定的第三电流时，计算空气压缩机的第二目标空气流，所述第二目标空气流大于固定的目标空气流并且小于第一目标空气流；
第四控制模块，其用于在响应于第二目标空气流所需的第二每分钟转数的限制下，通过对空气压力控制阀的打开度的校正来控制第二目标空气流；
第三计算模块，其用于在第一电池充电状态大于或等于预定的第二电池充电状态时，计算空气压缩机的第三目标空气流，所述第三目标空气流等于固定的目标空气流；以及
第四确定模块，其用于确定第三目标空气流是否小于能够由流量传感器测量的第二空气流。
10.根据权利要求9所述的空气流控制系统，其中控制单元进一步包括：
第五控制模块，其用于在第三目标空气流小于第二空气流时，将第三目标空气流设定为极低空气流，并且相对于响应于极低空气流所需的第四电流，通过对空气压力控制阀的打开度的校正来控制极低空气流。
CN201610685990.6A 2016-04-18 2016-08-18 用于控制供应至车辆燃料电池的空气流的方法和系统 Active CN107305957B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2016-0046918 2016-04-18
KR1020160046918A KR101857470B1 (ko) 2016-04-18 2016-04-18 공기 유량 제어 방법 및 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107305957A CN107305957A (zh) 2017-10-31
CN107305957B true CN107305957B (zh) 2021-05-11

Family

ID=59980907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610685990.6A Active CN107305957B (zh) 2016-04-18 2016-08-18 用于控制供应至车辆燃料电池的空气流的方法和系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10479214B2 (zh)
KR (1) KR101857470B1 (zh)
CN (1) CN107305957B (zh)
DE (1) DE102016221493A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109823177B (zh) * 2017-11-22 2022-04-05 湖南中车时代电动汽车股份有限公司 一种用于电动汽车的保护装置以及方法
DE102017221370A1 (de) * 2017-11-29 2019-05-29 Ford Global Technologies, Llc Brennstoffzellen Plug-in-Hybrid Fahrzeug mit Ladegerät für eine Batterieladung aus dem Netz
JP6844515B2 (ja) * 2017-11-29 2021-03-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US10971748B2 (en) * 2017-12-08 2021-04-06 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Implementation of feedforward and feedback control in state mediator
KR102579352B1 (ko) * 2018-04-26 2023-09-18 현대자동차주식회사 연료전지의 공기 공급 제어방법 및 제어시스템
KR20230022512A (ko) 2021-08-09 2023-02-16 현대자동차주식회사 연료전지의 공기공급 제어시스템 및 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1536699A (zh) * 2003-04-08 2004-10-13 ��̫ȼ�ϵ�ؿƼ��ɷ����޹�˾ 燃料电池组的控制装置及方法
CN101341617A (zh) * 2005-12-19 2009-01-07 卡西欧计算机株式会社 供电系统及其控制方法
CN102751518A (zh) * 2011-04-20 2012-10-24 本田技研工业株式会社 燃料电池系统以其控制方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6345763A (ja) * 1986-08-12 1988-02-26 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電プラントの運転制御装置
JP3891136B2 (ja) * 2003-03-27 2007-03-14 日産自動車株式会社 車両用燃料電池システムの制御装置
US7695839B2 (en) * 2006-10-16 2010-04-13 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for improved power up-transient response in the fuel cell system
JP5120594B2 (ja) * 2006-10-20 2013-01-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
US8642222B2 (en) * 2007-01-19 2014-02-04 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell power request control strategy
JP5169056B2 (ja) * 2007-07-31 2013-03-27 日産自動車株式会社 燃料電池システム及びその運転停止方法
US8920984B2 (en) * 2008-02-19 2014-12-30 Ford Motor Company System and method for purging water from a fuel cell stack
JP5483162B2 (ja) 2009-06-24 2014-05-07 日産自動車株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
KR101282698B1 (ko) 2010-11-14 2013-07-05 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 반응가스 공급량 결정 방법
KR101272511B1 (ko) 2010-12-01 2013-06-10 현대자동차주식회사 연료전지 성능 향상을 위한 공기 공급량 제어 방법
KR101417345B1 (ko) 2012-09-19 2014-07-08 기아자동차주식회사 연료전지 시스템의 제어 방법
KR101491303B1 (ko) 2013-08-22 2015-02-06 현대자동차주식회사 연료전지 공기 공급 제어 시스템 및 방법
KR101567644B1 (ko) 2013-11-29 2015-11-09 현대자동차주식회사 연료 전지 스택 및 그 제어 방법
KR101567643B1 (ko) 2013-11-29 2015-11-10 현대자동차주식회사 연료 전지 시스템의 운전 제어 방법
JP5704772B1 (ja) 2014-02-04 2015-04-22 株式会社京三製作所 高周波電源装置およびプラズマ着火方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1536699A (zh) * 2003-04-08 2004-10-13 ��̫ȼ�ϵ�ؿƼ��ɷ����޹�˾ 燃料电池组的控制装置及方法
CN101341617A (zh) * 2005-12-19 2009-01-07 卡西欧计算机株式会社 供电系统及其控制方法
CN102751518A (zh) * 2011-04-20 2012-10-24 本田技研工业株式会社 燃料电池系统以其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016221493A1 (de) 2017-10-19
US20170297451A1 (en) 2017-10-19
CN107305957A (zh) 2017-10-31
KR101857470B1 (ko) 2018-05-14
US10479214B2 (en) 2019-11-19
KR20170119142A (ko) 2017-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107305957B (zh) 用于控制供应至车辆燃料电池的空气流的方法和系统
US9252442B2 (en) System and method for controlling fuel cell system
US11862829B2 (en) Method and circuit arrangement for setting an operating strategy for a fuel cell system
US20190184838A1 (en) Method and system for controlling vehicle during charging
CN106549432B (zh) 用于电动车辆的充电控制方法和系统
US9847537B2 (en) System and method of controlling air blower for fuel cell vehicle
CN110816287A (zh) 确定电机输出扭矩的方法、装置及车辆
US20150107814A1 (en) Method of controlling air conditioner
KR20160121432A (ko) 이차 전지의 냉각 시스템
JP5786446B2 (ja) 燃料電池システム
CN106274894B (zh) 控制混合动力车辆的运行模式的装置和方法
US10576961B2 (en) Method for controlling an energy equivalence factor for a hybrid motor vehicle
KR20210073707A (ko) 친환경 차량의 연료 전지 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법
CN104736403A (zh) 用于机动车辆的压缩空气系统
CN108146427B (zh) 计算混合电动车辆的发动机最大输出扭矩的装置及方法
US9929579B2 (en) Method and apparatus for controlling charging of low voltage battery
CN112820899B (zh) 燃料电池车辆的驱动控制系统和驱动控制方法
US20140174712A1 (en) Cooling control method and system for battery
US20160159342A1 (en) Apparatus and method for controlling transmission pattern of hybrid vehicle
JP4207424B2 (ja) 燃料電池システム
CN110341430B (zh) 驻车空调的供电控制方法及控制系统
CN110896149B (zh) 燃料电池系统
CN111284474A (zh) 车辆及控制该车辆的方法
KR20210076570A (ko) 차량 및 그 제어 방법
CN111276719A (zh) 燃料电池停止模式的控制方法和控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant