CN109037739A - 用于燃料电池车辆的操作控制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了用于燃料电池车辆的操作控制装置和方法。该用于燃料电池车辆的操作控制装置包括：堆电流确定单元，其监测燃料电池堆的堆电流并确定燃料电池堆的操作状态是否处于上限电压限制部分中；电池状态确定单元，其监测高电压电池的荷电状态(SOC)并确定高电压电池的荷电状态是否在设置的参考荷电状态范围内；以及空气流量控制单元，其在燃料电池堆的操作状态处于上限电压限制部分中时，根据高电压电池的荷电状态确定空气供应系统的空气流量的补偿，并根据补偿后的空气流量向空气压缩机和气压控制阀输出控制信号。

Description

用于燃料电池车辆的操作控制装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年6月9日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0072556的权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及用于燃料电池车辆的操作控制装置和方法。
背景技术
燃料电池车辆使用限制上限电压的技术，以便防止燃料电池堆的劣化。与正常操作相比，对于上限电压限制操作，燃料电池车辆可以减少其电压增大为大于或等于参考限制电压的区域中的空气流量，由此减少在燃料电池中生成的电流。
然而，根据低电流区域中的空气流量，燃料电池具有高性能灵敏度，使得空气流量的微小变化可能导致高电压电池的充电/放电模式的变化。另外，燃料电池堆的性能改变，因此在相同的空气流量下可能表现出不同的电池充电/放电模式。
如果在燃料电池车辆的上限电压限制操作期间，未精确地控制空气流量，则可能发生高电压电池的过度放电或过度充电。如果重复这种情况，则可能会影响车辆的起动性能和制动性能。
发明内容
本公开的一方面提供一种用于燃料电池车辆的操作控制装置和方法，其能够在以低空气流量进行上限电压限制操作期间，根据荷电状态(SOC)精确地控制空气流量，从而防止高电压电池的过度放电/过度充电，并维持现有的SOC控制功能。
根据本公开的一方面，一种用于燃料电池车辆的操作控制装置包括：堆电流确定单元，基于燃料电池堆的堆电流来确定燃料电池堆的操作状态是否处于上限电压限制部分中；电池状态确定单元，监测高电压电池的荷电状态(SOC)并确定高电压电池的SOC是否在设置的参考SOC范围内；以及空气流量控制单元，在燃料电池堆的操作状态处于上限电压限制部分中时，根据高电压电池的SOC确定空气供应系统的空气流量的补偿，并根据补偿后的空气流量，控制提供给燃料电池堆的空气流量。
空气流量控制单元可以向所述空气供应系统的空气压缩机和气压控制阀输出对应于补偿空气流量的控制信号。
当高电压电池的SOC大于或等于最小所需SOC时，所述空气流量控制单元可以将所述空气压缩机的每分钟转数(RPM)设置为最小RPM，并且基于开度补偿图来控制所述气压控制阀，通过基于在燃料电池堆的正常操作部分中使用的基础开度图，减小气压控制阀的开度来获得所述开度补偿图。
当高电压电池的SOC超过最大所需SOC时，所述空气流量控制单元可以在所述开度补偿图上减小所述气压控制阀的开度，并且基于根据减少的开度更新的更新后的开度补偿图，来控制所述气压控制阀。
当所述高电压电池的SOC超过所述最大所需SOC时，所述空气流量控制单元可以重置所述高电压电池的放电能量，并累积所述高电压电池的充电能量。
当所述高电压电池的累积充电能量超过参考能量时，所述空气流量控制单元可以在所述开度补偿图上减小所述气压控制阀的开度。
当所述高电压电池的SOC小于设置的SOC并且堆电流需求小于参考电流时，所述空气流量控制单元可以在所述开度补偿图上增大所述气压控制阀的开度，并且基于根据增大的开度更新的更新后的开度补偿图，来控制所述气压控制阀。
当所述高电压电池的SOC小于设置的SOC并且堆电流需求小于参考电流时，所述空气流量控制单元可以重置所述高电压电池的充电能量，并累积所述高电压电池的放电能量。
当所述高电压电池的累积放电能量超过参考能量时，所述空气流量控制单元可以在所述开度补偿图上增大所述气压控制阀的开度。
当所述高电压电池的SOC大于或等于设定的SOC并且小于最大所需的SOC时，所述空气流量控制单元可以基于当前使用的开度补偿图，控制所述气压控制阀。
当所述高电压电池的SOC小于设置的SOC并且堆电流需求大于或等于参考电流时，所述空气流量控制单元可以基于当前使用的开度补偿图，控制所述气压控制阀。
所述空气流量控制单元可以基于所述开度补偿图，输出关于所述气压控制阀的控制信号，并且重置所述高电压电池的累积能量。
当所述高电压电池的SOC低于所述最小所需SOC时，所述空气流量控制单元可以基于所述基础开度图，控制所述气压控制阀。
根据本公开的另一方面，一种用于燃料电池车辆的操作控制方法包括：由操作控制装置基于燃料电池堆的堆电流来确定燃料电池堆的操作状态是否处于上限电压限制部分中；由所述操作控制装置监测高电压电池的荷电状态(SOC)并确定高电压电池的SOC是否在设置的参考SOC范围内；以及在燃料电池堆的操作状态处于上限电压限制部分中时，由所述操作控制装置根据高电压电池的SOC确定空气供应系统的空气流量的补偿，并根据补偿后的空气流量，控制提供给燃料电池堆的空气流量。
根据本公开的另一方面，一种非暂时性计算机可读介质，其包含由处理器执行的程序指令，包括：基于燃料电池堆的堆电流来确定燃料电池堆的操作状态是否处于上限电压限制部分中的程序指令；监测高电压电池的荷电状态(SOC)并确定高电压电池的SOC是否在设置的参考SOC范围内的程序指令；以及在燃料电池堆的操作状态处于上限电压限制部分中时，根据高电压电池的SOC确定空气供应系统的空气流量的补偿，并根据补偿后的空气流量控制提供给燃料电池堆的空气流量的程序指令。
附图说明
根据结合附图进行的以下详细描述，本公开的上述和其他目的、特征和优点将变得更加显而易见：
图1示出了根据本公开的示例性实施例的车辆系统的配置；
图2示出了根据本公开的示例性实施例的车辆的空气供应系统的配置；
图3示出了根据本公开的示例性实施例的用于燃料电池车辆的操作控制装置的配置；
图4至图6以及图7A和图7B示出了根据本公开的示例性实施例的用于燃料电池车辆的操作控制装置的操作；
图8和图9示出了根据本公开的示例性实施例的用于燃料电池车辆的操作控制方法的流程图；以及
图10示出了执行根据本公开的示例性实施例的方法的计算系统的配置。
具体实施方式
理解到，在本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他相似的术语通常包括通常的机动车辆，例如，包括运动型多用途车(SUV)的客车、公共汽车、卡车、各种商用车辆；包括各种船舶和轮船的船只；飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力汽车、氢动力车辆以及其他替代燃料的车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，汽油动力和电动动力车辆。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一(a)”，“一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。要进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。在整个说明书中，除非明确地相反地描述，否则词语“包括(comprise)”以及诸如“包含(comprises)”和/或“含有(comprising)”等变化将被理解为暗示包含陈述的元件，但不排除任何其他元件。另外，在说明书中描述的术语“单元”，“-er”、“-or”和“模块”表示用于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和其组合实现。
而且，本发明的控制逻辑可作为在计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质实施，计算机可读介质包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡以及光学数据储存装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络耦接的计算机系统中，以便通过分布的方式(例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN))储存和执行计算机可读介质。
在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。在附图中，贯穿全文，使用相同的附图标记来表示相同或等同的元件。另外，将与本公开相关联的公知技术的详细描述省去，以免使本公开的主旨不必要地模糊。
诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)等术语可以用于描述本公开的示例性实施例中的元件。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开，而相应元件的内在特征、序列或顺序等不受这些术语的限制。除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。在通常使用的字典中定义的那些术语被解释为具有与相关领域中的上下文含义相同的含义，并且不应被解释为具有理想的或过于正式的含义，除非明确定义为在本申请中具有这种含义。
图1示出根据本公开的示例性实施例的车辆系统的配置。
参考图1，根据本公开的示例性实施例的车辆系统可以包括车辆100和操作控制装置200。
车辆100可以包括燃料电池堆110、逆变器120、电动机130、直流(DC)转换器140、高电压电池150和配套辅助设备(balance of plant,BOP)160。此处，燃料电池堆110、逆变器120、DC转换器140和BOP 160可以通过总线连接。
燃料电池堆110可以作为燃料电池车辆的电源提供驱动电压，以驱动电机130。此处，燃料电池堆110可以通过重复堆叠多个单元电池并扎紧堆叠的电池而形成。
逆变器120可将从燃料电池堆110或高电压电池150供应的DC电力转换成交流(AC)电力，并将AC电力供应到电机130。因此，电机130可使用来自逆变器120的AC电力进行转动。
DC转换器140可以控制燃料电池堆110的输出电压和高电压电池150的输出电压。此处，DC转换器140可以接收来自燃料电池堆110和高电压电池150中的至少一个的输出电压，并将接收的电压转换为预定电平的DC电压，以输出转换后的DC电压。DC转换器140可以将转换的DC电压输出到逆变器120和BOP 160。
另外，DC转换器140可以将高电压电池150的输出电压转换成DC电压，并将转换的电压提供给燃料电池堆110。另外，DC转换器140可以逐步降低燃料电池堆110的输出电压并且将逐步降低的电压提供给高电压电池150。在这种情况下，高电压电池150可以用来自DC转换器140的逐步降低的电压来充电。
此处，为了防止劣化，燃料电池堆110可以通过将上限电压限制为预定电压(例如，A[V])来操作。在燃料电池堆110通过限制上限电压来操作的部分(在下文中称为“上限电压限制部分”)中，DC转换器140可以将燃料电池堆110的充电/放电能量限制为预定上限电压。将参考图4，描述根据示例性实施例的在燃料电池堆110的上限电压限制部分中堆电压的变化。
参考图4，由于燃料电池堆110在正常操作部分中由开路电压(OCV)控制，所以其电压性能如曲线413所示。
另一方面，在上限电压限制部分中，燃料电池堆110的电压性能可以被限制为限制电压(V1)(即，从曲线411到曲线421的限制电压)。当燃料电池堆110的上限电压被限制为限制电压V1时，其低于燃料电池堆110在正常操作部分中的电压性能，可能在燃料电池堆110中产生预定的堆电流I1。
在这方面，操作控制装置200可以在燃料电池堆110的上限电压限制部分中减小空气流量，以便减小因对燃料电池堆110的上限电压的限制而产生的堆电流。
BOP 160包括燃料电池堆110操作所需的部件。例如，BOP 160可以包括构成空气供应系统170的部件，例如，空气压缩机、加湿器和气压控制(APC)阀。
当在燃料电池堆110的上限电压限制部分中将燃料电池堆110的充电/放电能量限制为预定上限电压时，空气供应系统170可以控制空气流量，以便减少在燃料电池堆110中产生的电流量。
将参考图2，描述根据示例性实施例的在燃料电池堆110的上限电压限制部分中空气供应系统170的操作。
操作控制装置200可以根据燃料电池堆110的操作状态和高电压电池150的荷电状态(SOC)来控制供应到燃料电池堆110的空气流量。此处，操作控制装置200可以通过控制空气压缩机的每分钟转数(RPM)和气压控制阀的开度来控制供应到燃料电池堆110的空气流量。
根据本公开的示例性实施例的操作控制装置200可以设置在车辆的内部。在这种情况下，操作控制装置200可以与车辆的内部控制单元一体形成，或者可以作为单独装置来提供，该单独装置通过单独的连接器连接到车辆的控制单元。此处，操作控制装置200可以连接到车辆100的各个元件，以发送和接收信号。
另一方面，车辆100可以进一步包括空气供应系统170。
图2示出根据本公开的示例性实施例的车辆的空气供应系统的配置。
参考图2，空气供应系统170可以包括空气压缩机171、加湿器173和气压控制阀175。
空气压缩机171可以从DC转换器140接收驱动电压并且被驱动，以将包含氧气的空气供应到燃料电池堆110。
空气压缩机171可以利用来自DC转换器140的驱动电压来驱动电机(未示出)，以旋转鼓风机。空气压缩机171可以压缩通过鼓风机吸入的外部空气，并将压缩空气供应到加湿器173。
此处，操作控制装置200可以通过控制空气压缩机171的电机的RPM来控制空气流量。因此，空气压缩机171可以在操作控制装置200的控制下，将调节的空气量供应到加湿器173。例如，可以在燃料电池堆110的上限电压限制部分中由操作控制装置200减小空气压缩机171的电机的RPM。
加湿器173可加湿从空气压缩机171供应的空气，以将加湿的空气供应到燃料电池堆110。然后，加湿器173可通过空气出口排出剩余的空气。
气压控制阀175可以设置在加湿器173的空气出口中。气压控制阀175可以在操作控制装置200的控制下，控制从加湿器173向外部排出的空气的压力。
例如，在燃料电池堆110的上限电压限制部分中，可以在操作控制装置200的控制下，减小或增大气压控制阀175的开度。
图3示出了根据本公开的示例性实施例的用于燃料电池车辆的操作控制装置的配置。
参考图3，操作控制装置200可以包括控制单元210、接口单元220、通信单元230、存储单元240、堆电流确定单元250、电池状态确定单元260和空气流量控制单元270。此处，控制单元210可以处理在操作控制装置200的上述元件之间接收和发送的信号。
接口单元220可以包括用于接收来自用户的控制命令的输入单元以及用于输出操作控制装置200的操作状态、结果等的输出单元。
此处，输入单元可以包括按键，并且还可以包括鼠标、操纵杆、飞梭、手写笔等。另外，输入单元还可以包括显示器上的软键。
输出单元可以包括显示单元，并且还可以包括诸如扬声器等音频输出单元。当在显示单元上提供诸如触摸膜、触摸片或触摸板等触摸传感器时，显示单元可以作为触摸屏操作，并且输入单元和输出单元可以集合在一起。
此处，显示单元可以包括液晶显示器(LCD)、薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)、有机发光二极管(OLED)、柔性显示器、场发射显示器(FED)以及3D显示器中的至少一个。
通信单元230可以包括支持与车辆100的元件和设置在车辆中的控制单元的通信接口的通信模块。例如，通信模块可以接收关于车辆100的燃料电池堆110和高电压电池150的状态的信息，并且可以将用于控制上限电压的控制信号发送到DC转换器140。另外，通信模块也可以将用于控制空气流量的控制信号发送到空气供应系统170的空气压缩机171和气压控制阀175。
此处，通信模块可以包括支持车辆网络通信的模块，车辆网络通信例如为控制器区域网络(CAN)通信、本地互联网络(LIN)通信和Flex-Ray通信。
另外，通信模块可以包括用于无线互联网连接的模块或用于短距离通信的模块。
存储单元240可以存储控制装置200的操作所需的数据和/或算法。
存储单元240可以存储关于通过通信单元230接收的燃料电池堆110和高电压电池150的状态的信息。另外，存储单元240可以存储用于控制气压控制阀175的开度的开度图。此外，存储单元240可存储关于操作控制装置200控制空气供应系统170的空气流量所需的条件的信息，并存储用于确定是否满足所设置的条件的算法。此外，存储单元240可以存储用于控制空气供应系统170的空气流量的命令和/或算法。
此处，存储单元240可以包括随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)或者电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。
堆电流确定单元250可以监测关于通过通信单元230接收的燃料电池堆110的状态的信息。此处，堆电流确定单元250可以确定燃料电池堆110的状态是否处于上限电压限制部分中。在下文中，将除上限电压限制部分以外的燃料电池堆110的操作部分称为正常操作部分。
另外，堆电流确定单元250可以监测在燃料电池堆110的上限电压限制部分中燃料电池堆110的堆电流。
为了防止燃料电池堆110的劣化，当燃料电池堆110的堆电流大于或等于参考电流时，可以控制空气压缩机171的RPM和气压控制阀175的开度，以调节空气流量。
因此，堆电流确定单元250可以监测堆电流状态，并确定堆电流(或堆电流需求)是否大于或等于参考电流。堆电流确定单元250可以将确定结果发送到控制单元210。此处，仅当堆电流(或堆电流需求)大于或等于参考电流时，堆电流确定单元250可以将相应的信息发送给控制单元210。
电池状态确定单元260可以监测关于通过通信单元230接收的高电压电池150的SOC的信息。
电池状态确定单元260可以将高电压电池150的SOC与燃料电池堆110的上限电压限制部分中的参考SOC进行比较。此处，参考SOC可以包括：第一参考SOC，作为确定是否更新气压控制阀175的开度图的基础；第二参考SOC，作为确定是否降低气压控制阀175的开度的基础；以及第三参考SOC，作为确定是否增大或保持气压控制阀175的开度的基础。此处，第一参考SOC是指最小所需SOC，第二参考SOC是指最大所需SOC，第三参考SOC是指设置的SOC。
电池状态确定单元260可以将高电压电池150的SOC与第一参考SOC、第二参考SOC和/或第三参考SOC的比较结果发送到控制单元210。
另外，电池状态确定单元260可以确定高电压电池150的充电能量或放电能量。此处，电池状态确定单元260可以将高电压电池150的所确定的充电能量或放电能量与参考能量B相比较，并且将比较结果发送到控制单元210。
控制单元210可以将来自堆电流确定单元250和电池状态确定单元260的结果发送到空气流量控制单元270。因此，空气流量控制单元270可以基于由堆电流确定单元250和电池状态确定单元260确定的结果，确定空气供应系统170的空气流量，并根据确定的空气流量，输出对于空气压缩机171和气压控制阀175的控制信号。
换言之，当堆电流确定单元250确定燃料电池堆110的操作状态处于正常操作部分时，空气流量控制单元270可以输出用于控制气压控制阀175根据基础开度图进行操作的控制信号。
另一方面，当堆电流确定单元250确定燃料电池堆110的操作状态处于上限电压限制部分时，空气流量控制单元270可以输出用于控制空气压缩机171的RPM并且控制气压控制阀175根据更新了气压控制阀175的开度的更新的开度图进行操作的控制信号。
在下文中，将参考图5和图6，描述根据示例性实施例的在上限电压限制部分中控制空气压缩机171的RPM和气压控制阀175的开度的过程。
如图5所示，当燃料电池堆110的操作状态处于上限电压限制部分(0[A]-I1[A])时，空气流量控制单元270可以在空气流量控制部分(0[A]-I2[A])中将空气压缩机171的RPM从曲线511减小为曲线521。此处，空气压缩机171的最小RPM可以从M1降低到M2(其中，M2是最小固定RPM，M2<M1)。当空气压缩机171的RPM从曲线511减小到曲线521时，可以减少通过加湿器173供应到燃料电池堆110的空气流量。
空气流量控制单元270可以在燃料电池堆110的上限电压限制部分中减小空气流量，由此减少由于燃料电池堆110的上限电压的限制而产生的堆电流。
然而，不能以特定的或更低的RPM驱动翼型空气压缩机171。
因此，当仅控制空气压缩机171的RPM，不足以控制所需的空气流量时，空气流量控制单元270可以控制空气压缩机171的RPM以及气压控制阀175的开度，从而减小由于对燃料电池堆110的上限电压的限制而产生的堆电流。
空气流量控制单元270可以将空气压缩机171的RPM降低到最小的固定RPM M2。另外，如图6所示，可以将用于控制气压控制阀175的开度图从基于N1的基础开度图调整到基于N2的开度补偿图(其中，N2<N1)。因此，空气流量控制单元270可以根据开度补偿图来控制气压控制阀175的开度。
然而，当燃料电池堆110的性能根据车辆而不同时，即使以相同的空气流量进行控制，所产生的堆电流的量也可能不同。因此，难以完全解决高电压电池150的过度充电或过度放电。
因此，空气流量控制单元270可以在燃料电池堆110的上限电压限制部分中将空气压缩机171的RPM降低到最小固定RPM，并且根据高电压电池150的SOC和堆电流(或堆电流需求)对开度补偿图上的开度进行补偿。
将参考图7A和图7B描述其细节。
首先，参考图7A和图7B，当燃料电池堆110的操作状态处于上限电压限制部分715或755时，空气流量控制单元270可以将高电压电池150的SOC与第一参考SOC A1、第二参考SOC A2和第三参考SOC A3中的每一个进行比较。
此处，第一参考SOC A1、第二参考SOC A2和第三参考SOC A3可以满足A1<A3<A2。
当确定高电压电池150的SOC小于A1时，由于高电压电池150的SOC非常低，所以空气流量控制单元270可以确定需要强制充电。在这种情况下，空气流量控制单元270可以根据基于N1的基础开度图721或761来控制气压控制阀175的开度。
另一方面，当确定高电压电池150的SOC大于或等于A1时，空气流量控制单元270可以确定需要空气流量控制，并且根据空气流量控制部分711或者751中的开度补偿图731或者771，减小气压控制阀175的开度。此处，当确定高电压电池150的SOC超过A2时，空气流量控制单元270可以确定需要减小气压控制阀175的开度。
在这方面，空气流量控制单元270可以重置高电压电池150的放电能量，并累积高电压电池150的充电能量。当高电压电池150的累积充电能量超过参考能量B时，空气流量控制单元270可以减小当前使用的开度补偿图上的开度，并且根据减小的开度来更新气压控制阀175的开度补偿图。
此处，可以使用下面的等式1来计算开度补偿图上的减小的开度。
NCOMP＝NCURR-k1×(A2-D)(等式1)
在等式1中，NCOMP是减小的开度，NCURR是当前使用的开度补偿图上的开度，k1是减小的开度的补偿系数，D是SOC参考值。此处，D满足A3<D<A2。
因此，如图7A所示，空气流量控制单元270也可以在空气流量控制部分711中将基于N2的当前使用开度补偿图731更新为基于N3(其中，N3<N2)的开度补偿图733，并且根据更新后的开度补偿图733，来确定气压控制阀175的开度。
另一方面，当确定高电压电池150的SOC大于或等于A1且小于A3时，空气流量控制单元270可以确定需要在空气流量控制部分751中根据燃料电池堆110的堆电流需求增大在开度补偿图上的气压控制阀175的开度。此处，当堆电流需求小于参考电流I2时，空气流量控制单元270可以确定需要在开度补偿图上增大气压控制阀175的开度。
在这方面，空气流量控制单元270可以重置(reset)高电压电池150的充电能量，并且累积高电压电池150的放电能量。当高电压电池150的累积放电能量超过参考能量B时，空气流量控制单元270可以增大当前使用的开度补偿图上的开度，并且根据增大的开度来更新气压控制阀175的开度补偿图。
此处，可以使用下面的等式2来计算开度补偿图上的增大的开度。
NCOMP＝NCURR+k2×(D-A3)(等式2)
在等式2中，NCOMP是增大的开度，NCURR是当前使用的开度补偿图上的开度，k2是用于增大的开度的补偿系数，D是SOC参考值。此处，D满足A3<D<A2。
因此，如图7B所示，空气流量控制单元270可以在空气流量控制部分751中将基于N2的当前使用开度补偿图771更新为基于N4(其中，N4>N2)的开度补偿图773，并且根据更新后的开度补偿图773，来增大气压控制阀175的开度。
另一方面，当在高电压电池150的SOC大于或等于A3且小于A2或者高电压电池150的SOC大于或等于A1且小于A3的状态下，确定堆电流需求大于或等于参考电流I2时，空气流量控制单元270可以在上限电压限制部分715或755中根据基于N2的开度补偿图731、735、771或775，控制气压控制阀175的开度。
在根据当前使用的开度补偿图或更新的开度补偿图控制气压控制阀175的开度之后，空气流量控制单元270可以重置高电压电池150的累积充电或放电能量，并实时监测高电压电池150的堆电流状态和SOC。
另一方面，空气流量控制单元270可以在正常操作部分719或759中根据基础开度图721或761来控制气压控制阀175的开度。
下面将更详细地描述根据本公开的示例性实施例的具有上述配置的操作控制装置的一系列操作。
参考图8和图9，当在S110中开始空气供应系统170的操作时，操作控制装置200可以在S120中根据基础开度图来控制气压控制阀175的开度。
在S130中，可以确定燃料电池堆110的操作状态是否处于上限电压限制部分中。当在S130中确定燃料电池堆110的操作状态处于正常操作部分中，而不是处于上限电压限制部分中时，操作控制装置200可以根据基础开度图来控制气压控制阀175的开度。
另一方面，当在S130中确定燃料电池堆110的操作状态处于上限电压限制部分中时，操作控制装置200可以将高电压电池150的SOC与第一参考值SOC A1进行比较。此处，第一参考SOC A1可以指高电压电池150的最小所需电压。
当在S140中确定高电压电池150的SOC小于A1时，操作控制装置200可以确定需要对高电压电池150进行强制充电，并且即使燃料电池堆110的操作状态处于上限电压限制部分时，操作控制装置200可以根据基础开度图来控制气压控制阀175的开度。
另一方面，当在S140中确定高电压电池150的SOC大于或等于A1时，操作控制装置200可以将高电压电池150的SOC与第二参考SOC A2进行比较。此处，第二参考SOC A2可以指高电压电池150的最大所需电压。
当在S150中确定高电压电池150的SOC超过A2时，操作控制装置200可以在S160中重置高电压电池150的放电能量，并且在S170中累积高电压电池150的充电能量。
此处，当在S180中高电压电池150的累积充电能量超过参考能量B时，操作控制装置200可以在S190中减小当前使用的开度补偿图上的气压控制阀175的开度，并且在S200中根据减小的开度，更新气压控制阀175的开度补偿图。
然后，操作控制装置200可以在S210中根据更新后的开度补偿图来控制气压控制阀175。之后，操作控制装置200可以在S220中重置高电压电池150的累积能量，并且返回到S130并且再次执行后续步骤。
另一方面，当在S180中确定高电压电池150的充电能量小于或等于参考能量B时，操作控制装置200可以返回到S130并且再次执行后续步骤。
当在S150中确定高电压电池150的SOC小于A2时，操作控制装置200可以执行从“X”开始的以下步骤。
当高电压电池150的SOC小于A2时，操作控制装置200可以将高电压电池150的SOC与第三参考SOC A3进行比较。当在S310中确定高电压电池150的SOC小于A3并且在S320中确定燃料电池堆110的堆电流需求小于参考电流I2时，操作控制装置200可以在S330中重置高电压电池150的充电能量，并且在S340中累积高电压电池150的放电能量。
当在S350中确定高电压电池150的累积放电能量超过参考能量B时，操作控制装置200可以在S360中增大在当前使用的开度补偿图上的气压控制阀175的开度，并在S370中根据增大的开度更新气压控制阀175的开度补偿图。
然后，操作控制装置200可以在S380中根据更新后的开度补偿图来控制气压控制阀175。之后，操作控制装置200可以在S400中重置高电压电池150的累积能量，并且返回到S130并且再次执行后续步骤。
另一方面，当在S350中确定高电压电池150的放电能量小于或等于参考能量B时，操作控制装置200可以返回到S130并且再次执行后续步骤。
另一方面，当在S310中高电压电池150的SOC大于或等于A3时，或者在S320中堆电流需求大于或等于参考电流I2时，操作控制装置200可以在S390中维持当前使用的开度补偿图上的开度的同时控制气压控制阀175。
然后，操作控制装置200可以在S400中重置高电压电池150的累积能量，并且返回到S130并且再次执行后续步骤。
可以将根据本公开的示例性实施例的操作控制装置200设置为独立的硬件装置，并且可以将该装置设置为包括在其他硬件装置(例如，微处理器或通用计算机系统)中的至少一个处理器。
图10示出了执行根据本公开的示例性实施例的方法的计算系统的配置。
参考图10，计算系统1000可以包括至少一个处理器1100、总线1200、内存1300、用户接口输入装置1400、用户接口输出装置1500、存储器1600和网络接口1700，其中，这些元件通过总线1200连接。
处理器1100可以是对存储在内存1300和/或存储器1600中的命令进行处理的中央处理单元(CPU)或半导体装置。内存1300和存储器1600包括各种类型的易失性或非易失性存储器介质。例如，内存1300可以包括ROM和RAM。
因此，结合本文公开的示例性实施例描述的方法的步骤或算法可直接实施为硬件、由处理器1100执行的软件模块或其组合。软件模块可以驻留在诸如RAM、闪存、ROM、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移动盘和CD-ROM等存储介质(即，内存1300和/或存储器1600)内。示例性存储介质可耦接到处理器1100，使得处理器1100可从存储介质读取信息且将信息写入到存储介质。或者，存储介质可以与处理器1100集成。处理器1100和存储介质可以驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可以驻留在用户终端中。或者，处理器1100和存储介质可以作为分立部件驻留在用户终端中。
如上所述，用于燃料电池车辆的操作控制装置和方法可以在以低空气流量进行上限电压限制操作期间，根据SOC精确地控制空气流量，从而防止高电压电池的过度放电或过度充电，并维持现有的SOC控制功能。
在上文中，虽然已经参考示例性实施例和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，而是在不背离在以下权利要求中主张的本公开的精神和范围的情况下，可以由本公开所属领域的技术人员进行各种修改和变更。

Claims (23)

1.一种用于燃料电池车辆的操作控制装置，所述操作控制装置包括：
堆电流确定单元，基于燃料电池堆的堆电流来确定所述燃料电池堆的操作状态是否处于上限电压限制部分中；
电池状态确定单元，监测高电压电池的荷电状态并确定所述高电压电池的荷电状态是否在设置的参考荷电状态范围内；以及
空气流量控制单元，在所述燃料电池堆的操作状态处于所述上限电压限制部分中时，所述空气流量控制单元根据所述高电压电池的荷电状态确定空气供应系统的空气流量的补偿，并根据经补偿的空气流量，控制要提供给所述燃料电池堆的空气流量。
2.根据权利要求1所述的操作控制装置，其中，所述空气流量控制单元向所述空气供应系统的空气压缩机和气压控制阀输出对应于所述经补偿的空气流量的控制信号。
3.根据权利要求2所述的操作控制装置，其中，当所述高电压电池的荷电状态大于或等于最小所需荷电状态时，所述空气流量控制单元将所述空气压缩机的每分钟转数设置为最小每分钟转数，并且基于开度补偿图来控制所述气压控制阀，其中，通过将在所述燃料电池堆的正常操作部分中使用的基础开度图上的所述气压控制阀的开度减小来获得所述开度补偿图。
4.根据权利要求3所述的操作控制装置，其中，当所述高电压电池的荷电状态超过最大所需荷电状态时，所述空气流量控制单元将在所述开度补偿图上的所述气压控制阀的开度减小，并且基于根据减小的开度更新的更新后的开度补偿图，来控制所述气压控制阀。
5.根据权利要求4所述的操作控制装置，其中，当所述高电压电池的荷电状态超过所述最大所需荷电状态时，所述空气流量控制单元重置所述高电压电池的放电能量，并累积所述高电压电池的充电能量。
6.根据权利要求5所述的操作控制装置，其中，当所述高电压电池的累积充电能量超过参考能量时，所述空气流量控制单元将所述开度补偿图上的所述气压控制阀的开度减小。
7.根据权利要求3所述的操作控制装置，其中，当所述高电压电池的荷电状态小于设置的荷电状态并且堆电流需求小于参考电流时，所述空气流量控制单元将所述开度补偿图上的所述气压控制阀的开度增大，并且基于根据增大的开度更新的更新后的开度补偿图，来控制所述气压控制阀。
8.根据权利要求7所述的操作控制装置，其中，当所述高电压电池的荷电状态小于所述设置的荷电状态并且所述堆电流需求小于所述参考电流时，所述空气流量控制单元重置所述高电压电池的充电能量，并累积所述高电压电池的放电能量。
9.根据权利要求8所述的操作控制装置，其中，当所述高电压电池的累积放电能量超过参考能量时，所述空气流量控制单元将所述开度补偿图上的所述气压控制阀的开度增大。
10.根据权利要求3所述的操作控制装置，其中，当所述高电压电池的荷电状态大于或等于设置的荷电状态并且小于最大所需的荷电状态时，所述空气流量控制单元基于当前使用的开度补偿图，控制所述气压控制阀。
11.根据权利要求3所述的操作控制装置，其中，当所述高电压电池的荷电状态小于设置的荷电状态并且堆电流需求大于或等于参考电流时，所述空气流量控制单元基于当前使用的开度补偿图，控制所述气压控制阀。
12.根据权利要求3所述的操作控制装置，其中，所述空气流量控制单元基于所述开度补偿图，输出用于所述气压控制阀的控制信号，并且重置所述高电压电池的累积能量。
13.根据权利要求3所述的操作控制装置，其中，当所述高电压电池的荷电状态低于所述最小所需荷电状态时，所述空气流量控制单元基于所述基础开度图，控制所述气压控制阀。
14.一种用于燃料电池车辆的操作控制方法，所述操作控制方法包括：
由操作控制装置基于燃料电池堆的堆电流来确定所述燃料电池堆的操作状态是否处于上限电压限制部分中；
由所述操作控制装置监测高电压电池的荷电状态并确定所述高电压电池的荷电状态是否在设置的参考荷电状态范围内；并且
在所述燃料电池堆的操作状态处于所述上限电压限制部分中时，由所述操作控制装置根据所述高电压电池的荷电状态确定对空气供应系统的空气流量的补偿，并根据补偿的空气流量，控制提供给所述燃料电池堆的空气流量。
15.根据权利要求14所述的操作控制方法，其中，所述空气流量的控制包括向所述空气供应系统的空气压缩机和气压控制阀输出对应于所述补偿的空气流量的控制信号。
16.根据权利要求15所述的操作控制方法，其中，所述空气流量的控制包括：
确定所述高电压电池的荷电状态是否大于或等于最小所需荷电状态；
当所述高电压电池的荷电状态大于或等于所述最小所需荷电状态时，将所述空气压缩机的每分钟转数设置为最小每分钟转数；并且
基于开度补偿图来控制所述气压控制阀，其中，通过将所述燃料电池堆的正常操作部分中使用的基础开度图上的气压控制阀的开度减小来获得所述开度补偿图。
17.根据权利要求16所述的操作控制方法，其中，控制所述气压控制阀包括：
确定所述高电压电池的荷电状态是否超过最大所需荷电状态；
当所述高电压电池的荷电状态超过所述最大所需荷电状态时，重置所述高电压电池的放电能量，并累积所述高电压电池的充电能量；
当所述高电压电池的累积充电能量超过参考能量时，减小所述开度补偿图上的所述气压控制阀的开度；并且
基于根据减小的开度更新的更新后的开度补偿图，来控制所述气压控制阀。
18.根据权利要求16所述的操作控制方法，其中，控制所述气压控制阀包括：
确定所述高电压电池的荷电状态是否小于设置的荷电状态；
当所述高电压电池的荷电状态小于所述设置的荷电状态时，确定堆电流需求是否小于参考电流；
当所述堆电流需求小于所述参考电流时，重置所述高电压电池的充电能量，并累积所述高电压电池的放电能量；
当所述高电压电池的累积放电能量超过参考能量时，将所述开度补偿图上的所述气压控制阀的开度增大；并且
基于根据增大的开度更新的更新后的开度补偿图，来控制所述气压控制阀。
19.根据权利要求18所述的操作控制方法，其中，控制所述气压控制阀还包括：当所述堆电流需求大于或等于参考电流时，基于当前使用的开度补偿图，控制所述气压控制阀。
20.根据权利要求18所述的操作控制方法，其中，控制所述气压控制阀还包括：当所述高电压电池的荷电状态大于或等于所述设置的荷电状态并且小于最大所需的荷电状态时，基于当前使用的开度补偿图，控制所述气压控制阀。
21.根据权利要求16所述的操作控制方法，其中，所述空气流量的控制还包括在控制所述气压控制阀之后重置所述高电压电池的累积能量。
22.根据权利要求16所述的操作控制方法，其中，所述空气流量的控制还包括：当所述高电压电池的荷电状态小于最小所需荷电状态时，基于所述基础开度图控制所述气压控制阀。
23.一种非暂时性计算机可读介质，包含由处理器执行的程序指令，所述程序指令在被所述处理器执行时用于：
基于燃料电池堆的堆电流来确定所述燃料电池堆的操作状态是否处于上限电压限制部分中；
监测高电压电池的荷电状态并确定所述高电压电池的荷电状态是否在设置的参考荷电状态范围内；以及
在所述燃料电池堆的操作状态处于所述上限电压限制部分中时，根据所述高电压电池的荷电状态确定对空气供应系统的空气流量的补偿，并根据补偿的空气流量，控制提供给所述燃料电池堆的空气流量。
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