CN109428098B - 用于控制燃料电池的氢供给的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于控制燃料电池的氢供给的方法和系统。该方法包括基于所需输出来计算作为供给到燃料电池堆的氢的目标压力值的目标氢供给压力。然后基于计算出的目标氢供给压力来调节燃料供给阀FSV开度，并且基于FSV开度或传感器的实际氢供给压力测量值来确定模式。根据所确定的模式中的每个计算氢供给压力测量值，并且基于计算出的目标氢供给压力和氢供给压力测量值来校正FSV开度。

Description

用于控制燃料电池的氢供给的方法和系统
技术领域
本公开涉及一种用于控制燃料电池的氢供给的方法和系统，并且更具体地，涉及一种用于控制燃料供给阀(FSV)的开度(duty)的方法和系统，所述燃料供给阀调节供给到燃料电池堆的氢的压力。
背景技术
应用于氢燃料电池车辆的燃料电池系统包括：燃料电池堆，其被配置为通过反应气体的电化学反应产生电能；氢供给装置，其被配置为将燃料氢供给到燃料电池堆；空气供给装置，其被配置为向燃料电池堆供给包含作为电化学反应所需的氧化剂的氧的空气；以及热和水管理系统，其被配置为将作为燃料电池堆的电化学反应的副产物的热排放到燃料电池堆外部以最佳地调节燃料电池堆的操作温度并且执行水管理功能。
关于用于将燃料氢供给到燃料电池堆的氢供给装置，该装置被配置为控制布置在氢供给管线上的燃料供给阀(FSV)的开度，以响应于基于驾驶员输入的输出供给氢，并且因此将氢供给到燃料电池堆。具体地，在氢罐中高压储存的氢主要通过排出压力控制阀(HPR)减压，并且将中压氢供给到FSV的前端。FSV以开/关控制(例如，脉宽调制(PWM)控制)方式将中压氢供给到电池堆。
在控制上述FSV时，可以设置两个传感器来实际测量氢供给管线的氢供给压力。通常，使用已由两个传感器测量的氢供给压力的平均值来计算氢供给压力测量值。然而，当两个传感器中的一个传感器存在误差诸如偏移、水分流入、测量停止等时，或者当传感器虽然未短路或断开但感测到不正确的值时，氢供给压力测量值可发生误差。相应地，氢供给量的校正值可因此是错误的，从而导致错误地校正FSV开度或过度振荡控制值。因此，供给到燃料电池堆的氢可以为高加压的或低加压的，从而导致燃料供给中断的状况。
在本部分中公开的上述信息仅仅是为了加强对本公开的背景技术的理解，并且不应认为承认该信息形成对本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本公开提供了一种用于控制燃料电池的氢供给的方法，由此根据供给到燃料电池堆的氢的压力的控制模式来区分氢供给压力测量值的计算，以改善氢供给压力测量值的可靠性。
根据本公开的方面，根据本公开的用于控制燃料电池的氢供给的方法可以包括：基于所需输出来计算作为供给到燃料电池堆的氢的目标压力值的目标氢供给压力；基于计算出的目标氢供给压力来操作燃料供给阀(FSV)开度；基于FSV开度或传感器的实际氢供给压力测量值来确定模式，并且根据所确定的模式中的每个计算氢供给压力测量值；以及基于已经计算出的目标氢供给压力和氢供给压力测量值来校正FSV开度。
计算目标氢供给压力可以包括基于燃料电池所需的输出来计算必要的氢量并且基于已经计算出的必要的氢量来计算目标氢供给压力。在FSV开度的操作中，可以使用预设映射基于目标氢供给压力来计算FSV开度，并且可以基于计算出的开度来操作FSV。在计算氢供给压力测量值时，当FSV开度在预设范围内时，可以将多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值计算为氢供给压力测量值。
在计算氢供给压力测量值时，当FSV开度等于或大于预设值时，可以通过对多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值和根据FSV开度的氢供给压力进行平均来计算氢供给压力测量值。根据FSV开度的氢供给压力可以使用预设映射来导出。另外，在计算氢供给压力测量值时，当多个传感器的实际氢供给压力测量值的误差大于预设范围时，可以选择多个传感器的一部分的实际氢供给压力测量值，并将其用于计算氢供给压力测量值。
可以选择在多个传感器的实际氢供给压力测量值当中最接近基于FSV开度的氢供给压力的实际氢供给压力测量值，并将其用于计算多个传感器的一部分的实际氢供给压力测量值。在计算氢供给压力测量值时，当FSV开度等于或大于预设值时，并且当多个传感器的实际氢供给压力测量值之间的误差大于预设范围时，可以通过对多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值、根据FSV开度的氢供给压力和目标氢供给压力进行平均来计算氢供给压力测量值。
另外，在计算氢供给压力测量值时，可以根据基于目标氢供给压力的变化量和传感器的实际氢供给压力测量值的变化量计算的氢压力变化率(FpPrsRat)来确定多个模式。氢压力变化率(FpPrsRat)可以通过以下等式来计算。
其中，ΔPtarget是目标氢供给压力的变化量，并且ΔPsns是传感器的实际氢供给压力测量值的变化量。
当氢压力变化率等于或大于第一变化率时，可以通过对多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值和根据FSV开度的氢供给压力进行平均来计算氢供给压力测量值。另外，当氢压力变化率等于或大于第二变化率时，可以通过对多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值、根据FSV开度的氢供给压力以及目标氢供给压力进行平均来计算氢供给压力测量值。
根据本公开的方面，根据本公开的用于控制燃料电池的氢供给的系统可以包括：燃料供给阀(FSV)，其设置在氢供给管线上并且被配置为调节供给到燃料电池堆的氢的供给压力，通过该氢供给管线将氢供给到燃料电池堆；多个传感器，其设置在氢供给管线上并且被配置为测量氢供给压力；以及控制器，其被配置为基于所需输出来计算作为供给到燃料电池堆的氢的目标压力值的目标氢供给压力，基于计算出的目标氢供给压力来操作燃料供给阀(FSV)开度，基于FSV开度或传感器的实际氢供给压力测量值来确定模式，根据所确定的模式中的每个计算氢供给压力测量值，并且基于已经计算出的目标氢供给压力和氢供给压力测量值来校正FSV开度。
用于控制燃料电池的氢供给的系统还可以包括存储器，该存储器被配置为根据氢供给管线的氢供给压力预先存储FSV开度的映射；并且控制器可以被配置为基于使用预先存储在存储器中的映射计算出的目标氢供给压力来操作FSV开度。本公开的用于控制燃料电池的氢供给的方法和系统具有以下效果：当在多个传感器之间发生大误差时，可以消除由错误的传感器测量的实际氢供给压力，从而允许正常的氢供给。
另外，本公开的用于控制燃料电池的氢供给的方法和系统具有以下效果：即使当在针对高氢供给压力执行控制的部分中传感器的实际测量值被振荡时，可以更稳定地维持氢供给压力的最终控制值。此外，本公开的用于调节燃料电池的氢供给的方法和系统具有以下效果：增加关于燃料电池的氢供给的故障保护的完整性，以应对传感器发生故障的情况，从而改善燃料电池车辆的可靠性。
附图说明
从以下结合附图进行的详细描述中，本公开的以上和其他方面、特征和优点将更加显而易见，其中：
图1是根据本公开的一个示例性实施例的用于控制燃料电池的氢供给的方法的流程图；以及
图2是根据本公开的一个示例性实施例的用于控制燃料电池的氢供给的系统的构造图。
具体实施方式
应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语一般而言包括机动车辆，诸如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车、各种商用车辆的客车；包含各种轮船和舰船的船只；飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从非石油资源获得的燃料)。如文本所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油提供动力的车辆和电力提供动力的车辆两者。
虽然示例性实施例被描述为使用多个单元执行示例性过程，但应当理解，示例性过程也可通过一个或多个模块执行。另外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置为存储模块，并且处理器被具体地配置为执行所述模块，以执行下面进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可被实施为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。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、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在联网的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布方式被存储和执行，例如通过远程信息处理服务器或者控制器区域网(CAN)。
本文使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，而并非旨在限制本发明。如本文所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一/一个(a)”、“一/一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时是指所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联所列项目的任何和所有组合。
除非特别说明或从上下文中显而易见，否则如本文所用，术语“大约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的两个标准差内。“大约”可以被理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文中另外清楚地指出，否则本文中提供的所有数值被术语“大约”修饰。
给出本说明书或申请中公开的本公开的示例性实施例的特定结构或功能描述仅仅是为了描述根据本公开的实施例的目的。因此，根据本公开的示例性实施例可以以各种形式来实施，并且本公开不应被解释为限于本说明书或申请中所描述的示例性实施例。
可以对根据本公开的示例性实施例作出各种改变和修改，并且因此将在附图中示出特定的示例性实施例并在本说明书或申请中描述特定的示例性实施例。然而，应当理解，根据本公开的概念的实施例不限于特定公开的实施例，而是本公开包括落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。尽管可以使用术语“序数”诸如第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应由术语来定义。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开，并且因此在不脱离根据本公开的概念的保护范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，而第二元件可以被类似地称为第一元件。
当元件被称为“连接到”或“接近”其他元件时，应当理解，该元件不仅直接连接到或接近其他元件，而且它们之间可存在另一个元件。同时，当部件被称为“直接连接到”或“直接接近”其他部件时，应当理解，它们之间没有部件。描述结构元件之间的关系的其他表述，即“在...之间”和“仅仅在...之间”或“相邻”和“直接相邻”应当类似于以上描述来解释。
除非不同地限定，否则本文所使用的包括技术术语和科学术语的所有术语具有与本公开所属领域的技术人员通常所理解的术语的含义相同的含义。应当理解，与通用字典中所定义的术语相同的术语具有与现有技术的上下文含义相同的含义。除非没有明确地限定，否则这些术语不应被理想地或过度地解释为正式的含义。
在下文中，将参考附图详细地描述本公开的示例性实施例。在附图中呈现的相似的附图标记表示相似的元件。图1是根据本公开的一个示例性实施例的用于控制燃料电池的氢供给的方法的流程图。本文在下面描述的方法可以由控制器执行。
参考图1，根据本公开的一个示例性实施例的用于控制燃料电池的氢供给的方法可以包括：基于所需输出来计算作为供给到燃料电池堆的氢的目标压力值的目标氢供给压力(S300)；基于计算出的目标氢供给压力来调节燃料供给阀(FSV)开度(S400、S500)；基于FSV开度或传感器的实际氢供给压力测量值来确定多个模式，并且根据所确定的模式中的每个计算氢供给压力测量值(S700)；以及基于已经计算出的目标氢供给压力和氢供给压力测量值来校正FSV开度(S900)。
具体地，当驾驶员执行输入以例如打开燃料电池或操纵燃料电池的操作时(S100)，控制器可以被配置为计算输入所需的输出并且计算必要的氢量(S200)。控制器可以被进一步配置为基于已经计算出的必要的氢量来计算氢供给管线的目标氢供给压力，该氢供给管线为将来自氢罐的氢供给到燃料电池堆的通道(S300)。
换句话说，计算目标氢供给压力(S300)可以包括基于燃料电池所需的输出来计算必要的氢量并且基于必要的氢量来计算目标氢供给压力(S400)。燃料供给阀开度(FSV开度)可以基于计算出的目标氢供给压力来确定(S400)。控制器可以被配置为根据确定的FSV开度调节FSV的打开(S500)。
具体地，在调节FSV开度(S400、S500)时，控制器可以被配置为基于预设映射来计算根据目标氢供给压力的FSV开度(400)，并且可以被配置为基于计算出的开度来操作燃料供给阀(S500)。换句话说，基于目标氢供给压力的FSV开度可以作为映射被预先存储在存储器中，并且控制器可以被配置为基于计算出的目标氢供给压力和预先存储在存储器中的映射来计算FSV开度。在基于所确定的FSV开度打开燃料供给阀之后，设置在氢供给管线上的传感器可以被配置为测量氢供给管线的氢供给压力(S600)。可以提供多个传感器，并且每个传感器可以被配置为测量氢供给管线的氢供给压力。
在本示例性实施例中，描述了提供两个传感器FP10和FP11的示例。氢供给压力测量值可以基于两个传感器的实际氢供给压力测量值来计算(S700)。具体地，可基于FSV开度或传感器的实际氢供给压力测量值来确定多个模式，并且可根据所确定的模式不同地计算氢供给压力测量值。
可以参考FSV开度确定多个模式。当在氢罐中以高压储存时，供给到燃料电池堆的氢可以主要减压至中等压力。燃料供给阀可以被配置为对中压氢执行开/关控制(例如，PWM控制)，并且将中压氢供给到燃料电池堆。因此，由于燃料供给阀是氢供给控制的核心因素并且直接且立即调节供给到燃料电池堆的氢的量，所以可以参考FSV开度确定氢供给控制的模式。
具体地，当FSV开度在预设范围内时，可以将处于正常模式的多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值计算为氢供给压力测量值。例如，当FSV开度在全开度的大约25％到小于大约65％的范围内时，模式可以被确定为正常模式，并且因此可以将两个传感器FP10和FP11的实际氢供给压力测量值的平均值计算为氢供给压力测量值。
另外，当FSV开度等于或大于预设值时，可以通过对处于高电流模式的多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值和根据FSV开度的氢供给压力进行平均来计算氢供给压力测量值。例如，当FSV开度等于或大于全开度的约65％时，可以通过对当氢的供给量和供给压力处于高状态时两个传感器FP10和FP11的实际氢供给压力测量值的平均值和根据当前FSV开度的氢供给压力进行平均来计算氢供给压力测量值。
根据FSV开度的氢供给压力可以基于预设在控制器的存储器中的映射来导出。换句话说，存储器可以被配置为预先存储根据FSV开度的氢供给压力的映射，并且控制器可以被配置为使用该映射导出根据FSV开度的氢供给压力。该映射可以与计算根据目标氢供给压力的FSV开度时使用的映射相同，并且根据FSV开度的氢供给压力可以与目标氢供给压力相同，但根据如稍后所述的FSV开度校正可以与目标氢供给压力不同。
高电流模式是指维持高氢供给压力的模式，并且使用根据FSV开度的更多氢供给压力来计算氢供给压力测量值，使得可以防止燃料供给阀的最终控制值过冲，并且即使在传感器的实际氢供给压力测量值振荡时也可以更稳定地维持燃料供给阀的最终控制值。另外，可以基于传感器的实际氢供给压力测量值来确定多个模式。当多个传感器的实际氢供给压力测量值的误差大于预设范围时，可以选择处于误差模式的多个传感器的一部分的实际氢供给压力测量值，并将其用于计算氢供给压力测量值。例如，当两个传感器FP10和FP11的实际氢供给压力测量值之间的误差差异(IFP10-FP11I)是两个传感器中的一个传感器(FP10或FP11)的实际氢供给压力测量值的约35％或更大时，该模式可以被确定为误差模式。
换句话说，当两个传感器的相应实际氢供给压力测量值之间的误差很大时，控制器可以被配置为确定两个传感器中的至少一个传感器发生故障。因此，通过计算从两个传感器中选择的一个传感器的实际氢供给压力测量值，可以更准确地测量实际氢供给压力。具体地，可以选择在多个传感器的实际氢供给压力测量值当中与根据FSV开度的氢供给压力的值最接近的实际氢供给压力测量值，并且将其用于计算多个传感器的一部分的实际氢供给压力测量值。可以基于预设映射来计算根据FSV开度的氢供给压力。
另外，可以基于FSV开度和传感器的实际氢供给压力测量值来确定模式。在计算氢供给压力测量值时，当FSV开度等于或超过预设值时，并且当多个传感器的实际氢供给压力测量值之间的误差超出预设范围时，可以通过对处于高电流误差模式的多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值、根据FSV开度的氢供给压力和目标氢供给压力进行平均来计算氢供给压力测量值。例如，当FSV开度等于或大于全开度的大约65％并且两个传感器FP10和FP11的实际氢供给压力测量值之间的误差差异(IFP10-FP11I)等于或大于两个传感器中的一个传感器FP10或FP11的实际氢供给压力测量值的大约10％时，该模式可以被确定为高电流误差模式。
在高电流误差模式中，可以通过对多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值、根据FSV开度的氢供给压力和目标氢供给压力进行平均来计算氢供给压力测量值。目标氢供给压力可以基于必要的氢量来计算，并且可以是用于通过预设映射来计算FSV开度的值。
在计算氢供给压力测量值时，可以根据基于目标氢供给压力的变化量和传感器的实际氢供给压力测量值的变化量计算的氢压力变化率来确定模式。换句话说，可以计算氢压力变化率以确定模式，并且可以根据所确定的模式不同地计算氢供给压力测量值。氢压力变化率(FpPrsRat)可以通过以下等式来计算。
其中，ΔPtarget是目标氢供给压力的变化量，并且ΔPsns是传感器的实际氢供给压力测量值的变化量。
关于目标氢供给压力的变化量ΔPtarget，可以使用由控制器基于所需输出从必要的氢量计算的目标氢供给压力的变化量或由控制器通过预先存储在存储器中的映射从FSV开度计算的变化量。传感器的实际氢供给压力测量值的变化量ΔPsns可以通过使用多个传感器的实际氢供给压力测量值的一部分或通过使用多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值来计算。
在计算氢供给压力测量值时，当氢压力变化率等于或大于第一变化率时，可以通过对处于高电流模式的多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值和根据FSV开度的氢供给压力进行平均来计算氢供给压力测量值。第一变化率可以被确定为例如大约0.5。
另外，在计算氢供给压力测量值时，当氢压力变化率等于或大于第二变化率时，可以通过对处于高电流误差模式的多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值、根据FSV开度的氢供给压力以及目标氢供给压力进行平均来计算氢供给压力测量值。第二变化率可以被确定为例如大约0.8。高电流模式和高电流误差模式可以如上所述，并且因此省略其描述。
控制器可以被配置为计算计算出的氢供给压力测量值与目标氢供给压力之间的差异(S800)，基于计算出的氢供给压力测量值与目标氢供给压力之间的差异来确定待校正的氢供给量，并且根据所确定的待校正的氢供给量来校正FSV开度(S900)。具体地，可以基于目标氢供给压力来调节FSV开度，这是目标氢供给压力和氢供给压力测量值之间的差被计算并且用于计算控制误差的基于误差的反馈控制的类型，控制误差继而应用于校正FSV开度。
更具体地，可以计算根据目标氢供给压力的必要的氢量与根据氢供给压力测量值的实际供给到燃料电池堆的氢量之间的差异，以确定供给到燃料电池堆的氢量的校正值。换句话说，当氢供给压力测量值大于目标氢供给压力时，FSV开度可降低。当氢供给压力测量值小于目标氢供给压力时，FSV开度可以进一步增加。另外，氢供给压力测量值与目标氢供给压力之间的较大差异确定氢供给量的校正值，并且导致更准确地校正FSV开度。
可以校正FSV开度，从而反映氢供给量的校正值，并且因此可以根据校正的开度操作燃料供给阀。换句话说，可以基于目标氢供给压力通过反映氢供给压力测量值来确定FSV开度，目标氢供给压力基于必要的氢量来计算，并且可以基于所确定的FSV开度来操作燃料供给阀。
图2是根据本公开的一个示例性实施例的用于控制燃料电池的氢供给的系统的构造图。参考图2，根据本公开的一个示例性实施例的用于控制燃料电池的氢供给的系统可以包括：燃料供给阀(FSV)20，其设置在氢供给管线30上并且被配置为调节氢供给压力，通过该氢供给管线30将氢供给到燃料电池堆10；多个传感器40，其设置在氢供给管线30上并且被配置为测量氢供给压力；以及控制器60，其被配置为基于所需输出来计算作为供给到燃料电池堆10的氢的目标压力值的目标氢供给压力，基于计算出的目标氢供给压力来调节FSV 20的开度，基于FSV 20的开度或传感器40的实际氢供给压力测量值来确定多个模式，根据所确定的模式中的每个计算氢供给压力测量值，并且基于已经计算出的目标氢供给压力和氢供给压力测量值来校正FSV 20的开度。
在图2中，实线是指气体诸如氢或氧可流动通过的管道，并且虚线是指控制信号可传输通过的电线。氢供给管线30可以是将氢从燃料罐50供给到燃料电池堆10的阳极所沿的管线。用于再循环的鼓风机、喷射器等可以设置在氢供给管线30上，但是在图中被省略。燃料供给阀20可以设置在氢供给管线30上，以通过调节FSV开度来调节供给到燃料电池堆10的氢的压力。
另外，多个传感器40可以是设置在氢供给管线30上的相同位置处的压力传感器，以测量相同位置处的压力。然而，传感器可以被配置为测量具有相同管道厚度的不同位置处的压力。
在本示例性实施例中，仅仅作为示例描述了两个传感器FP10 41和FP11 42，并且传感器的数量不限于此。这两个传感器可以被配置为将氢供给管线30的实际氢供给压力测量值发送到控制器60。用于控制燃料电池的氢供给的系统还可以包括存储器70，该存储器70被配置为预先存储FSV 20的开度和氢供给管线30的氢供给压力之间的映射；并且控制器60可以被配置为基于使用预先存储在存储器70中的映射计算出的目标氢供给压力来调节FSV 20的开度。在下文中，对用于控制燃料电池的氢供给的系统的描述与对用于控制燃料电池的氢供给的方法的描述类似，并且因此将被省略。
虽然已经参考本公开的示例性实施例描述和说明本公开，但是对本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离所附权利要求所提供的本公开的技术构思的情况下，可以对本公开作出各种改进和修改。

Claims (10)

1.一种用于控制燃料电池的氢供给的方法，包括以下步骤：
通过控制器基于所需输出来计算作为供给到燃料电池堆的氢的目标压力值的目标氢供给压力；
通过所述控制器基于计算出的目标氢供给压力来调节燃料供给阀FSV开度；
通过所述控制器基于所述FSV开度或传感器的实际氢供给压力测量值来确定多个模式，并且根据所确定的模式中的每个来计算氢供给压力测量值；以及
通过所述控制器基于所述目标氢供给压力和所述氢供给压力测量值来校正所述FSV开度，
其中当所述FSV开度等于或大于预设值时，并且当多个传感器的实际氢供给压力测量值之间的误差大于预设范围时，通过对多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值、根据所述FSV开度的氢供给压力和目标氢供给压力进行平均来计算所述氢供给压力测量值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述目标氢供给压力包括基于所述燃料电池所需的输出来计算必要的氢量并且基于所述必要的氢量来计算目标氢供给压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其中基于预设映射根据所述目标氢供给压力来计算所述FSV开度，并且基于计算出的开度来调节FSV。
4.根据权利要求1所述的方法，其中当所述FSV开度在预设范围内时，将多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值计算为所述氢供给压力测量值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述多个传感器的实际氢供给压力测量值当中，作为最接近根据所述FSV开度的氢供给压力的测量值的实际氢供给压力测量值被选择并被用于计算所述多个传感器的实际氢供给压力测量值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中根据基于所述目标氢供给压力的变化量和所述传感器的实际氢供给压力测量值的变化量计算的氢压力变化率来确定所述多个模式。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述氢压力变化率FpPrsRat通过以下等式来计算：
其中，ΔPtarget是目标氢供给压力的变化量，并且ΔPsns是传感器的实际氢供给压力测量值的变化量。
8.根据权利要求6所述的方法，其中当所述氢压力变化率等于或大于第二变化率时，通过对所述多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值、根据所述FSV开度的氢供给压力以及目标氢供给压力进行平均来计算所述氢供给压力测量值。
9.一种用于控制燃料电池的氢供给的系统，包括：
燃料供给阀FSV，其设置在氢供给管线上并且被配置为调节供给到燃料电池堆的氢的供给压力，其中氢是通过所述氢供给管线供给到所述燃料电池堆的；
多个传感器，其设置在所述氢供给管线上并且被配置为测量氢供给压力；以及
控制器，其被配置为基于所需输出来计算作为供给到所述燃料电池堆的氢的目标压力值的目标氢供给压力，基于计算出的目标氢供给压力来调节燃料供给阀FSV开度，基于所述FSV开度或所述传感器的实际氢供给压力测量值来确定多个模式，根据所确定的模式中的每个来计算氢供给压力测量值，并且基于所述目标氢供给压力和所述氢供给压力测量值来校正所述FSV开度，
其中，所述控制器还被配置为，当所述FSV开度等于或大于预设值时，并且当多个传感器的实际氢供给压力测量值之间的误差大于预设范围时，通过对多个传感器的实际氢供给压力测量值的平均值、根据所述FSV开度的氢供给压力和目标氢供给压力进行平均来计算所述氢供给压力测量值。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统包括：
存储器，其被配置为根据所述氢供给管线的氢供给压力预先存储所述FSV开度的映射，
其中所述控制器被配置为基于使用预先存储在所述存储器中的映射计算出的目标氢供给压力来调节所述FSV开度。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110010931A (zh) * 2019-03-25 2019-07-12 嘉兴德燃动力系统有限公司 一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法及系统
CN110828863B (zh) * 2019-10-31 2020-12-29 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种调整燃料电池汽车电控比例阀控制精准度的方法
CN111244507B (zh) * 2020-01-10 2020-09-18 郑州宇通客车股份有限公司 一种车载氢系统的控制方法、装置及车载氢系统
JP7380609B2 (ja) * 2021-02-03 2023-11-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN113540537B (zh) * 2021-07-13 2022-07-29 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池阳极压力变频喷射控制方法
WO2024123079A1 (ko) * 2022-12-06 2024-06-13 현대자동차주식회사 사용자 주도 설정 기반 수소 충전 방법 및 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1930721A (zh) * 2004-03-17 2007-03-14 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN101099255A (zh) * 2005-01-11 2008-01-02 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN101861671A (zh) * 2007-11-16 2010-10-13 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN101971401A (zh) * 2009-05-20 2011-02-09 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN101981337A (zh) * 2008-03-31 2011-02-23 本田技研工业株式会社 离合器控制装置及μ修正系数计算方法
CN105591132A (zh) * 2014-11-12 2016-05-18 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5321959B2 (zh) 1974-06-04 1978-07-05
JP2006040618A (ja) * 2004-07-23 2006-02-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP5321959B2 (ja) 2008-10-14 2013-10-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5705577B2 (ja) 2011-02-16 2015-04-22 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 燃料電池システム
KR101303392B1 (ko) 2011-12-21 2013-09-04 주식회사 효성 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
KR20140083823A (ko) 2012-12-26 2014-07-04 현대모비스 주식회사 연료전지 차량 시스템 및 그 제어방법
KR101646382B1 (ko) * 2014-11-21 2016-08-08 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 수소 압력센서 고장 진단 방법
KR102274110B1 (ko) * 2015-06-25 2021-07-06 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 비상 운전 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1930721A (zh) * 2004-03-17 2007-03-14 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN101099255A (zh) * 2005-01-11 2008-01-02 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN101861671A (zh) * 2007-11-16 2010-10-13 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN101981337A (zh) * 2008-03-31 2011-02-23 本田技研工业株式会社 离合器控制装置及μ修正系数计算方法
CN101971401A (zh) * 2009-05-20 2011-02-09 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN105591132A (zh) * 2014-11-12 2016-05-18 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法

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