CN109860670B - 电动汽车燃料电池氢气压力控制方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动汽车燃料电池氢气压力控制方法及电子设备，方法包括：确定燃料电池功率需求，根据燃料电池功率需求，确定相应的电堆需求电流；根据所述电堆需求电流，确定对应的电堆入口处空气路的目标空气压力、氢气路与空气路的目标压差；调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力，并控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差。本发明有效规避了燃料电池系统动态调节过程中压差不稳定的情况，可有效提升燃料电池系统的使用寿命。

Description

电动汽车燃料电池氢气压力控制方法及电子设备

技术领域

本发明涉及汽车相关技术领域，特别是一种电动汽车燃料电池氢气压力控制方法及电子设备。

背景技术

氢气燃料电池是一种将氢气和空气中的氧气进行化学反应，并输出电能的装置。由于反应生成物只有水，氢气燃料电池是一种高效无污染的发电装置。

其中氢气从高压氢瓶通过减压阀和比例阀，将高压的氢气调整到燃料电池需求的压力，并从阳极进入燃料电池电堆。空气通过过滤器、空压机和加湿器，将空气调整到适当压力和湿度，并从阴极进入燃料电池电堆。

电堆阳极入口处的氢气压力和阴极入口处的空气压力需要根据电堆的输出电流实时调整，且氢气压力需要高于空气压力，并将压差保持在一定的阈值范围内。氢气入口处的压力通过调整比例阀的开度进行调节，响应较快；空气的压力通过调整空压机的转速实现，响应较慢。由于氢气路和空气路对于响应的不一致性，在动态调节过程中氢气与空气的压差可能会超出允许的范围，影响燃料电池的寿命。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术对燃料电池氢气与空气的调节不合理的技术问题，提供一种电动汽车燃料电池氢气压力控制方法及电子设备。

本发明提供一种电动汽车燃料电池氢气压力控制方法，包括：

确定燃料电池功率需求，根据燃料电池功率需求，确定相应的电堆需求电流；

根据所述电堆需求电流，确定对应的电堆入口处空气路的目标空气压力、氢气路与空气路的目标压差；

调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力，并控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差。

由于空气路压力响应较慢，氢气路压力响应较快。本发明提出了一种氢气压力动态跟随空气路压力的控制方法，确保两者压差始终处于合理的阈值范围，有效规避了燃料电池系统动态调节过程中压差不稳定的情况，可有效提升燃料电池系统的使用寿命。

进一步的，所述控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差，具体包括：

在调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力过程中，实时采集电堆空气路入口处的空气压力作为实时空气压力；

根据所述目标压差和所述实时空气压力，确定电堆氢气路入口处的氢气待调压力；

调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力。

本实施例通过跟踪空气路入口处的实时空气压力来调整氢气路入口处的氢气压力，保证氢气路入口处的氢气压力与空气路入口处的实时空气压力实时保持目标压差。

更进一步的，所述调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力，具体包括：

实时采集电堆氢气路入口处的氢气压力作为实时氢气压力，通过比例积分微分控制器调节电堆氢气路入口的比例阀的开度信号，使得所述实时氢气压力达到所述氢气待调压力。

本实施例通过比例积分微分控制器对实时氢气压力进行调整，调整更为平滑。

进一步的，所述确定燃料电池功率需求，具体包括：

计算实时整车功率需求；

根据所述整车功率需求，计算燃料电池功率需求。

本实施例通过实时整车功率需求确定燃料电池功率需求，使得燃料电池能够满足实时整车需求。

更进一步的，所述计算实时整车功率需求，具体包括：

根据当前车速和/或油门踏板开度计算实时整车功率需求。

本实施例根据当前车速和/或油门踏板开度计算实时整车功率需求，能够获得更为准确的整车功率需求。

本发明提供一种控制电动汽车燃料电池氢气压力的电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

确定燃料电池功率需求，根据燃料电池功率需求，确定相应的电堆需求电流；

根据所述电堆需求电流，确定对应的电堆入口处空气路的目标空气压力、氢气路与空气路的目标压差；

调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力，并控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差。

本发明提出了一种氢气压力动态跟随空气路压力的控制方法，确保两者压差始终处于合理的阈值范围，有效规避了燃料电池系统动态调节过程中压差不稳定的情况，可有效提升燃料电池系统的使用寿命。

进一步的，所述控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差，具体包括：

在调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力过程中，实时采集电堆空气路入口处的空气压力作为实时空气压力；

根据所述目标压差和所述实时空气压力，确定电堆氢气路入口处的氢气待调压力；

调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力。

本实施例通过跟踪空气路入口处的实时空气压力来调整氢气路入口处的氢气压力，保证氢气路入口处的氢气压力与空气路入口处的实时空气压力实时保持目标压差。

更进一步的，所述调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力，具体包括：

实时采集电堆氢气路入口处的氢气压力作为实时氢气压力，通过比例积分微分控制器调节电堆氢气路入口的比例阀的开度信号，使得所述实时氢气压力达到所述氢气待调压力。

本实施例通过比例积分微分控制器对实时氢气压力进行调整，调整更为平滑。

进一步的，所述确定燃料电池功率需求，具体包括：

计算实时整车功率需求；

根据所述整车功率需求，计算燃料电池功率需求。

本实施例通过实时整车功率需求确定燃料电池功率需求，使得燃料电池能够满足实时整车需求。

更进一步的，所述计算实时整车功率需求，具体包括：

根据当前车速和/或油门踏板开度计算实时整车功率需求。

本实施例根据当前车速和/或油门踏板开度计算实时整车功率需求，能够获得更为准确的整车功率需求。

本发明有效规避了燃料电池系统动态调节过程中压差不稳定的情况，可有效提升燃料电池系统的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种电动汽车燃料电池氢气压力控制方法的工作流程图；

图2为本发明最佳实施例一种电动汽车燃料电池氢气压力控制方法的工作流程图；

图3为本发明提供一种控制电动汽车燃料电池氢气压力的电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示为本发明一种电动汽车燃料电池氢气压力控制方法的工作流程图，包括：

步骤S101，确定燃料电池功率需求，根据燃料电池功率需求，确定相应的电堆需求电流；

步骤S102，根据所述电堆需求电流，确定对应的电堆入口处空气路的目标空气压力、氢气路与空气路的目标压差；

步骤S103，调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力，并控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差。

具体来说，步骤S101可以根据供应商提供的燃料电池技术手册预先生成电堆功率与电堆需求电流的表格，通过查表得到不同电堆功率对应的电堆需求电流。然后步骤S102中，根据电堆的需求电流，可得到该需求电流对应的电堆入口处空气路的压力和流量参数。根据燃料电池系统试验或者仿真数据，可得到电堆入口处空气路的空压机的转速指令以及节气门的目标开度，并根据电堆目标电流信号，查表得到对应该电流下，氢气路与空气路的目标压差。然后执行步骤S103，通过控制电堆入口处空气路的空压机的转速指令以及节气门的目标开度，调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力。并通过调节电堆入口处氢气路比例阀的开度信号控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差。其中，空气路优选为电堆阴极入口处，氢气路优选为电堆阳极入口处。

由于空气路压力响应较慢，氢气路压力响应较快。本发明提出了一种氢气压力动态跟随空气路压力的控制方法，确保两者压差始终处于合理的阈值范围，有效规避了燃料电池系统动态调节过程中压差不稳定的情况，可有效提升燃料电池系统的使用寿命。

在其中一个实施例中，所述控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差，具体包括：

在调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力过程中，实时采集电堆空气路入口处的空气压力作为实时空气压力；

根据所述目标压差和所述实时空气压力，确定电堆氢气路入口处的氢气待调压力；

调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力。

本实施例通过跟踪空气路入口处的实时空气压力来调整氢气路入口处的氢气压力，保证氢气路入口处的氢气压力与空气路入口处的实时空气压力实时保持目标压差。

在其中一个实施例中，所述调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力，具体包括：

实时采集电堆氢气路入口处的氢气压力作为实时氢气压力，通过比例积分微分控制器调节电堆氢气路入口的比例阀的开度信号，使得所述实时氢气压力达到所述氢气待调压力。

本实施例通过比例积分微分(PID)控制器对实时氢气压力进行调整，调整更为平滑。

在其中一个实施例中，所述确定燃料电池功率需求，具体包括：

计算实时整车功率需求；

根据所述整车功率需求，计算燃料电池功率需求。

具体来说，计算出实时整车功率需求后，根据电池SOC、附件功率和燃料电池状态等信号，按照整车能量管理策略得到燃料电池功率需求。

本实施例通过实时整车功率需求确定燃料电池功率需求，使得燃料电池能够满足实时整车需求。

在其中一个实施例中，所述计算实时整车功率需求，具体包括：

根据当前车速和/或油门踏板开度计算实时整车功率需求。

本实施例根据当前车速和/或油门踏板开度计算实时整车功率需求，能够获得更为准确的整车功率需求。

如图2所示为本发明最佳实施例一种电动汽车燃料电池氢气压力控制方法的工作流程图，包括：

步骤S201，计算整车功率需求。根据当前车速和油门踏板开度等信号计算；

步骤S202，计算燃料电池功率需求。根据电池SOC，附件功率和燃料电池状态等信号，按照整车能量管理策略得到；

步骤S203，根据供应商提供的燃料电池技术手册，可得到不同电堆功率对应的电堆需求电流；

步骤S204，根据电堆的需求电流，可得到该需求电流对应的电堆入口处空气路的压力和流量参数。根据燃料电池系统试验或者仿真数据，可得到空压机的转速指令以及节气门的目标开度；

步骤S205，在调整空压机转速和节气门开度的动态过程中，实时采集电堆入口处的空气压力；

步骤S206，根据电堆目标电流信号，查表得到对应该电流下，氢气路与空气路的目标压差；

步骤S207，根据步骤S205的空气实际压力与步骤S206的目标压差，计算氢气入口处的目标压力；

步骤S208，实时采集氢气入口处的实际进气压力；

步骤S209，根据步骤S207的氢气目标压力与步骤S2088的氢气实际压力，通过PID调节比例阀的开度信号，使氢气入口处的实际压力达到目标压力。

由于空气路压力响应较慢，氢气路压力响应较快。本发明提出了一种氢气压力动态跟随空气路压力的控制方法，确保两者压差始终处于合理的阈值范围，有效规避了燃料电池系统动态调节过程中压差不稳定的情况，可有效提升燃料电池系统的使用寿命。

如图3所示为本发明提供一种控制电动汽车燃料电池氢气压力的电子设备的硬件结构示意图，包括：

至少一个处理器301；以及，

与所述至少一个处理器301通信连接的存储器302；其中，

所述存储器302存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

确定燃料电池功率需求，根据燃料电池功率需求，确定相应的电堆需求电流；

根据所述电堆需求电流，确定对应的电堆入口处空气路的目标空气压力、氢气路与空气路的目标压差；

调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力，并控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差。

图3中以一个处理器302为例。

电子设备优选为车载的电子控制器单元(Electronic Control Unit，ECU)。

电子设备还可以包括：输入装置303和输出装置304。

处理器301、存储器302、输入装置303及显示装置304可以通过总线或者其他方式连接，图中以通过总线连接为例。

存储器302作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的电动汽车燃料电池氢气压力控制方法对应的程序指令/模块，例如，图1、图2所示的方法流程。处理器301通过运行存储在存储器302中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的电动汽车燃料电池氢气压力控制方法。

存储器302可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电动汽车燃料电池氢气压力控制方法的使用所创建的数据等。此外，存储器302可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器302可选包括相对于处理器301远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至执行电动汽车燃料电池氢气压力控制方法的温控器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置303可接收输入的用户点击，以及产生与电动汽车燃料电池氢气压力控制方法的用户设置以及功能控制有关的信号输入。显示装置304可包括显示屏等显示设备。

在所述一个或者多个模块存储在所述存储器302中，当被所述一个或者多个处理器301运行时，执行上述任意方法实施例中的电动汽车燃料电池氢气压力控制方法。

本发明提出了一种氢气压力动态跟随空气路压力的控制方法，确保两者压差始终处于合理的阈值范围，有效规避了燃料电池系统动态调节过程中压差不稳定的情况，可有效提升燃料电池系统的使用寿命。

在其中一个实施例中，所述控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差，具体包括：

在调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力过程中，实时采集电堆空气路入口处的空气压力作为实时空气压力；

根据所述目标压差和所述实时空气压力，确定电堆氢气路入口处的氢气待调压力；

调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力。

本实施例通过跟踪空气路入口处的实时空气压力来调整氢气路入口处的氢气压力，保证氢气路入口处的氢气压力与空气路入口处的实时空气压力实时保持目标压差。

在其中一个实施例中，所述调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力，具体包括：

实时采集电堆氢气路入口处的氢气压力作为实时氢气压力，通过比例积分微分控制器调节电堆氢气路入口的比例阀的开度信号，使得所述实时氢气压力达到所述氢气待调压力。

本实施例通过比例积分微分控制器对实时氢气压力进行调整，调整更为平滑。

在其中一个实施例中，所述确定燃料电池功率需求，具体包括：

计算实时整车功率需求；

根据所述整车功率需求，计算燃料电池功率需求。

本实施例通过实时整车功率需求确定燃料电池功率需求，使得燃料电池能够满足实时整车需求。

在其中一个实施例中，所述计算实时整车功率需求，具体包括：

根据当前车速和/或油门踏板开度计算实时整车功率需求。

本实施例根据当前车速和/或油门踏板开度计算实时整车功率需求，能够获得更为准确的整车功率需求。

本发明有效规避了燃料电池系统动态调节过程中压差不稳定的情况，可有效提升燃料电池系统的使用寿命。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种电动汽车燃料电池氢气压力控制方法，其特征在于，包括：

根据当前车速和/或油门踏板开度计算实时整车功率需求；

根据所述实时整车功率需求，计算燃料电池功率需求；

根据燃料电池功率需求，

确定相应的电堆需求电流；

根据所述电堆需求电流，确定对应的电堆入口处空气路的目标空气压力、氢气路与空气路的目标压差；

调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力，并控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差。

2.根据权利要求1所述的电动汽车燃料电池氢气压力控制方法，其特征在于，所述控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差，具体包括：

在调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力过程中，实时采集电堆空气路入口处的空气压力作为实时空气压力；

根据所述目标压差和所述实时空气压力，确定电堆氢气路入口处的氢气待调压力；

调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力。

3.根据权利要求2所述的电动汽车燃料电池氢气压力控制方法，其特征在于，所述调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力，具体包括：

实时采集电堆氢气路入口处的氢气压力作为实时氢气压力，通过比例积分微分控制器调节电堆氢气路入口的比例阀的开度信号，使得所述实时氢气压力达到所述氢气待调压力。

4.一种控制电动汽车燃料电池氢气压力的电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

根据当前车速和/或油门踏板开度计算实时整车功率需求；

根据所述实时整车功率需求，计算燃料电池功率需求；

根据燃料电池功率需求，确定相应的电堆需求电流；

根据所述电堆需求电流，确定对应的电堆入口处空气路的目标空气压力、氢气路与空气路的目标压差；

调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力，并控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差。

5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述控制电堆入口处氢气路的氢气压力与空气路的空气压力的差值满足所述目标压差，具体包括：

在调整电堆入口处空气路的空气压力达到目标空气压力过程中，实时采集电堆空气路入口处的空气压力作为实时空气压力；

根据所述目标压差和所述实时空气压力，确定电堆氢气路入口处的氢气待调压力；

调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力。

6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述调整电堆氢气路入口处的氢气压力达到所述氢气待调压力，具体包括：

实时采集电堆氢气路入口处的氢气压力作为实时氢气压力，通过比例积分微分控制器调节电堆氢气路入口的比例阀的开度信号，使得所述实时氢气压力达到所述氢气待调压力。

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