CN110299547B - 一种燃料电池系统的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃料电池系统的控制方法及装置，该方法应用于车辆控制器，包括：若检测到车辆运行于高原环境中，获取当前环境压力；根据预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成的高原环境运行策略，确定当前环境压力所对应的目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围；按照目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围控制燃料电池系统运行。基于本发明公开的方法，可以确定燃料电池系统在高原环境中空气路和氢气路的操作条件以保证最佳的输出能力，同时能确保电堆及空压机的使用安全稳定性，具有快速、离线、可靠和高效等特点。

Description

一种燃料电池系统的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池系统的控制方法及装置。

背景技术

随着化石能源的不断消耗和人们环保意识的增强，燃料电池系统技术广泛应用于汽车领域。

现阶段，燃料电池系统的运行主要受电堆和空压机性能的影响。而在车况运行于高原环境中时，相较于标准大气条件，高原大气在含氧量和压力方面均大幅下降。高原大气含氧量下降会使电堆输出电压下降，此外，为了缓解高原大气压力大幅下降的影响，车载燃料电池系统对空压机压比的需求显著提升，这就很容易导致空压机工况点超出安全工作区间。

因此，如何解决燃料电池系统在高原环境中性能下降的问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种燃料电池系统的控制方法及装置，以解决解决燃料电池系统在高原环境中性能下降的问题。技术方案如下：

一种燃料电池系统的控制方法，应用于车辆控制器，包括：

若检测到车辆运行于高原环境中，获取当前环境压力；

根据预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成的高原环境运行策略，确定所述当前环境压力所对应的目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围；

按照所述目标电堆阴极空气压力范围、所述目标电堆阳极氢气压力范围、所述目标空压机转速范围以及所述目标系统输出功率范围控制所述燃料电池系统运行。

优选的，预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成高原环境运行策略的过程，包括：

根据预设电堆阴极标准操作条件，确定所述燃料电池系统在标定环境压力中预设电流密度下的目标电堆空气计量比；

依据所述预设电流密度和所述目标电堆空气计量比，计算所述燃料电池系统的空气需求流量；

基于所述空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围；

根据所述电堆阴极空气压力范围和预设阳极压力偏置量，计算所述燃料电池系统的电堆阳极氢气压力范围；

根据所述电堆阴极空气压力范围和所述空气需求流量，计算所述燃料电池系统在所述标定环境压力下的空压机转速范围；

根据所述空压机转速范围、所述电堆阴极空气压力范围、所述预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围。

优选的，所述基于所述空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围，包括：

基于所述空气需求流量和空压机的预设工作特性曲线，确定所述空压机的最大压比，所述预设工作特性曲线用于表征空气流量与压比之间的关系；

根据所述空压机的最大压比和预设空气路流阻压损量，计算所述燃料电池系统的电堆阴极最大空气压力；

依据所述空气需求流量和预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池的电堆阴极最小空气压力；

利用所述电堆阴极最大空气压力和所述电堆阴极最小空气压力，确定所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围。

优选的，所述根据所述空压机转速范围、所述电堆阴极空气压力范围、所述预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围，包括：

根据所述空压机转速范围，计算所述燃料电池系统在所述标定环境压力下的空压机功耗范围；

基于所述电堆阴极空气压力范围和用于表征电堆空气入堆压力和电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆输出电压范围；

依据所述电堆输出电压范围、所述预设电流密度和所述空压机功耗范围，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围。

优选的，所述按照所述目标电堆阴极空气压力范围、所述目标电堆阳极氢气压力范围、所述目标空压机转速范围以及所述目标系统输出功率范围控制所述燃料电池系统运行，包括：

根据所述车辆的当前工况确定所述燃料电池系统的目标系统输出功率；

依据所述目标系统输出功率和所述目标系统输出功率范围，分别从所述目标电堆阴极空气压力范围中确定目标电堆阴极空气压力、从所述目标电堆阳极氢气压力范围中确定目标电堆阳极氢气压力以及从所述目标空压机转速范围中确定目标空压机转速；

按照所述目标电堆阴极空气压力、所述目标电堆阳极氢气压力和所述目标空压机转速，控制所述燃料电池系统运行。

一种燃料电池系统的控制装置，包括：获取模块、确定模块和控制模块，所述确定模块包含有策略生成模块；

所述获取模块，用于若检测到车辆运行于高原环境中，获取当前环境压力；

所述策略生成模块，用于预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成高原环境运行策略；

所述确定模块，用于根据预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成的高原环境运行策略，确定所述当前环境压力所对应的目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围；

所述控制模块，用于按照所述目标电堆阴极空气压力范围、所述目标电堆阳极氢气压力范围、所述目标空压机转速范围以及所述目标系统输出功率范围控制所述燃料电池系统运行。

优选的，所述策略生成模块，具体用于：

根据预设电堆阴极标准操作条件，确定所述燃料电池系统在标定环境压力中预设电流密度下的目标电堆空气计量比；依据所述预设电流密度和所述目标电堆空气计量比，计算所述燃料电池系统的空气需求流量；基于所述空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围；根据所述电堆阴极空气压力范围和预设阳极压力偏置量，计算所述燃料电池系统的电堆阳极氢气压力范围；根据所述电堆阴极空气压力范围和所述空气需求流量，计算所述燃料电池系统在所述标定环境压力下的空压机转速范围；根据所述空压机转速范围、所述电堆阴极空气压力范围、所述预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围。

优选的，用于基于所述空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围的所述策略生成模块，具体用于：

基于所述空气需求流量和空压机的预设工作特性曲线，确定所述空压机的最大压比，所述预设工作特性曲线用于表征空气流量与压比之间的关系；根据所述空压机的最大压比和预设空气路流阻压损量，计算所述燃料电池系统的电堆阴极最大空气压力；依据所述空气需求流量和预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池的电堆阴极最小空气压力；利用所述电堆阴极最大空气压力和所述电堆阴极最小空气压力，确定所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围。

优选的，用于根据所述空压机转速范围、所述电堆阴极空气压力范围、所述预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围的所述策略生成模块，具体用于：

根据所述空压机转速范围，计算所述燃料电池系统在所述标定环境压力下的空压机功耗范围；基于所述电堆阴极空气压力范围和用于表征电堆空气入堆压力和电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆输出电压范围；依据所述电堆输出电压范围、所述预设电流密度和所述空压机功耗范围，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围。

优选的，所述控制模块，具体用于：

根据所述车辆的当前工况确定所述燃料电池系统的目标系统输出功率；依据所述目标系统输出功率和所述目标系统输出功率范围，分别从所述目标电堆阴极空气压力范围中确定目标电堆阴极空气压力、从所述目标电堆阳极氢气压力范围中确定目标电堆阳极氢气压力以及从所述目标空压机转速范围中确定目标空压机转速；按照所述目标电堆阴极空气压力、所述目标电堆阳极氢气压力和所述目标空压机转速，控制所述燃料电池系统运行。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

以上本发明提供的一种燃料电池系统的控制方法及装置，该方法可以确定燃料电池系统在高原环境中空气路和氢气路的操作条件以保证最佳的输出能力，同时能确保电堆及空压机的使用安全稳定性，具有快速、离线、可靠和高效等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的燃料电池系统的控制方法的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的燃料电池系统的控制方法的部分方法流程图；

图3为本发明实施例提供的燃料电池系统的控制方法的另一部分方法流程图；

图4为本发明实施例提供的燃料电池系统的控制方法的再一部分方法流程图；

图5为本发明实施例提供的燃料电池系统的控制方法的再一部分方法流程图；

图6为本发明实施例提供的燃料电池系统的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种燃料电池系统的控制方法，该方法应用于车辆控制器，方法流程图如图1所示，包括如下步骤：

S10，若检测到车辆运行于高原环境中，获取当前环境压力；

高原环境一般定义为海拔超过1000米、环境气压低于90kpa(a)的持续稳定环境。本实施例中，可利用车辆上的环境压力传感器获得环境压力值，如果检测到的环境压力值低于压力阈值，则可确定车辆运行于高原环境。

S20，根据预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成的高原环境运行策略，确定当前环境压力所对应的目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围；

本实施例中，高原环境运行策略中包含有车辆运行于不同环境压力、不同电流密度下的电堆阴极空气压力范围、电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围和目标系统输出功率范围之间的对应关系。

具体实现过程中，步骤S20中“预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成高原环境运行策略”可以具体采用以下步骤，方法流程图如图2所示：

S201，根据预设电堆阴极标准操作条件，确定燃料电池系统在标定环境压力中预设电流密度下的目标电堆空气计量比；

本实施例中，预设电堆阴极标准操作条件是燃料电池系统在一个标准大气压条件下的最佳操作条件，是由供应商提供的、作为约束产品使用的。将预设电堆阴极标准操作条件的空气计量比作为所有环境压力中各电流密度的电堆空气计量比，以保证不同环境压力下电堆运行与最佳操作条件一致。

S202，依据预设电流密度和目标电堆空气计量比，计算燃料电池系统的空气需求流量；

本实施例中，可利用预设电流密度、目标电堆空气计量比、法拉第常数以及电池总有效反应面积等，计算空气需求流量。

S203，基于空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围；

本实施例中，预设空气路流阻压损量用于表征电堆及电堆下游空气路零部件(不包含调压阀)流阻特性、环境压力至空压机入口流阻特性以及空压机出口至电堆阴极入口流阻特性，上述流阻特性均与气体需求流量、气体压力和气体温度有关。

预设空气路调压阀流阻特性曲线用于表征空气路调压阀的流阻特性，与气体需求流量、气体压力、气体温度和阀门开度有关，在调压阀全开时流阻最小，预设空气路流阻压损量也就最小。

具体实现过程中，步骤S203“基于空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围”可以具体采用以下步骤，方法流程图如图3所示：

S1001，基于空气需求流量和空压机的预设工作特性曲线，确定空压机的最大压比，所述预设工作特性曲线用于表征空气流量与压比之间的关系；

S1002，根据空压机的最大压比和预设空气路流阻压损量，计算燃料电池系统的电堆阴极最大空气压力；

本实施例中，可按照如下公式(1)计算电堆阴极最大空气压力：

P_{max_C-inlet}＝(P_ambient-ΔP₁)*P_r-max-ΔP₂ (1)

其中，P_{max_C-inlet}为电堆阴极最大空气压力，P_ambient为当前环境压力，ΔP₁为环境压力至空压机入口流阻特性，P_r-max为空压机的最大压比，ΔP₂为空压机出口至电堆阴极入口流阻特性。

S1003，依据空气需求流量和预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算燃料电池的电堆阴极最小空气压力；

本实施例中，可按照如下公式(2)计算电堆阴极最小空气压力：

P_{min_C-inlet}＝P_ambient+ΔP_{valve_min}+ΔP_air (2)

其中，P_{min_C-inlet}为电堆阴极最小空气压力，P_ambient为当前环境压力，ΔP_{valve_min}为调压阀全开时空气路调压阀的流阻特性，ΔP_air为电堆及电堆下游空气路零部件(不包含调压阀)流阻特性。

S1004，利用电堆阴极最大空气压力和电堆阴极最小空气压力，确定燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围；

本实施例中，电堆阴极空气压力范围P_C-inlet∈[P_minC-inlet，P_{max_C-inlet}]。

S204，根据电堆阴极空气压力范围和预设阳极压力偏置量，计算燃料电池系统的电堆阳极氢气压力范围；

在执行步骤S204的过程中，燃料电池系统电堆阳极氢气压力高于阴极空气压力预设阳极压力偏置量，燃料电池系统运行过程中，氢气压力随空气压力做随动变化。具体的，可按照如下公式(3)计算电堆阳极氢气压力范围：

P_A-inlet＝P_C-inlet+ΔP_{anode-cathode} (3)

其中，P_A-inlet为电堆阳极氢气压力范围，ΔP_{anode-cathode}为预设阳极压力偏置量。

S205，根据电堆阴极空气压力范围和空气需求流量，计算燃料电池系统在标定环境压力下的空压机转速范围；

在执行步骤S205的过程中，燃料电池系统中的空压机存在“流量-压比-转速曲线”，在该曲线上利用电堆阴极空气压力范围和空气需求流量即可确定空压机转速范围。

S206，根据空压机转速范围、电堆阴极空气压力范围、预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算燃料电池系统的系统输出功率范围；

在执行步骤S206的过程中，燃料电池系统中的空压机存在“转速-压比-功耗曲线”，在该曲线上利用空压机转速范围即可确定空压机功耗范围；进一步，利用电堆阴极空气压力范围和预设电流密度来确定电堆输出功率范围；最后，通过电堆输出功率范围和空压机功耗范围作差得到系统输出功率范围。

具体实现过程中，步骤S206“根据空压机转速范围、电堆阴极空气压力范围、预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算燃料电池系统的系统输出功率范围”可以具体采用以下步骤，方法流程图如图4所示：

S1005，根据空压机转速范围，计算燃料电池系统在标定环境压力下的空压机功耗范围；

S1006，基于电堆阴极空气压力范围和用于表征电堆空气入堆压力和电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算燃料电池系统的电堆输出电压范围；

S1007，依据电堆输出电压范围、预设电流密度和空压机功耗范围，计算燃料电池系统的系统输出功率范围；

本实施例中，通过电堆输出电压范围和预设电流密度可计算电堆输出功率范围。

S30，按照目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围控制燃料电池系统运行；

在执行步骤S30的过程中，车辆的工况表示车辆当前运行的状态，其对应有不同的系统功率输出状态。本申请可以确定高原环境中电堆在任意确定输出电流条件下的电堆阴阳极操作条件的可选范围数据以及电堆输出功率和空压机转速的变化范围。由于上述参数是一一对应的函数关系，可以正向推导也可反向推导，也就是说，在车辆工况确定、电机需求功率确定时，系统输出功率也就确定了，即可反推出燃料电池系统所需要的电堆阴极空气压力、电堆阳极氢气压力和空压机转速，并以此控制燃料电池系统运行。

具体实现过程中，步骤S30“按照目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围控制燃料电池系统运行”可以具体采用以下步骤，方法流程图如图5所示：

S301，根据车辆的当前工况确定燃料电池系统的目标系统输出功率；

S302，依据目标系统输出功率和目标系统输出功率范围，分别从目标电堆阴极空气压力范围中确定目标电堆阴极空气压力、从目标电堆阳极氢气压力范围中确定目标电堆阳极氢气压力以及从目标空压机转速范围中确定目标空压机转速；

S303，按照目标电堆阴极空气压力、目标电堆阳极氢气压力和目标空压机转速，控制燃料电池系统运行。

以上步骤S201～步骤S206仅仅是本申请实施例公开的步骤S20“预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成高原环境运行策略”过程的一种优选的实现方式，有关此过程的具体实现方式可根据自己的需求任意设置，在此不做限定。

以上步骤S1001～步骤S1004仅仅是本申请实施例公开的步骤S203“基于空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围”过程的一种优选的实现方式，有关此过程的具体实现方式可根据自己的需求任意设置，在此不做限定。

以上步骤S1005～步骤S1007仅仅是本申请实施例公开的步骤S206“根据空压机转速范围、电堆阴极空气压力范围、预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算燃料电池系统的系统输出功率范围”过程的一种优选的实现方式，有关此过程的具体实现方式可根据自己的需求任意设置，在此不做限定。

以上步骤S301～步骤S303仅仅是本申请实施例公开的步骤S30“按照目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围控制燃料电池系统运行”过程的一种优选的实现方式，有关此过程的具体实现方式可根据自己的需求任意设置，在此不做限定。

本发明实施例提供的燃料电池系统的控制方法，可以确定燃料电池系统在高原环境中空气路和氢气路的操作条件以保证最佳的输出能力，同时能确保电堆及空压机的使用安全稳定性，具有快速、离线、可靠和高效等特点。

基于上述实施例提供的燃料电池系统的控制方法，本发明实施例则对应提供执行上述燃料电池系统的控制方法的装置，其结构示意图如图6所示，包括：获取模块10、确定模块20和控制模块30，所述确定模块20包含有策略生成模块201；

获取模块10，用于若检测到车辆运行于高原环境中，获取当前环境压力；

策略生成模块201，用于预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成高原环境运行策略；

确定模块20，用于根据预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成的高原环境运行策略，确定当前环境压力所对应的目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围；

控制模块30，用于按照目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围控制燃料电池系统运行。

在其他一些实施例中，策略生成模块201，具体用于：

根据预设电堆阴极标准操作条件，确定燃料电池系统在标定环境压力中预设电流密度下的目标电堆空气计量比；依据预设电流密度和目标电堆空气计量比，计算燃料电池系统的空气需求流量；基于空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围；根据电堆阴极空气压力范围和预设阳极压力偏置量，计算燃料电池系统的电堆阳极氢气压力范围；根据电堆阴极空气压力范围和空气需求流量，计算燃料电池系统在标定环境压力下的空压机转速范围；根据空压机转速范围、电堆阴极空气压力范围、预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算燃料电池系统的系统输出功率范围。

在其他一些实施例中，用于基于空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围的策略生成模块201，具体用于：

基于空气需求流量和空压机的预设工作特性曲线，确定空压机的最大压比，所述预设工作特性曲线用于表征空气流量与压比之间的关系；根据空压机的最大压比和预设空气路流阻压损量，计算燃料电池系统的电堆阴极最大空气压力；依据空气需求流量和预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算燃料电池的电堆阴极最小空气压力；利用电堆阴极最大空气压力和电堆阴极最小空气压力，确定燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围。

在其他一些实施例中，用于根据空压机转速范围、电堆阳极氢气压力范围、预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算燃料电池系统的系统输出功率范围的策略生成模块201，具体用于：

根据空压机转速范围，计算燃料电池系统在标定环境压力下的空压机功耗范围；基于电堆阴极空气压力范围和用于表征电堆空气入堆压力和电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算燃料电池系统的电堆输出电压范围；依据电堆输出电压范围、预设电流密度和空压机功耗范围，计算燃料电池系统的系统输出功率范围。

在其他一些实施例中，控制模块30，具体用于：

根据车辆的当前工况确定燃料电池系统的目标系统输出功率；依据目标系统输出功率和目标系统输出功率范围，分别从目标电堆阴极空气压力范围中确定目标电堆阴极空气压力、从目标电堆阳极氢气压力范围中确定目标电堆阳极氢气压力以及从目标空压机转速范围中确定目标空压机转速；按照目标电堆阴极空气压力、目标电堆阳极氢气压力和目标空压机转速，控制燃料电池系统运行。

本发明实施例提供的燃料电池系统的控制装置，可以确定燃料电池系统在高原环境中空气路和氢气路的操作条件以保证最佳的输出能力，同时能确保电堆及空压机的使用安全稳定性，具有快速、离线、可靠和高效等特点。

以上对本发明所提供的一种燃料电池系统的控制方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统的控制方法，其特征在于，应用于车辆控制器，包括：

若检测到车辆运行于高原环境中，获取当前环境压力；

根据预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成的高原环境运行策略，确定所述当前环境压力所对应的目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围；

按照所述目标电堆阴极空气压力范围、所述目标电堆阳极氢气压力范围、所述目标空压机转速范围以及所述目标系统输出功率范围控制所述燃料电池系统运行；

其中，预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成高原环境运行策略的过程，包括：

根据预设电堆阴极标准操作条件，确定所述燃料电池系统在标定环境压力中预设电流密度下的目标电堆空气计量比；

依据所述预设电流密度和所述目标电堆空气计量比，计算所述燃料电池系统的空气需求流量；

基于所述空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围；

根据所述电堆阴极空气压力范围和预设阳极压力偏置量，计算所述燃料电池系统的电堆阳极氢气压力范围；

根据所述电堆阴极空气压力范围和所述空气需求流量，计算所述燃料电池系统在所述标定环境压力下的空压机转速范围；

根据所述空压机转速范围、所述电堆阴极空气压力范围、所述预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围，包括：

基于所述空气需求流量和空压机的预设工作特性曲线，确定所述空压机的最大压比，所述预设工作特性曲线用于表征空气流量与压比之间的关系；

根据所述空压机的最大压比和预设空气路流阻压损量，计算所述燃料电池系统的电堆阴极最大空气压力；

依据所述空气需求流量和预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池的电堆阴极最小空气压力；

利用所述电堆阴极最大空气压力和所述电堆阴极最小空气压力，确定所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述空压机转速范围、所述电堆阴极空气压力范围、所述预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围，包括：

根据所述空压机转速范围，计算所述燃料电池系统在所述标定环境压力下的空压机功耗范围；

基于所述电堆阴极空气压力范围和用于表征电堆空气入堆压力和电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆输出电压范围；

依据所述电堆输出电压范围、所述预设电流密度和所述空压机功耗范围，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照所述目标电堆阴极空气压力范围、所述目标电堆阳极氢气压力范围、所述目标空压机转速范围以及所述目标系统输出功率范围控制所述燃料电池系统运行，包括：

根据所述车辆的当前工况确定所述燃料电池系统的目标系统输出功率；

依据所述目标系统输出功率和所述目标系统输出功率范围，分别从所述目标电堆阴极空气压力范围中确定目标电堆阴极空气压力、从所述目标电堆阳极氢气压力范围中确定目标电堆阳极氢气压力以及从所述目标空压机转速范围中确定目标空压机转速；

按照所述目标电堆阴极空气压力、所述目标电堆阳极氢气压力和所述目标空压机转速，控制所述燃料电池系统运行。

5.一种燃料电池系统的控制装置，其特征在于，包括：获取模块、确定模块和控制模块，所述确定模块包含有策略生成模块；

所述获取模块，用于若检测到车辆运行于高原环境中，获取当前环境压力；

所述策略生成模块，用于预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成高原环境运行策略；

所述确定模块，用于根据预先基于预设电堆阴极标准操作条件生成的高原环境运行策略，确定所述当前环境压力所对应的目标电堆阴极空气压力范围、目标电堆阳极氢气压力范围、目标空压机转速范围以及目标系统输出功率范围；

所述控制模块，用于按照所述目标电堆阴极空气压力范围、所述目标电堆阳极氢气压力范围、所述目标空压机转速范围以及所述目标系统输出功率范围控制所述燃料电池系统运行；

其中，所述策略生成模块，具体用于：

根据预设电堆阴极标准操作条件，确定所述燃料电池系统在标定环境压力中预设电流密度下的目标电堆空气计量比；依据所述预设电流密度和所述目标电堆空气计量比，计算所述燃料电池系统的空气需求流量；基于所述空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围；根据所述电堆阴极空气压力范围和预设阳极压力偏置量，计算所述燃料电池系统的电堆阳极氢气压力范围；根据所述电堆阴极空气压力范围和所述空气需求流量，计算所述燃料电池系统在所述标定环境压力下的空压机转速范围；根据所述空压机转速范围、所述电堆阴极空气压力范围、所述预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，用于基于所述空气需求流量、预设空气路流阻压损量以及预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围的所述策略生成模块，具体用于：

基于所述空气需求流量和空压机的预设工作特性曲线，确定所述空压机的最大压比，所述预设工作特性曲线用于表征空气流量与压比之间的关系；根据所述空压机的最大压比和预设空气路流阻压损量，计算所述燃料电池系统的电堆阴极最大空气压力；依据所述空气需求流量和预设空气路调压阀流阻特性曲线，计算所述燃料电池的电堆阴极最小空气压力；利用所述电堆阴极最大空气压力和所述电堆阴极最小空气压力，确定所述燃料电池系统的电堆阴极空气压力范围。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，用于根据所述空压机转速范围、所述电堆阴极空气压力范围、所述预设电流密度和用于表征电堆空气入堆压力以及电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围的所述策略生成模块，具体用于：

根据所述空压机转速范围，计算所述燃料电池系统在所述标定环境压力下的空压机功耗范围；基于所述电堆阴极空气压力范围和用于表征电堆空气入堆压力和电堆电压之间关系的电堆特性曲线，计算所述燃料电池系统的电堆输出电压范围；依据所述电堆输出电压范围、所述预设电流密度和所述空压机功耗范围，计算所述燃料电池系统的系统输出功率范围。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制模块，具体用于：

根据所述车辆的当前工况确定所述燃料电池系统的目标系统输出功率；依据所述目标系统输出功率和所述目标系统输出功率范围，分别从所述目标电堆阴极空气压力范围中确定目标电堆阴极空气压力、从所述目标电堆阳极氢气压力范围中确定目标电堆阳极氢气压力以及从所述目标空压机转速范围中确定目标空压机转速；按照所述目标电堆阴极空气压力、所述目标电堆阳极氢气压力和所述目标空压机转速，控制所述燃料电池系统运行。

Images