CN110816314A - 一种进入燃料电池氢气流量的判断方法 - Google Patents

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Abstract

一种进入燃料电池氢气流量的判断方法，其主要包括以下步骤：S1、利用VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令；S2、系统检测燃料电池氢气供给系统中的中压压力值是否介于氢气瓶内的气压范围内；S3、若中压压力值不介于氢气瓶内的气压范围内，FCU控制系统将播报故障码，燃料电池启动命令停止；若燃料电池氢气供给系统中的中压压力值介于S2中氢气瓶内的气压范围内，计算进入燃料电池的需求氢气流量和实际氢气流量；S4、对S3中得到需求氢气流量与实际氢气流量进行差值绝对值计算，并对比标定阈值，判断进入燃料电池内的实际氢气流量是否满足要求。

Description

一种进入燃料电池氢气流量的判断方法
技术领域
本发明涉及燃料电池汽车领域，尤其涉及一种进入燃料电池氢气流量的判断方法。
背景技术
氢燃料电池系统需要阴极含氧量和阳极氢气量精确配合。当燃料电池汽车需求功率跟随外部环境变化时，燃料电池氢气供给系统中燃料电池需求的空燃比也会跟随变化。燃料电池氢气供给系统中电控比例阀控制进入燃料电池内的氢气流量，若氢气流量的控制精度差，燃料电池输出功率将产生波动。因此对于进入燃料电池氢气供给系统的氢气流量精确度的判断尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种进入燃料电池氢气流量的判断方法。
本发明提供一种进入燃料电池氢气流量的判断方法，主要包括以下步骤：
S1、VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令；
S2、VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令后，燃料电池氢气供给系统进入吹扫阶段，燃料电池氢气供给系统检测燃料电池氢气供给系统中的中压压力值是否介于氢气瓶内的气压范围内；
S3、若中压压力值不介于氢气瓶内的气压范围内，燃料电池启动命令停止，若燃料电池氢气供给系统中的中压压力值介于S2中氢气瓶内的气压范围内，根据当前的中压气压值，分别计算进入燃料电池的需求氢气流量和实际氢气流量；
S4、设定标定阈值，对S3中得到需求氢气流量与实际氢气流量进行差值绝对值计算，并对比标定阈值，若差值绝对值大于标定阈值，且持续10个周期，则表明实际氢气流量与需求氢气流量之间的误差较大，进入燃料电池内的实际氢气流量不满足要求，若差值绝对值小于标定阈值，则表明实际氢气流量与需求氢气流量之间的误差较小，进入燃料电池内的实际氢气流量满足要求。
进一步地，S1中VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令之前，还包括以下步骤：燃料电池汽车完成高压上电操作，此时，当燃料电池汽车同时满足其状态为“Ready”、FCU控制系统无故障代码和动力电池SOC<45％时，VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令。
进一步地，S3中计算需求氢气流量和实际氢气流量包括以下步骤：
S31、根据中压压力和电控比例阀的加电时间标定计算需求氢气流量的MAP表；
S32、根据当前燃料电池氢气供给系统中的中压气压值，结合S31得到的算需求氢气流量的MAP表，FCU控制系统对应的获取需求进入燃料电池的需求氢气流量，并根据需求氢气流量计算得到电控比例阀的加电时间；
S33、当电控比例阀加电结束并延迟100ms后，记录此时中压管道的压降和氢气温度，并根据压降、氢气温度和中压气压值，计算进入燃料电池的实际氢气流量。
进一步地，S33中计算实际氢气流量还包括以下步骤：
S34、根据预设的压降和中压气压值标定计算标准氢气流量的MAP表；
S35、根据当前的压降和中压气压值，结合S34中的计算氢气流量的MAP表，对应的得到当前进入燃料电池内的标准氢气流量Q0，将标准氢气流量Q0通过式(1)进行温度校正后，得到当前进入燃料电池内的实际氢气流量，其中，式(1)的表达式如下所示：
Figure BDA0002254910090000031
Q0＝f(P*ΔP) (2)
上式中，Tatm表示标准大气温度，Tatm＝25℃；
T表示中空管道中的氢气温度；
P代表中压压力；
ΔP代表压降；
Q′代表实际氢气流量；
Q0代表标准氢气流量。
进一步地，S4中以10ms计算为一个周期。
进一步地，S4中所述标定阈值为实际氢气流量Q'的10％。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：能够实时监测氢气流量误差是否过大，能提前有效识别氢气流量误差过大的故障，提示驾驶员进行燃料电池供氢系统中压管路、比例阀的检查，从而提高燃电系统的可维修性。
附图说明
图1是现有技术中燃料电池氢气供给系统的结构示意图；
图2是本发明所述一种进入燃料电池氢气流量的判断方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
燃料电池氢气供给系统如图1所示，其中，所述燃料电池氢气供给系统包括氢气瓶、瓶阀(这里的瓶阀为氢气瓶自带的瓶阀，由FCU控制系统控制)、减压阀、止回阀、电控比例阀、燃料电池阳极流道、氢气循环泵、热交换器、三通电磁阀组成。经过氢气瓶、瓶阀至减压阀的管路内为高压氢气气体(最高可达70MPa)，而经过减压阀、止回阀至电控比例阀的管路内为中压氢气气体，其中，经过减压阀将稳定在0.8～1MPa左右。在燃料电池氢气供给系统中，通过电控比例阀可调节进入燃料电池参与反应的氢气流量，而未参与反应的废氢混合气则通过三通电磁阀进入回流管道，并在氢气循环泵的作用下，经过热交换器冷却后再重新进入燃料电池。当燃料电池初次加氢后上电，为了防止氢气供给系统内进入空气，FCU将调用反吹策略，将氢气供给系统中的氢气气体通过三通电磁阀的另一个通道排出大气。
在此，需要说明的是，本发明不涉及对燃料电池氢气供给系统的改进，上述燃料电池氢气供给系统与现有技术中的燃料电池氢气供给系统的组成、个组成间的连接关系和工作原理均一致，且上述燃料电池氢气供给系统不是本发明需要保护的内容，因此，本发明对其内各个组成部分的连接关系和工作原理不再进行赘述。
基于上述燃料电池氢气供给系统的工作原理，本发明设计了一种进入燃料电池氢气流量的判断方法，其流程图如图2所示，其主要包括以下步骤：
S1、燃料电池汽车完成高压上电操作，且当燃料电池汽车同时满足其状态为“Ready”、FCU控制系统无故障代码和动力电池SOC<45％时，VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令；
S2、VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令后，FCU控制系统打开瓶阀，燃料电池氢气供给系统进入吹扫阶段，燃料电池氢气供给系统检测燃料电池氢气供给系统中的中压压力值P是否介于氢气瓶内的气压范围内；其中，由燃料电池氢气供给系统中的压力传感器实现对中压压力值P的检测；
S3、若中压压力值P不介于氢气瓶内的气压范围内，FCU控制系统播报故障码，燃料电池启动命令停止，以防止高压管路泄露或者减压阀的减压功能失效；其中，当燃料电池氢气供给系统进入吹扫阶段后，氢气瓶内的气体降压至0.8～1.2MPa；
若燃料电池氢气供给系统中的中压压力值P介于S2中氢气瓶内的气压范围内，根据当前的中压气压值P，FCU控制系统对应的获取需求进入燃料电池的需求氢气流量Q，并根据需求氢气流量Q计算得到电控比例阀的加电时间t，当电控比例阀加电结束后，延迟100ms，记录此时中压管道的压降ΔP和氢气温度T，并根据压降ΔP、氢气温度T和中压气压值P，计算进入燃料电池的实际氢气流量Q′；
其中，计算需求氢气流量Q包括以下步骤：
S31、根据中压压力和电控比例阀的加电时间标定计算需求氢气流量的MAP表，在此，需要说明的是，标定后的计算需求氢气流量的MAP表存储在FCU控制系统中；
S32、根据当前燃料电池氢气供给系统中的中压气压值，结合S31得到的算需求氢气流量的MAP表，FCU控制系统对应的获取需求进入燃料电池的需求氢气流量Q。
其中，计算实际氢气流量Q′的过程还包括以下步骤：
(1)、根据预设的压降和中压气压值标定计算标准氢气流量的MAP表，在此，需要说明的是，标定后的计算标准氢气流量的MAP表存储在FCU控制系统中；
(2)、根据当前的压降ΔP和中压气压值P，结合(1)中的计算氢气流量的MAP表，对应的得到当前进入燃料电池内的标准氢气流量Q0，将标准氢气流量Q0通过式(1)进行温度校正后，得到当前进入燃料电池内的实际氢气流量Q′，其中，式(1)的表达式如下所示：
Figure BDA0002254910090000061
Q0＝f(P*ΔP) (2)
上式中，Tatm表示标准大气温度，Tatm＝25℃；
T表示中压管道中的氢气温度；
P代表中压压力；
ΔP代表压降；
Q′代表实际氢气流量；
Q0代表标准氢气流量。
在此，需要说明的是，由于进行标定计算标准氢气流量的MAP表的压降ΔP和中压气压值P均为在氢气温度在标准大气温度下预设的压降和中压气压值，因此，计算标准氢气流量的MAP表中得到的标准氢气流量为氢气温度在标准大气温度下的标准氢气流量，而在中空管路中，氢气温度与其在标准大气温度下的值有所偏差，因此，要得到进入中空管道中(也为进入燃料电池中)的实际氢气流量，还需要通过式(1)对标准氢气流量进行温度修正。
其中，式(1)也存储在FCU控制系统中。
S4、对S3中得到需求氢气流量Q与实际氢气流量Q′进行差值绝对值计算，并对比标定阈值，若差值绝对值大于标定阈值，且持续10个周期，则FCU控制系统判定进入燃料电池内的实际氢气流量与需求氢气流量之间的误差较大，FCU控制系统播报故障码给仪表，以提示用户检查燃料电池氢气供给系统的中压部分，并且中断FCU控制系统执行燃料电池启动任务，若差值绝对值小于标定阈值，则FCU控制系统判定进入燃料电池内的实际氢气流量满足要求，进入FCU控制系统执行燃料电池启动任务。
其中，标定阈值为实际氢气流量Q'的10％，且S4中的一个周期的时间为10ms。
本发明所述的一种进入燃料电池氢气流量的判断方法，能够实时监测氢气流量误差是否过大，能提前有效识别氢气流量误差过大的故障，提示驾驶员进行燃料电池供氢系统中压管路、比例阀的检查，从而提高燃电系统的可维修性。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种进入燃料电池氢气流量的判断方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
S1、利用VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令；
S2、VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令后，燃料电池氢气供给系统进入吹扫阶段，同时，燃料电池氢气供给系统检测燃料电池氢气供给系统中的中压压力值是否介于氢气瓶内的气压范围内；
S3、若中压压力值不介于氢气瓶内的气压范围内，燃料电池启动命令停止，若燃料电池氢气供给系统中的中压压力值介于S2中氢气瓶内的气压范围内，根据当前的中压气压值，分别计算进入燃料电池的需求氢气流量和实际氢气流量；
S4、设定标定阈值，对S3中得到需求氢气流量与实际氢气流量进行差值绝对值计算，并对比标定阈值，若差值绝对值大于标定阈值，且持续10个周期，则表明实际氢气流量与需求氢气流量之间的误差较大，进入燃料电池内的实际氢气流量不满足要求，若差值绝对值小于标定阈值，则表明实际氢气流量与需求氢气流量之间的误差较小，进入燃料电池内的实际氢气流量满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种进入燃料电池氢气流量的判断方法，其特征在于，S1中VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令之前，还包括以下步骤：燃料电池汽车完成高压上电操作，此时，当燃料电池汽车同时满足其状态为“Ready”、FCU控制系统无故障代码和动力电池SOC<45％时，VCU控制系统向FCU控制系统发送启动燃料电池命令。
3.根据权利要求1所述的一种进入燃料电池氢气流量的判断方法，其特征在于，S3中计算需求氢气流量和实际氢气流量包括以下步骤：
S31、根据中压压力和电控比例阀的加电时间标定计算需求氢气流量的MAP表；
S32、根据当前燃料电池氢气供给系统中的中压气压值，结合S31得到的算需求氢气流量的MAP表，FCU控制系统对应的获取需求进入燃料电池的需求氢气流量，并根据需求氢气流量计算得到电控比例阀的加电时间；
S33、当电控比例阀加电结束并延迟100ms后，记录此时中压管道的压降和氢气温度，并根据压降、氢气温度和中压气压值，计算进入燃料电池的实际氢气流量。
4.根据权利要求3所述的一种进入燃料电池氢气流量的判断方法，其特征在于，S33中计算实际氢气流量还包括以下步骤：
S34、根据预设的压降和中压气压值标定计算标准氢气流量的MAP表；
S35、根据当前的压降和中压气压值，结合S34中的计算氢气流量的MAP表，对应的得到当前进入燃料电池内的标准氢气流量Q0，将标准氢气流量Q0通过式(1)进行温度校正后，得到当前进入燃料电池内的实际氢气流量Q′，其中，式(1)的表达式如下所示：
Figure FDA0002254910080000021
Q0＝f(P*ΔP) (2)
上式中，Tatm表示标准大气温度，Tatm＝25℃；
T表示中空管道中的氢气温度；
P代表中压压力；
ΔP代表压降；
Q′代表实际氢气流量；
Q0代表标准氢气流量。
5.根据权利要求1所述的一种进入燃料电池氢气流量的判断方法，其特征在于，S4中以10ms计算为一个周期。
6.根据权利要求1所述的一种进入燃料电池氢气流量的判断方法，其特征在于，S4中所述标定阈值为实际氢气流量Q'的10％。
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