CN112744126B - 燃料电池的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种燃料电池的控制方法。该控制方法包括：通过控制器收集燃料电池(FC)堆的状态信息；通过控制器从收集的燃料电池堆的状态信息判断燃料电池堆的劣化状态；通过控制器基于判断的燃料电池堆的劣化状态信息校正与当前车辆驾驶状态相对应的基本阈值输出；通过控制器将通过校正基本阈值输出所获得的校正后阈值输出与马达需求输出进行比较，并通过控制器确定燃料电池的停止或重启；以及通过控制器进行控制以实现确定的燃料电池的停止或重启。

Description

燃料电池的控制方法
技术领域
本公开总体涉及一种燃料电池的控制方法，并且更具体地，涉及一种燃料电池的控制方法，该控制方法确保车辆的启动性能和超车性能，防止车辆的驾驶性能劣化，并且提高燃料电池的系统效率和燃料效率。
背景技术
通常，燃料电池是燃料气体和氧化剂气体发生电化学反应以将燃料所具有的化学能转化为电能的发电装置。除了用作工业电源、家用电源和汽车电源之外，燃料电池还广泛用于为小型电气/电子产品和便携式装置供应电力。
作为车辆的燃料电池，已经对具有高电力密度的聚合物电解质膜燃料电池进行了最多的研究。聚合物电解质膜燃料电池使用氢气作为燃料气体，并使用氧气或包含氧气的空气作为氧化剂气体。
燃料电池可以包括多个电池，多个电池使燃料气体和氧化剂气体发生反应以产生电能。为了满足所需的输出水平，通常以多个电池堆叠并以串联连接的堆叠形式使用多个电池。
在将燃料电池安装到车辆的情况下，由于需要高输出，因此将单独产生电能的数百个电池以堆叠形式堆叠以满足需要。如上所述，多个电池堆叠并连接在一起的电池组件被称为燃料电池(FC)堆。
作为电池构造，聚合物电解质膜燃料电池包括：膜电极组件，以氢离子移动的聚合物电解质膜为中心在聚合物电解质膜的两侧附着有催化剂电极层；气体扩散层，将作为反应气体的燃料气体和氧化剂气体供应到膜电极组件，并传递产生的电能；以及分离板，使反应气体和冷却水移动。
膜电极组件包括：聚合物电解质膜，能够使氢离子移动；以及阴极(cathode)和阳极(anode)，阴极和阳极是通过在聚合物电解质膜的相对表面上涂覆催化剂以使作为燃料气体的氢气和作为氧化剂气体的空气(或氧气)彼此发生反应而形成的电极层。
在燃料电池的单元电池中，在膜电极组件的外侧部分，即，在阴极和阳极的外侧部分，堆叠有用于均匀分布燃料气体和氧化剂气体的气体扩散层。在气体扩散层的外侧上，设置有分离板以提供反应气体和冷却水通过的流路并将反应气体供应到气体扩散层。
另外，在构成单元电池的部件之间堆叠有用于密封(sealing)流体的垫圈。可以通过将垫圈与膜电极组件或分离板成型为一体来设置垫圈。
在具有上述构造的电池作为单元电池的情况下堆叠多个电池之后，将端板联接到电池的最外侧以支撑电池，并且通过紧固装置将端板和电池紧固在一起，从而形成燃料电池(FC)堆。
安装到燃料电池车辆的燃料电池系统包括燃料电池堆和用于向燃料电池堆供应反应气体的装置。
即，燃料电池系统包括：燃料电池堆，通过反应气体的电化学反应产生电能；氢供应装置，向燃料电池堆供应作为燃料气体的氢气；空气供应装置，向燃料电池堆供应包含作为氧化剂气体的氧气的空气；热和水管理系统，执行对燃料电池堆的操作温度控制以及热和水管理；以及燃料电池控制单元(Fuel cell Control Unit,FCU)，控制燃料电池系统的整体操作。
同时，燃料电池堆的耐久性寿命是确保燃料电池车辆的适销性的重要因素。因此，已经开发了各种技术来防止燃料电池堆的劣化并增加燃料电池堆的耐久性寿命，并且已经发现了堆劣化的多种原因。
此外，除了乘用车以外，对于诸如公共汽车和卡车的商用车辆的燃料电池系统的需求也在增长。根据需求，对用于改善燃料电池系统的耐久性寿命的控制技术的关注进一步增加。
随着燃料电池堆的操作时间增加，燃料电池堆不可避免地发生劣化，因此不能完全防止燃料电池堆的劣化。然而，正在积极地研究使燃料电池堆的劣化最小化的技术。
当燃料电池堆劣化时，由于燃料电池堆重启(restart)时堆输出不足，车辆的启动性能和超车性能可能劣化。此外，由于在车辆中发生的抖动(jerking motion)，车辆的驾驶性能可能劣化。
此外，即使当在劣化状态下燃料电池堆重启时满足需求输出时，由于未考虑燃料电池堆的最佳操作点，所以燃料电池系统的操作效率和燃料效率可能降低。
发明内容
因此，考虑到现有技术中出现的上述问题而做出本公开，并且本公开旨在提出一种燃料电池的控制方法。该控制方法有效地防止由于燃料电池堆的劣化而导致的车辆的启动性能和超车性能的劣化以及车辆的驾驶性能的劣化，并且提高燃料电池的系统效率和燃料效率。
为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种燃料电池的控制方法，该控制方法包括：通过控制器收集燃料电池(FC)堆的状态信息；通过控制器从收集的燃料电池堆的状态信息判断燃料电池堆的劣化状态；通过控制器基于判断的燃料电池堆的劣化状态信息校正与当前车辆驾驶状态相对应的基本阈值输出；通过控制器将通过校正基本阈值输出所获得的校正后阈值输出与马达需求输出进行比较，并通过控制器确定燃料电池的停止(stop)或重启；以及通过控制器进行控制以实现确定的燃料电池的停止或重启。
如上所述，根据本公开的燃料电池的控制方法，控制器判断燃料电池堆的劣化状态，以根据燃料电池堆的劣化状态来控制燃料电池堆的停止或重启。因此，本公开的控制方法可以确保车辆的启动性能和超车性能，防止车辆的驾驶性能劣化，并且提高燃料电池的系统效率和燃料效率。
此外，本公开的控制方法中，控制器通过反映燃料电池堆的劣化状态在适当的时间停止或重启燃料电池堆。因此，可以减少燃料电池堆的高输出使用，这延迟进一步的劣化。
此外，本公开的控制方法中，通过减少空气压缩机的操作来减少辅助机械消耗能量。因此，可以减小辅助机械噪声。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中，将更清楚地理解本公开的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出根据本公开的能够控制燃料电池的系统的配置的框图；
图2是示出本公开中的堆电流、堆电压和堆输出之间的关系的曲线图；
图3是示出随着燃料电池堆的电流增加而燃料电池系统的系统效率或燃料效率逐渐降低的状态的曲线图；
图4是示出用于确定燃料电池的停止或重启的普通映射的曲线图；
图5是示出本公开中的用于确定燃料电池的停止或重启的普通映射的曲线图；以及
图6是示出根据本公开的燃料电池的控制方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例，使得本公开所属领域的技术人员可以容易地实施本公开。本公开不限于本文阐述的实施例，并且可以被实现为其他形式。
除非上下文另外明确指出，否则将进一步理解的是，术语“包含”、“包含有”、“包括”和/或“包括有”在本文中使用时指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。
本公开涉及一种燃料电池的控制方法。该控制方法判断燃料电池(FC)堆的劣化状态，以根据燃料电池堆的劣化状态执行停止或重启控制。因此，本公开可以确保车辆的启动性能和超车性能，防止车辆的驾驶性能劣化，并且提高燃料电池的系统效率和燃料效率。
为了实现上述目的，本公开的控制方法监测燃料电池堆的状态(堆状态)，基于监测的堆状态判断燃料电池堆的劣化状态，以执行燃料电池堆的启动和停止控制。
在下文中，燃料电池可以被理解为与燃料电池堆相同的含义，并且本领域技术人员可以容易地理解的是，燃料电池的驱动、停止、启动(包括重启)表示燃料电池系统和燃料电池堆的驱动、停止、启动。
此外，除非在下面的描述中另外定义，否则输出可以表示电力(power)P。例如，马达输出、马达需求输出、电池输出和FC输出中的输出可以表示电力。
图1是示出根据本公开的能够控制燃料电池的系统的配置的框图。如图1所示，根据本公开的燃料电池的控制过程可以由控制器执行，更具体地，由燃料电池控制单元(FCU)执行。
FCU 10可以被配置为接收燃料电池堆1的实时状态信息，以执行根据本公开的燃料电池控制。
燃料电池堆1的状态信息可以包括针对燃料电池堆检测的燃料电池堆的电流和燃料电池堆的电压。
为此，燃料电池堆1可以包括用于检测燃料电池堆的状态的状态检测部2，并且状态检测部2可以包括用于检测燃料电池堆的电流(堆电流)的电流检测部3和用于检测燃料电池堆的电压(堆电压)的电压检测部4。
本公开中由燃料电池堆的电流检测部3检测的堆电流和由电压检测部4检测的堆电压被实时地输入到FCU 10。
FCU 10与电池管理系统(BMS)20和马达控制单元(MCU)30执行协同控制，以控制燃料电池和马达。因此，FCU 10与BMS 20和MCU 30通信连接。
本公开的FCU 10包括：存储器11，存储由状态检测部2实时地检测的燃料电池堆1的状态信息；劣化判断部12，基于存储在存储器11中的状态信息来判断燃料电池堆1的劣化状态；以及输出控制部13，参照由劣化判断部12判断的燃料电池堆1的劣化状态来确定燃料电池的停止或重启，并控制马达8的驱动和输出。
马达8是用于驱动车辆的马达，即，是用作用于驱动车辆的车辆驱动源的驱动马达。
FCU 10的配置中的存储器11实时地存储与由燃料电池堆1的电流检测部3和电压检测部4检测并输入的堆电流I和堆电压V有关的数据。
此外，FCU 10的劣化判断部12基于存储在存储器11中的燃料电池堆1的状态信息，即，堆电流I和堆电压V的数据，判断燃料电池堆的劣化程度和状态。
FCU 10的输出控制部13考虑燃料电池堆的劣化状态来确定燃料电池的停止或重启。当根据燃料电池堆的劣化状态而使燃料电池停止时，FCU 10通过与BMS 20的协同控制，仅利用电池的电力驱动马达8，使得车辆在电动车辆(EV)模式下行驶。
电池(未示出)是在车辆中与燃料电池堆1一起用作高压电源的电池，是安装在车辆中的普通高压电池(主电池)。当燃料电池堆1是用于驱动马达8和操作车辆中的负载的主动力源(主电源)时，电池可以是辅助动力源(辅助电源)。
电池存储从燃料电池堆1产生的电力和由马达8产生的再生电力，并且电池在车辆中与燃料电池堆1并联连接到马达8和负载。
电池是与燃料电池堆1一起供应驱动车辆的马达(驱动马达)8所需的操作电力的电池。尽管在图中未示出，但是与燃料电池堆一样，电池可以通过逆变器31向马达8施加直流(DC)电力(充电电力)。
普通燃料电池车辆中设置有电池管理系统(BMS)20，BMS 20被配置为收集电池状态信息并执行用于管理电池状态的控制，同时执行用于电池充电和放电(输出)的控制。
电池状态信息可以包括与高压电池的电压、电流和温度等一起表示高压电池的剩余容量的充电状态(State of Charge,SOC)信息。
为此，BMS 20包括用于监测并确定电池SOC的SOC监测单元21和用于控制电池输出P的输出控制单元22。
本公开的FCU 10的输出控制部13与BMS 20的输出控制单元22通信连接。FCU 10的输出控制部13和BMS 20的输出控制单元22彼此执行协同控制，以控制电池输出P。
FCU 10的输出控制部13基于从车辆收集的驾驶信息确定的马达需求输出、由车速检测部7检测的当前车速和燃料电池的劣化状态信息来确定燃料电池的停止或重启。当输出控制部13确定停止燃料电池时，输出控制部13停止燃料电池堆1的操作，然后执行仅利用电池输出来驱动马达8的EV模式控制。
此时，FCU 10的输出控制部13与BMS 20和MCU 30执行协同控制，以在EV模式下行驶。
另一方面，当FCU 10的输出控制部13确定燃料电池从停止状态重启时，输出控制部13操作燃料电池系统以重启燃料电池堆1的操作，然后执行仅利用燃料电池堆1的输出来驱动马达8以使车辆行驶的FC模式控制。
FCU 10的输出控制部13与MCU 30执行协同控制，从而仅利用燃料电池堆1的输出来驱动马达8以使车辆行驶。
根据本公开的燃料电池系统中当基于从车辆收集的驾驶信息来确定马达需求输出时，基于确定的马达需求输出，车辆中的控制器，即，FCU 10、BMS 20和MCU 30彼此执行协同控制，以利用燃料电池堆1或电池的输出来驱动并控制马达8。与现有技术相比，在这方面没有区别。
但是，本公开的主要特征在于监测并判断燃料电池堆的劣化程度和状态(可以是将在后面描述的P平均、ΔP等)，然后通过反映判断的燃料电池堆的劣化程度和状态来确定燃料电池的停止或重启。
本公开中用于确定马达需求输出的驾驶信息可以由驾驶信息检测部5来检测。驾驶信息检测部5可以包括加速器位置传感器(APS)6。
本公开中为了确定马达需求输出而从车辆收集的驾驶信息以及用于从驾驶信息确定马达需求输出的过程或方法对于本领域技术人员是已知的，因此在说明书中将省略其详细描述。
然而，例如，驾驶信息可以包括根据驾驶员的加速器踏板操作状态的信息，即，驾驶员的加速器踏板输入信息。驾驶员的加速器踏板输入可以是可以由APS 6检测的加速器踏板位置。
在下文中，将描述由FCU 10的劣化判断部12根据燃料电池堆1的劣化状态来计算燃料电池控制因子ΔP的方法。
图2是示出本公开中的堆电流I、堆电压V和堆输出P之间的关系的曲线图。线“A”和线“B”表示根据电流的堆设置值，线“C”和线“D”表示当前堆劣化的程度和状态。
如图2所示，横轴是堆电流I，左纵轴和右纵轴分别是堆电压V和堆输出P。
此外，在图2中，线“A”是表示根据堆电流I的堆电压设置值(V设置)的设置电压线，线“B”是表示根据堆电流I的堆输出设置值(P设置)的设置输出线。
通过在整个堆电流区域中将针对每个电流值I的堆电压设置值(V设置)乘以每个电流值I来计算堆输出设置值(P设置)(即，P设置＝V设置×I)。
可以理解的是，堆电压设置值(V设置)和堆输出设置值(P设置)是根据未劣化的初始堆的电流的电压和输出。
线“C”和线“D”表示要控制的车辆中的实际燃料电池堆的状态。实际燃料电池堆的状态可以表示堆平均性能，因此线“C”是实际燃料电池堆的平均电压的线，线“D”是实际燃料电池堆的平均输出的线。
线“C”和线“D”根据实际燃料电池堆的状态而变化，尤其是根据实际堆劣化的程度和状态而变化。线“C”表示根据电流的实际堆的平均电压(V平均)，线“D”表示根据电流的实际堆的平均输出(P平均)。
在图2中，可以通过计算每个电流的平均电压(V平均)来绘制线“C”，并且可以通过计算每个电流的平均输出(P平均)来绘制线“D”。
在本公开中，将根据堆电流的堆输出设置值(P设置)与每个电流的平均输出(P平均)之间的差定义为燃料电池控制因子ΔP(ΔP＝P设置-P平均)。由于平均输出(P平均)根据实际堆劣化的状态而变化，因此ΔP也变化。
这种情况下，ΔP在广义上是堆平均性能值与预先设置的堆设置值之间的差值。详细地，ΔP是定义为对应于相同电流的堆输出设置值(P设置)与平均输出(P平均)之间的差的值。
在本公开中，作为堆平均性能的每个电流的平均电压(V平均)和每个电流的平均输出(P平均)是表示堆劣化的状态的因子。此外，作为定义为根据电流的输出差(P设置-P平均)的控制因子的ΔP也是表示堆劣化的状态的因子，即，燃料电池堆的劣化状态值。
本公开中控制因子ΔP由FCU 10的劣化判断部12确定，并且劣化判断部12通过利用存储在FCU 10的存储器11中的堆电流I和堆电压V的数据来确定表示堆劣化的程度和状态的ΔP值。
将描述该过程。FCU 10的劣化判断部12计算燃料电池堆1的平均电压(V平均)。详细地，FCU 10的劣化判断部12通过利用由电流检测部3和电压检测部4检测后存储在存储器11中的堆电流I和堆电压V的数据来计算燃料电池堆的实际平均电压(V平均)。
如上所述，当由燃料电池堆1的电流检测部3和电压检测部4检测的堆电流I和堆电压V分别实时地输入到FCU 10时，输入的堆电流I和堆电压V被实时地存储在FCU 10的存储器11中。同时，FCU 10的劣化判断部12通过进一步利用新存储的堆电流I和堆电压V实时地计算平均电压(V平均)和平均输出(P平均)。
平均电压(V平均)是通过针对每个电流累积存储在存储器11中的堆电压V而平均的值。
此外，通过将针对每个电流的平均电压(V平均)乘以每个电流值(I)来计算平均输出(P平均)(P平均＝V平均×I)。平均电压(V平均)和平均输出(P平均)均根据燃料电池堆的当前劣化状态而变化，并且可以是表示燃料电池堆的当前劣化程度和状态的值。
如上所述，作为堆输出设置值(P设置)与平均输出(P平均)之间的差值的ΔP(ΔP＝P设置-P平均)也是表示燃料电池堆的当前劣化程度和状态的值。
即，当ΔP值为0时，没有发生劣化，并且随着ΔP值增加，发生的劣化越多。
图3是示出随着燃料电池堆的电流在预定水平以上逐渐增加而燃料电池系统的系统效率或燃料效率逐渐降低的状态的曲线图。
图4是示出用于确定普通燃料电池车辆中的燃料电池的停止或重启的映射的曲线图。
如图4所示，普通燃料电池车辆中将车辆驾驶状态例如根据车速(km/h)的值设置为阈值输出的映射输入并存储在FCU 10中以用于确定燃料电池的停止或重启。
参照图4，将马达需求输出(Pm、Pmcu)等于或大于阈值输出(Pm_th、Pmcu_th)的区域设置为燃料电池重启区域，即FC模式区域。此外，将马达需求输出小于阈值输出的区域设置为燃料电池停止区域，即EV模式区域。
当从在行驶期间从车辆收集的驾驶信息确定马达需求输出时，通过利用图4中的映射从当前马达需求输出和车速信息确定燃料电池的停止或重启。
即，当从映射确定与当前车速相对应的阈值输出时，当当前马达需求输出小于阈值输出时，燃料电池停止，并且当当前马达需求输出等于或大于阈值输出时，燃料电池重启。
在上文中，被描述为将马达需求输出和阈值输出进行比较。马达需求输出可以是MCU 30中的输出，即MCU需求输出(Pmcu)，或者可以是基于马达的需求输出，即马达基准需求输出(Pm)。
马达基准需求输出(Pm)是基于马达驱动车辆所需的输出。MCU需求输出(Pmcu)是考虑马达和减速器的能量传递效率(α，α<1)的需求输出。马达基准需求输出(Pm)与MCU需求输出(Pmcu)之间的关系在下面的公式(1)中示出。
Pm＝Pmcu×α (1)
因此，当马达基准需求输出(Pm)用作马达需求输出以确定燃料电池的停止或重启时，作为阈值输出的马达阈值输出(Pm_th)应以根据车速(km/h)的值预设在映射中。
因此，当从行驶期间的驾驶信息确定马达基准需求输出(Pm)时，FCU 10通过将马达基准需求输出(Pm)与对应于当前车速的映射上的马达阈值输出(Pm_th)进行比较来确定燃料电池的停止或重启。
当马达基准需求输出(Pm)等于或大于从映射确定的马达阈值输出(Pm_th)(Pm≥Pm_th)时，FCU 10进行控制以将燃料电池保持在操作状态(启动状态)或者重启燃料电池，以使车辆在FC模式下行驶。
另一方面，当马达基准需求输出(Pm)小于马达阈值输出(Pm_th)(Pm＜Pm_th)时，FCU 10进行控制以保持燃料电池的停止状态或者当燃料电池处于操作状态(启动状态)时停止燃料电池，以使车辆在EV模式下行驶。
当将MCU需求输出(Pmcu)用作马达需求输出以确定燃料电池的停止或重启时，MCU阈值输出(Pmcu_th)应以根据车速(km/h)的值预设在映射中。
在这种情况下，当MCU需求输出(Pmcu)等于或大于MCU阈值输出(Pmcu_th)(Pmcu≥Pmcu_th)时，FCU 10进行控制以保持燃料电池的操作状态(启动状态)或者重启燃料电池，以使车辆在FC模式下行驶。相反，当MCU需求输出(Pmcu)小于MCU阈值输出(Pmcu_th)(Pmcu＜Pmcu_th)时，FCU 10进行控制以保持燃料电池的停止状态或者使燃料电池停止，以使车辆在EV模式下行驶。
如上所述，在EV模式下，车辆通过利用高压电池的输出驱动马达8来行驶，在FC模式下，考虑向燃料电池堆供应空气的压缩机的操作时间，车辆在高压电池产生输出之后利用燃料电池堆的输出驱动马达8来行驶。
本公开中利用不考虑燃料电池堆的劣化状态的常规阈值输出。但是，并非原样利用常规阈值输出，而是在通过利用表示劣化状态的ΔP值校正阈值输出之后利用常规阈值输出。
不考虑劣化状态的阈值输出，即校正前阈值输出(即，稍后将描述的基本阈值输出)通过对未发生劣化的相同规格的初始燃料电池堆进行初步测试后利用根据车速的值设置并调整阈值输出而利用。
在下文中，在本说明书中，将如上所述设置为未发生劣化的燃料电池堆的值的阈值输出称为基本阈值输出。作为实施例，当对基本阈值输出的利用进行详细分类时，将现有的马达阈值输出称为基本马达阈值输出(Pm_th_b)，并且将MCU阈值输出称为基本MCU阈值输出(Pmcu_th_b)。
当燃料电池堆劣化时，由于燃料电池堆的输出不足，因此车辆加速性能变差。当增加空气供应以满足所需的堆输出时，压缩机消耗能量增加并且如图3所示堆电流增加而改变堆电流操作点，使得燃料电池的系统效率和燃料效率变差。
因此，需要考虑燃料电池堆的劣化状态来确定燃料电池的停止或重启。此外，在本公开中，当确定燃料电池的停止或重启时，利用表示燃料电池堆的劣化程度和状态的ΔP(ΔP＝P设置-P平均)。
即，如上所述，当FCU 10的劣化判断部12确定表示燃料电池堆的劣化程度和状态的ΔP时，ΔP值被输入到FCU 10的输出控制部13。然后，输出控制部13通过将与当前的堆电流相对应的ΔP值(正值)和与当前的车速相对应的基本阈值输出相加来进行校正。
因此，FCU 10的输出控制部13将通过将与当前的堆电流相对应的ΔP值与基本阈值输出相加而校正的阈值输出，即校正后阈值输出与当前马达需求输出进行比较。此外，当马达需求输出等于或大于相同车速的校正后阈值输出时，FCU 10进行控制以保持燃料电池的操作状态(启动状态)或者当燃料电池处于停止状态时重启FC电池，以使车辆在FC模式下行驶。
另一方面，当马达需求输出小于相同车速的校正后阈值输出时，FCU 10进行控制以保持燃料电池的停止状态或者当燃料电池处于操作状态(启动状态)时停止燃料电池，以使车辆在EV模式下行驶。
如上所述，通过将正值的ΔP与基本阈值输出(校正前阈值输出)相加来校正阈值输出是即使在相同车速下也将阈值输出增加ΔP，因此这意味着燃料电池停止区域(EV模式区域)扩大。
此时，燃料电池堆1的劣化程度越大，图2中的ΔP(ΔP＝P设置-P平均)越大，最终，燃料电池堆1的劣化程度越大，在相同车速下校正后阈值输出相对越大。因此，燃料电池停止区域将进一步扩大。
图5是示出本公开中的用于确定燃料电池的停止或重启的普通映射的曲线图。
参照图5，作为基本阈值输出，示出了基本马达阈值输出(Pm_th_b)和基本MCU阈值输出(Pmcu_th_b)。此外，示出了通过将与当前堆电流相对应的ΔP值与基本马达阈值输出(Pm_th_b)相加而获得的校正后马达阈值输出(Pm_th_c)以及通过将与当前堆电流相对应的ΔP值与基本MCU阈值输出(Pmcu_th_b)相加而获得的校正后MCU阈值输出(Pmcu_th_c)。
当将基本马达阈值输出(Pm_th_b)用作基本阈值输出时，利用通过将与当前堆电流相对应的ΔP值与基本马达阈值输出(Pm_th_b)相加而获得的校正后马达阈值输出(Pm_th_c，Pm_th_c＝Pm_th_b+ΔP)。最终，将马达基准需求输出(Pm)与校正后马达阈值输出(Pm_th_c)进行比较，当马达基准需求输出(Pm)等于或大于校正后马达阈值输出(Pm_th_c)(Pm≥Pm_th_c)时，控制车辆在FC模式下行驶，但是当马达基准需求输出(Pm)小于校正后马达阈值输出(Pm_th_c)(Pm<Pm_th_c)时，控制车辆在EV模式下行驶。
此外，当将基本MCU阈值输出(Pmcu_th_b)用作基本阈值输出时，利用通过将与当前堆电流相对应的ΔP值与基本MCU阈值输出(Pmcu_th_b)相加而获得的校正后MCU阈值输出(Pmcu_th_c，Pmcu_th_c＝Pmcu_th_b+ΔP)。最终，将MCU需求输出(Pmcu)与校正后MCU阈值输出(Pmcu_th_c)进行比较，当MCU需求输出(Pmcu)等于或大于校正后MCU阈值输出(Pmcu_th_c)(Pmcu≥Pmcu_th_c)时，控制车辆在FC模式下行驶，但是当MCU需求输出(Pmcu)小于校正后MCU阈值输出(Pmcu_th_c)(Pmcu<Pmcu_th_c)时，控制车辆在EV模式下行驶。
然而，当难以应用根据堆劣化的ΔP值时，即，考虑高压电池的输出不满足马达需求输出的情况，单独设置用于确定燃料电池的停止或重启的校正后阈值输出的最大值。
详细地，当通过将与当前堆电流相对应的ΔP值与基本阈值输出相加而获得的校正后阈值输出等于或大于预先设置的最大值，即阈值输出的最大值时，通过利用阈值输出的最大值来确定燃料电池的停止或重启。
即，通过将预先设置的阈值输出的最大值与马达需求输出进行比较来确定燃料电池的停止或重启。
当马达需求输出等于或大于阈值输出的最大值时，控制车辆在FC模式下行驶。当马达需求输出小于阈值输出的最大值时，控制车辆在EV模式下行驶。
因此，可以将校正后阈值输出限制为不大于阈值输出的最大值。
本公开中阈值输出的最大值是根据车速的值，并且预先设置在FCU 10的输出控制部13中，并且从FCU 10的输出控制部13中选择与当前车速相对应的阈值输出的最大值以用于确定燃料电池的停止或重启。
在上面的描述中，具体地，马达需求输出可以是马达基准需求输出(Pm)或MCU需求输出(Pmcu)，阈值输出的最大值可以是马达阈值输出的最大值(Pm_th_max)或MCU阈值输出的最大值(Pmcu_th_max)。
参照图5，作为阈值输出的最大值，根据车速(km/h)设置马达阈值输出的最大值(Pm_th_max)和MCU阈值输出的最大值(Pmcu_th_max)。此外，可以利用马达阈值输出的最大值(Pm_th_max)和MCU阈值输出的最大值(Pmcu_th_max)中的一个。
因此，当校正后马达阈值输出(Pm_th_c)等于或大于马达阈值输出的最大值(Pm_th_max)(Pm_th_c≥Pm_th_max)时，通过将马达基准需求输出(Pm)与马达阈值输出的最大值(Pm_th_max)进行比较来确定燃料电池的停止或重启。
另一方面，当校正后MCU阈值输出(Pmcu_th_c)等于或大于MCU阈值输出的最大值(Pmcu_th_max)(Pmcu_th_c≥Pmcu_th_max)时，通过将MCU需求输出(Pmcu)与MCU阈值输出的最大值(Pmcu_th_max)进行比较来确定燃料电池的停止或重启。
图6是示出根据本公开的燃料电池的控制方法的流程图，并且上述控制过程被示为该流程图。
参照图6，在要控制的车辆的燃料电池系统中，电流检测部3和电压检测部4实时地监测并检测堆电流I和堆电压V(S11)。检测的堆电流I和堆电压V被实时地输入并存储在FCU10的存储器11中(S12)。
此外，FCU 10的劣化判断部12通过利用存储在存储器11中的堆电流I和堆电压V实时地计算针对每个堆电流的平均输出(P平均)(S13)。
然后，为了确定劣化状态，FCU 10的劣化判断部12通过利用针对每个堆电流设置的堆输出设置值(P设置)的数据来确定表示堆劣化状态的控制因子ΔP(S14)。
ΔP是与由电流检测部3检测的当前堆电流相对应的堆输出设置值(P设置)和与当前堆电流相对应的平均输出(P平均)之间的差。
然后，FCU 10的输出控制部13从劣化判断部12接收作为确定的输出差的ΔP值，然后从ΔP值判断燃料电池堆的劣化状态(S15)。
此时，当ΔP值大于0时，FCU 10的输出控制部13判断发生堆劣化。
另一方面，当ΔP值为0时，FCU 10(输出控制部)判断未发生堆劣化。当未发生堆劣化时，FCU 10的输出控制部13保持基本阈值输出作为用于确定燃料电池的停止或重启的阈值输出(S16)。
将与当前车速相对应的基本阈值输出与马达需求输出进行比较，以确定燃料电池的停止或重启(S21)。此后，通过控制器之间的协同控制，使燃料电池停止或重启(S22)。
在S21中，FCU 10(输出控制部)通过从映射确定与由车速检测部7检测的当前车速相对应的基本阈值输出并利用基本阈值输出。
在S21中，将马达需求输出与基本阈值输出进行比较，当马达需求输出等于或大于基本阈值输出时，控制燃料电池保持在操作状态(启动状态)或当燃料电池处于停止状态时重启燃料电池，然后控制车辆在利用燃料电池的输出驱动马达8的FC模式下行驶。
另一方面，当马达需求输出小于基本阈值输出时，控制燃料电池保持在停止状态或当燃料电池处于操作状态(启动状态)时停止燃料电池，然后控制车辆在利用电池的输出驱动马达8的EV模式下行驶。
此时，马达需求输出可以是MCU需求输出(Pmcu)或马达基准需求输出(Pm，Pm＝Pmcu×α)。此外，用于确定燃料电池的停止或重启的基本阈值输出可以是基本MCU阈值输出(Pmcu_th_b)或基本马达阈值输出(Pm_th_b，Pm_th_b＝Pmcu_th_b×α)。
同时，在S15中，当ΔP值大于0时，FCU 10的输出控制部13判断发生堆劣化。因此，输出控制部13通过将与当前堆电流相对应的ΔP值和与车速相对应的基本阈值输出相加来校正用于确定停止或重启的阈值输出(S17)。
此外，FCU 10的输出控制部13将校正后阈值输出和与当前车速相对应的阈值输出的最大值进行比较(S18)。当校正后阈值输出小于阈值输出的最大值时，输出控制部13通过利用校正后阈值输出来确定燃料电池的停止或重启(S20和S21)。
即，FCU 10的输出控制部13将马达需求输出与校正后阈值输出进行比较。当马达需求输出等于或大于校正后阈值输出时，输出控制部13进行控制以保持燃料电池的操作状态(启动状态)或当燃料电池处于停止状态时重启燃料电池，然后控制车辆在利用燃料电池的输出驱动马达8的FC模式下行驶(S22)。
另一方面，当马达需求输出小于校正后阈值输出时，FCU 10的输出控制部13进行控制以保持燃料电池的停止状态或当燃料电池处于操作状态(启动状态)时停止燃料电池，然后控制车辆在利用电池的输出驱动马达8的EV模式下行驶。
在此，阈值输出的最大值可以是马达阈值输出的最大值(Pm_th_max)或MCU阈值输出的最大值(Pmcu_th_max)。可以将马达阈值输出的最大值(Pm_th_max)设置为通过将相同车速的MCU阈值输出的最大值(Pmcu_th_max)乘以马达和减速器的能量传递效率(α)而获得的值(Pm_th_max＝Pmcu_th_max×α)。
此外，马达需求输出可以是MCU需求输出(Pmcu)或马达基准需求输出(Pm，Pm＝Pmcu×α)。此外，用于确定停止或重启的校正后阈值输出可以是通过将与当前堆电流相对应的ΔP值与基本MCU阈值输出(Pmcu_th_b)相加而获得的校正后MCU阈值输出(Pmcu_th_c)或者通过将与当前堆电流相对应的ΔP值与基本马达阈值输出(Pm_th_b)相加而获得的校正后马达阈值输出(Pm_th_c)。
可以通过将校正后MCU阈值输出(Pmcu_th_c)乘以马达和减速器的能量传递效率(α)来计算校正后马达阈值输出(Pm_th_c)(Pm_th_c＝Pmcu_th_c×α)。
同时，在S18中，当校正后阈值输出等于或大于阈值输出的最大值时，通过利用阈值输出的最大值来确定燃料电池的停止或重启(S19和S21)。当马达需求输出等于或大于阈值输出的最大值时，控制燃料电池保持在操作状态(启动状态)或者当燃料电池处于停止状态时重启燃料电池，然后控制车辆在利用燃料电池的输出驱动马达8的FC模式下行驶(S22)。
相反，当马达需求输出小于阈值输出的最大值时，控制燃料电池保持在停止状态或者当燃料电池处于操作状态(启动状态)时停止燃料电池，然后控制车辆在利用电池的输出驱动马达8的EV模式下行驶。
根据本公开的燃料电池的控制方法，判断燃料电池堆的劣化状态，以根据燃料电池堆的劣化状态来控制燃料电池堆的停止或重启。因此，本公开可以确保车辆的启动性能和超车性能，防止车辆的驾驶性能劣化，并且提高燃料电池的系统效率和燃料效率。
此外，本公开的燃料电池的控制方法中通过反映燃料电池堆的劣化状态在适当的时间停止或重启燃料电池堆。因此，可以减少燃料电池堆的高输出使用，这可以延迟进一步的劣化。
此外，本公开的燃料电池的控制方法中可以通过减少空气压缩机的操作来减少辅助机械消耗能量，并且可以减小辅助机械噪声。
尽管出于说明性目的描述了本公开的优选实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离所附权利要求书所提供的本公开的范围和宗旨的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (14)

1.一种燃料电池的控制方法，包括：
通过控制器收集燃料电池堆即FC堆的状态信息；
通过所述控制器从收集的所述燃料电池堆的状态信息判断所述燃料电池堆的劣化状态；
通过所述控制器基于判断的所述燃料电池堆的劣化状态信息校正与当前车辆驾驶状态相对应的基本阈值输出；
通过所述控制器将通过校正所述基本阈值输出所获得的校正后阈值输出与马达需求输出进行比较，并通过所述控制器确定所述燃料电池的停止或重启；以及
通过所述控制器进行控制以实现确定的所述燃料电池的停止或重启，
其中，通过所述控制器判断所述燃料电池堆的劣化状态包括：
从收集的所述燃料电池堆的状态信息获得所述燃料电池堆的平均性能值；以及
从获得的所述燃料电池堆的平均性能值与预先设置的所述燃料电池堆的设置值之间的差值确定所述燃料电池堆的劣化状态值，
在通过所述控制器校正所述基本阈值输出中，所述校正后阈值输出通过将确定的所述燃料电池堆的劣化状态值和与当前车辆驾驶状态相对应的所述基本阈值输出相加来获得。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，
所述燃料电池堆的状态信息包括堆电流和堆电压。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其中，
通过所述控制器判断所述燃料电池堆的劣化状态包括：
从针对所述燃料电池堆检测的所述堆电流和所述堆电压的数据计算作为针对每个堆电流的堆电压的平均值的平均电压，并存储所述平均电压；
从针对每个堆电流的平均电压计算针对每个堆电流的平均输出，并存储所述平均输出；以及
从针对每个堆电流的所述平均输出和预先设置的针对每个堆电流的堆输出设置值两者确定所述燃料电池堆的劣化状态值。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其中，
在判断所述燃料电池堆的劣化状态中，确定ΔP值作为所述燃料电池堆的劣化状态值，所述ΔP值通过与当前堆电流相对应的所述堆输出设置值和与所述当前堆电流相对应的所述平均输出之间的差来计算。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其中，
在通过所述控制器校正所述基本阈值输出中，所述校正后阈值输出通过将计算的所述ΔP值和与当前车辆驾驶状态相对应的所述基本阈值输出相加来获得。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其中，
所述燃料电池堆的平均性能值是作为针对每个堆电流的堆输出的平均值的平均输出。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其中，
所述车辆驾驶状态包括车速。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其中，
在通过所述控制器确定所述燃料电池的停止或重启中，当所述马达需求输出等于或大于所述校正后阈值输出时，所述控制器确定重启所述燃料电池。
9.根据权利要求1所述的控制方法，其中，
在通过所述控制器确定所述燃料电池的停止或重启中，当所述马达需求输出小于所述校正后阈值输出时，所述控制器确定停止所述燃料电池。
10.根据权利要求1所述的控制方法，其中，
在通过所述控制器确定所述燃料电池的停止或重启中，当所述校正后阈值输出等于或大于与当前车辆驾驶状态相对应的预先设置的阈值输出的最大值时，所述控制器通过将所述马达需求输出与阈值输出的最大值进行比较来确定所述燃料电池的停止或重启。
11.根据权利要求1所述的控制方法，其中，
在通过所述控制器确定所述燃料电池的停止或重启中，当所述校正后阈值输出小于与当前车辆驾驶状态相对应的预先设置的阈值输出的最大值时，所述控制器通过将所述马达需求输出与所述校正后阈值输出进行比较来确定所述燃料电池的停止或重启。
12.根据权利要求1所述的控制方法，进一步包括：
当所述控制器从判断的所述燃料电池堆的劣化状态判断所述燃料电池堆的劣化未发生时，通过将与当前车辆驾驶状态相对应的所述基本阈值输出与所述马达需求输出进行比较来确定所述燃料电池的停止或重启。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其中，
当所述马达需求输出等于或大于所述基本阈值输出时，所述控制器确定重启所述燃料电池。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其中，
当所述马达需求输出小于所述基本阈值输出时，所述控制器确定停止所述燃料电池。
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