CN114103733B - 一种氢燃料客车燃料效率监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢燃料客车燃料效率监控系统，包括：功率采集模块，用于采集氢燃料客车的实际功率需求；氢耗监控模块，用于对氢气燃料的消耗量进行监控；电堆监控模块，对氢燃料电堆的输出电压与电流进行监控；本发明通过对氢燃料电池电堆的工作效率实时监控反馈，以提升氢燃料客车对输出功率的精准调控；还根据客车的实际消耗能量与这一过程中记录计算的预计消耗能量进行对比，根据对比结果对反馈的电堆工作效率进行修正，以提升后续的输入燃料电池电堆的氢气流量与客车实际功率需求之间对应关系的精准度，避免客车的蓄电池长期处于缓慢充电或者亏电的过程，有利于蓄电池。
Description
技术领域
本发明属于氢燃料汽车技术领域，具体的，涉及一种氢燃料客车燃料效率监控系统。
背景技术
氢燃料客车是以氢燃料电池作为主要供能设备的客车，以氢气作为能源，在氢燃料客车的实际工作过程中，当客车启动时，整车控制器会实时采集客车的实际功率需求，并根据客车的实际功率需求控制氢存储装置的氢气输出流量，从而对氢燃料客车提供稳定的能量供应；
但是在实际工作过程中，由于氢燃料电池的工作效率受影响因素较多，会有一定的波动，且各执行阶段均会导致一定的误差，从而会导致在一段时间内，氢燃料电池供应的能量与客车实际消耗的能量一直会有较大的差距，进而导致蓄电池长时间处于耗电状态或充电状态，容易引发过充或蓄电池低电量状态，对蓄电池有较大的损伤，为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氢燃料客车燃料效率监控系统，解决现有技术中氢燃料客车的实际需求功率与氢存储装置实际输出的氢气流量无法准确匹配的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种氢燃料客车燃料效率监控系统，包括：
功率采集模块，用于采集氢燃料客车的实际功率需求；
氢耗监控模块，用于对氢气燃料的消耗量进行监控；
电堆监控模块，对氢燃料电堆的输出电压与电流进行监控；
所述氢燃料客车燃料效率监控系统的工作方法为：
第一步，功率采集模块采集氢燃料客车的实时功率需求P，并将其传输至控制器，控制器根据实时功率需求P与氢燃料电池电堆的实时工作效率Q计算得到应当输入氢燃料电池电堆的氢气量W1；
第二步，获取一段时间内实际输入氢燃料电池电堆的氢气量W2；
第三步，获取氢燃料电池电堆在工作时输出的电压与电流数据，并根据输出电压与电流获取氢燃料电堆运行时的伏安特性曲线，并根据氢燃料电堆的伏安特性曲线获取氢燃料电堆的实际输出功率K的变化曲线，然后根据实际输出功率K1的变化曲线得到燃料电池电堆在一段时间内的输出能量F1，根据燃料电池电堆的输出能量F1与实际输入的氢气量W2得到实时工作效率Q，并将Q值实时反馈至第一步中，用于计算应当输入氢燃料电池电堆中的氢气量W1。
作为本发明的进一步方案，在车辆启动时，首先通过额外加装的氢存储装置释放氢气，使氢输送管道以及氢燃料电池电堆充满氢气，然后再切换至氢存储装置进行氢气的补充。
作为本发明的进一步方案，氢耗监控模块包括安装在氢储罐出口处的第一流量计、安装在氢燃料电堆进口处的第二流量计，第一流量计用于监控氢储罐输出的氢气实时流量信息，第二流量计用于监控输入氢燃料电堆的氢气实时流量信息；
作为本发明的进一步方案，当单位时间内S1与S2的差值达到预设阈值时，报警装置报警。
作为本发明的进一步方案，控制器获取氢耗监控模块中的第一流量计与第二流量计监控得到流量信息S1与S2，当单位时间内S1与S2的差值未达到预设阈值时，计算两者的平均值，并将两者的平均值作为实际流量。
作为本发明的进一步方案，对氢燃料客车的蓄电池的输入功率以及输出功率进行监控，并根据蓄电池的输入功率、输出功率以及氢燃料电池电堆的实际输出功率K1计算得到氢燃料客车的实际消耗功率K2，并根据实际消耗功率K2得到氢燃料客车在一段时间内的实际消耗能量F2。
作为本发明的进一步方案，对氢燃料客车在一段时间内的实际消耗能量F2与氢燃料电池电堆输出的能量F1进行对比，当F2大于F1且差值大于预设值时，第三步反馈至第一步中的工作效率为Q-r，其中r为预设值，当F2小于F1且差值大于预设值时，第三步反馈至第一步中的工作效率为Q+r。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过对氢燃料客车输出的氢燃料流量以及氢燃料电池实际输出的能量进行监控，从而及时得到氢燃料的利用效率，具体的，本发明还通过对氢燃料电池电堆的输出功率与输入氢气量进行监控，以得到氢燃料电池电堆的工作效率，并将氢燃料电池电堆的工作效率实时反馈，以提升氢燃料客车对输出功率的精准调控；
(2)本发明通过对氢燃料电池电堆的输出功率以及客车蓄电池的充电以及输出功率进行监控以得到氢燃料客车在一段时间内的实际消耗能量，并根据客车的实际消耗能量与这一过程中记录计算的预计消耗能量进行对比，根据对比结果对反馈的电堆工作效率进行修正，以提升后续的输入燃料电池电堆的氢气流量与客车实际功率需求之间对应关系的精准度，避免客车的蓄电池长期处于缓慢充电或者亏电的过程，一方面有利于蓄电池的保养，另一方面能够方便客车蓄电池的管理工作。
具体实施方式
下面将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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种氢燃料客车燃料效率监控系统，包括：
功率采集模块，用于采集氢燃料客车的实际功率需求，并将信息传输至控制器；
氢耗监控模块，用于对氢气燃料的消耗量进行监控，并将氢燃料消耗量的信息传输至控制器；
具体的，氢耗监控模块包括安装在氢储罐出口处的第一流量计，第一流量计用于监控氢储罐输出的氢气实时流量信息，并将其传输至控制器；
氢耗监控模块包括安装在氢燃料电堆进口处的第二流量计，第二流量计用于监控输入氢燃料电堆的氢气实时流量信息，并将其传输至控制器；
氢耗监控模块还包括对氢存储装置进行称重的称重装置，称重装置将称取的氢存储装置的重量信息传输至控制器，获取氢存储装置的重量变化信息；
需要注意的是，称重装置获取的有效重量数据是在车辆处于平稳静止的状态下称取的，在本发明的一个实施例中，通过电子水平仪对称重装置的角度进行监控，只有当电子水平仪的角度小于预设阈值且车速为0时，称重装置才会进行重量数据的采集；
电堆监控模块，对氢燃料电堆的输出电压与电流进行监控，并将其传输至控制器；
上述的氢燃料客车燃料效率监控系统的工作方法为：
第一步，功率采集模块采集氢燃料客车的实时功率需求P，并将其传输至控制器，控制器根据实时功率需求P与氢燃料电池电堆的实时工作效率Q计算得到应当输入氢燃料电池电堆的氢气量W1，控制器根据该数据控制氢存储装置开放，向氢燃料电池电堆内输入氢气；
实时功率需求P是指客车在运行过程中所需的功率，其包括客车上耗电电子产品的功率以及电机功率，电机功率可根据油门踏板工作情况进行判断，在本发明的一个实施例中，对客车上所有耗电元件的功率进行标记，当一个耗电元件处于开启状态时，实时功率需求P对应增加，当一个开启的耗电元件关闭时，实际功率需求对应降低；
第二步，控制器获取氢耗监控模块中的第一流量计与第二流量计监控得到流量信息S1与S2，当单位时间内S1与S2的差值未达到预设阈值时，计算两者的平均值，并根据平均值计算得到一段时间内实际输入氢燃料电池电堆的氢气量W2；
当单位时间内S1与S2的差值达到预设阈值时，报警装置报警；
将这种情况判断为氢燃料电池车的输氢管道存在泄露或者流量计存在故障问题；
且每隔预设时间获取称重装置上传的重量变化信息H，根据S1计算一段时间内氢气的输出量H1，通过H1与H计算得到一段时间内氢气在氢存储装置中的泄漏量，当该泄漏量不超过预设阈值时，不对其进行处理，当该泄漏量超过预设阈值时，则报警装置报警；
为降低误差，在车辆启动时，首先通过额外加装的氢存储装置释放氢气，使氢输送管道以及氢燃料电池电堆充满氢气，然后再切换至氢存储装置进行氢气的补充；这样能够避免第一流量计与第二流量计开始工作时，氢燃料电池电堆在一段时间内进行反应，从而导致电堆的能量输出与氢气输入无法对应，导致误差较大，影响后续的工作；
第三步，获取氢燃料电池电堆在工作时输出的电压与电流数据，并根据输出电压与电流获取氢燃料电堆运行时的伏安特性曲线，并根据氢燃料电堆的伏安特性曲线获取氢燃料电堆的实际输出功率K1的变化曲线，然后根据实际输出功率K1的变化曲线得到燃料电池电堆在一段时间内的输出能量F1，根据燃料电池电堆的输出能量F1与实际输入的氢气量W2得到氢燃料客车的燃料效；
根据氢燃料电池电堆的氢气实际输入量W2以及输出能量F1计算得到氢燃料电池电堆的实时工作效率Q，并将该Q值实时反馈至第一步中，用于计算应当输入氢燃料电池电堆中的氢气量W1；
对氢燃料客车一段时间内的实际消耗功率进行监测，检测方法为：对氢燃料客车的蓄电池的输入功率以及输出功率进行监控，并根据蓄电池的输入功率、输出功率以及氢燃料电池电堆的实际输出功率K1计算得到氢燃料客车的实际消耗功率K2，并根据实际消耗功率K2得到氢燃料客车在一段时间内的实际消耗能量F2；
根据氢燃料客车在一段时间内的实际消耗能量F2与氢燃料电池电堆输出的能量F1对氢燃料电池电堆的实时工作效率Q进行调整，调整方式为，在第四步中计算得到的实时工作效率的基础上增加或减小一个预设的误差值，使实际消耗能量F2与氢燃料电池电堆输出的能量F1尽可能相等，使燃料电池电堆对客车的供电更加平稳合理，避免蓄电池长时间处于持续的缓慢充电或者缓慢亏电的过程；
具体的，对氢燃料客车在一段时间内的实际消耗能量F2与氢燃料电池电堆输出的能量F1进行对比，当F2大于F1且差值大于预设值时，第三步反馈至第一步中的工作效率为Q-r，其中r为预设值，当F2小于F1且差值大于预设值时，第三步反馈至第一步中的工作效率为Q+r；
本发明通过对氢燃料客车输出的氢燃料流量以及氢燃料电池实际输出的能量进行监控，从而及时得到氢燃料的利用效率，具体的，本发明还通过对氢燃料电池电堆的输出功率与输入氢气量进行监控，以得到氢燃料电池电堆的工作效率，并将氢燃料电池电堆的工作效率实时反馈，以提升氢燃料客车对输出功率的精准调控。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种氢燃料客车燃料效率监控系统的工作方法，其特征在于，氢燃料客车燃料效率监控系统包括：
功率采集模块，用于采集氢燃料客车的实际功率需求；
氢耗监控模块，用于对氢气燃料的消耗量进行监控；
电堆监控模块，对氢燃料电堆的输出电压与电流进行监控；
所述氢燃料客车燃料效率监控系统的工作方法为：
第一步，功率采集模块采集氢燃料客车的实时功率需求P，并将其传输至控制器，控制器根据实时功率需求P与氢燃料电池电堆的实时工作效率Q计算得到应当输入氢燃料电池电堆的氢气量W1；
第二步，获取一段时间内实际输入氢燃料电池电堆的氢气量W2；
第三步，获取氢燃料电池电堆在工作时输出的电压与电流数据，并根据输出电压与电流获取氢燃料电堆运行时的伏安特性曲线，并根据氢燃料电堆的伏安特性曲线获取氢燃料电堆的实际输出功率K1的变化曲线，然后根据实际输出功率K1的变化曲线得到燃料电池电堆在一段时间内的输出能量F1，根据燃料电池电堆的输出能量F1与实际输入的氢气量W2得到实时工作效率Q，并将Q值实时反馈至第一步中，用于计算应当输入氢燃料电池电堆中的氢气量W1；
对氢燃料客车的蓄电池的输入功率以及输出功率进行监控，并根据蓄电池的输入功率、输出功率以及氢燃料电池电堆的实际输出功率K1计算得到氢燃料客车的实际消耗功率K2，并根据实际消耗功率K2得到氢燃料客车在一段时间内的实际消耗能量F2；
对氢燃料客车在一段时间内的实际消耗能量F2与氢燃料电池电堆输出的能量F1进行对比，当F2大于F1且差值大于预设值时，第三步反馈至第一步中的工作效率为Q-r，其中r为预设值，当F2小于F1且差值大于预设值时，第三步反馈至第一步中的工作效率为Q+r。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料客车燃料效率监控系统的工作方法，其特征在于，在车辆启动时，首先通过额外加装的氢存储装置释放氢气，使氢输送管道以及氢燃料电池电堆充满氢气，然后再切换至氢存储装置进行氢气的补充。
3.根据权利要求1所述的一种氢燃料客车燃料效率监控系统的工作方法，其特征在于，氢耗监控模块包括安装在氢储罐出口处的第一流量计、安装在氢燃料电堆进口处的第二流量计，第一流量计用于监控氢储罐输出的氢气实时流量信息，第二流量计用于监控输入氢燃料电堆的氢气实时流量信息。
4.根据权利要求3所述的一种氢燃料客车燃料效率监控系统的工作方法，其特征在于，控制器获取氢耗监控模块中的第一流量计与第二流量计监控得到第一流量信息S1与第二流量信息S2，当单位时间内第一流量信息S1与第二流量信息S2的差值未达到预设阈值时，计算两者的平均值，并将两者的平均值作为实际流量。
5.根据权利要求4所述的一种氢燃料客车燃料效率监控系统的工作方法，其特征在于，当单位时间内第一流量信息S1与第二流量信息S2的差值达到预设阈值时，报警装置报警。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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