CN114628744B - 一种燃料电池车供氧控制方法、装置、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池车供氧控制方法、装置、设备和介质，包括：根据燃料电池车的目标输出功率，确定燃料电池车中空压机的标准转速，标准转速是燃料电池车在目标含氧量的环境中标定得到的转速；获取燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量；根据标准转速和大气含氧量，确定空压机的目标转速，并控制空压机以目标转速为燃料电池车中的燃料电池输送空气。本申请提供的控制方法可以使燃料电池车适应由于海拔高度不同带来的含氧量的不同的环境变化，并始终保持在较优的运行状态，以保证燃料电池车可以更加精准地响应驾驶需求。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种燃料电池车供氧控制方法、装置、设备和介质。
背景技术
氢燃料电池指的是氢通过与氧的化学反应而产生电能的装置。氢燃料电池车的驱动力来自于车上的电动机就像纯电动车一样，因此氢燃料电池车可以理解为一辆“自带氢燃料发电机的电动车”。
燃料电池工作原理是氧气和氢气发生电化学反应产生电能，原有的空气供给系统所有标定参数都是基于平原地带来进行设计。然而，平原和高原地区氧气含量是有很大差异的，如果在高原地区还采用原有的标定参数和控制策略，是无法满足燃料电池性能要求的。因此，如何使氢燃料电池车满足不同含氧量环境下的使用需求，是亟需解决的问题。
发明内容
本申请实施例通过提供一种燃料电池车供氧控制方法、装置、设备和介质，解决了现有技术中氢燃料电池车无法满足不同含氧量环境下的使用需求的技术问题，实现了能在不同含氧量环境下调整氧气进气量，以满足不同含氧量环境下的使用需求的技术效果。
第一方面，本申请提供了一种燃料电池车供氧控制方法，方法包括：
根据燃料电池车的目标输出功率，确定燃料电池车中空压机的标准转速，标准转速是燃料电池车在目标含氧量的环境中标定得到的转速；
获取燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量；
根据标准转速和大气含氧量，确定空压机的目标转速，并控制空压机以目标转速为燃料电池车中的燃料电池输送空气。
进一步地，根据标准转速和大气含氧量，确定空压机的目标转速，包括：
确定空压机与大气含氧量对应的转速调整参数；
根据标准转速和转速调整参数，确定目标转速。
进一步地，根据标准转速和转速调整参数，确定目标转速，包括：
根据标准转速和转速调整参数，确定空压机的前馈转速；
根据标准进气量和转速调整参数，确定空压机的前馈进气量，其中，标准进气量是根据目标输出功率确定的；
根据前馈进气量和燃料电池的实际进气量，确定空压机的偏差转速；
根据偏差转速和前馈转速，确定目标转速。
进一步地，根据标准转速和转速调整参数，确定目标转速，包括：
根据标准步进参数和转速调整参数，确定空压机的前馈步进参数，标准步进参数时根据目标输出功率确定的；
根据大气含氧量、目标输出功率和空压机的功率特性，确定空压机的待定转速；
根据空压机的实际转速、待定转速和前馈步进参数，确定空压机的目标转速。
进一步地，在获取燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量之后，方法还包括：
获取空压机在预设时间段内的实际转速和排量参数，以及获取燃料电池车中流量计在预设时间段内采集的实际进气量；
根据实际转速和排量参数，确定燃料电池的理论进气量；
根据理论进气量和实际进气量，确定燃料电池车中的氧气浓度传感器是否处于故障状态。
进一步地，获取燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量，包括：
从燃料电池车的N个氧气浓度传感器中获取氧气浓度数据，N为大于等于2的整数；
根据N个氧气浓度传感器的氧气浓度数据，确定燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量。
进一步地，在根据标准转速和大气含氧量，确定空压机的目标转速之后，方法还包括：
判断目标转速是否处于安全转速范围内；
当目标转速处于安全转速范围内时，控制空压机按照目标转速为燃料电池车中的燃料电池输送空气。
第二方面，本申请提供了一种燃料电池车供氧控制装置，装置包括：
标准转速确定模块，用于根据燃料电池车的目标输出功率，确定燃料电池车中空压机的标准转速，标准转速是燃料电池车在目标含氧量的环境中标定得到的转速；
大气含氧量获取模块，用于获取燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量；
目标转速确定模块，用于根据标准转速和大气含氧量，确定空压机的目标转速，并控制空压机以目标转速为燃料电池车中的燃料电池输送空气。
第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，处理器被配置为执行以实现第一方面提供的一种燃料电池车供氧控制方法。
第四方面，本申请提供了一种非临时性计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行实现第一方面提供的一种燃料电池车供氧控制方法。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请通过燃料电池车的目标输出功率，可以确定燃料电池中空压机在目标含氧量的环境中对应的标准转速，并获取燃料电池车当前环境中的大气含氧量，通过大气含氧量的不同对标准转速进行修正，使得燃料电池车可以适合当前环境的大气含氧量，燃料电池车的性能处于较优状态下。也就是说，本申请提供的控制方法可以使燃料电池车适应由于海拔高度不同带来的含氧量的不同的环境变化，并始终保持在较优的运行状态，以保证燃料电池车可以更加精准地响应驾驶需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种氧气供应系统的结构示意图；
图2为与图1所示的氧气供应系统对应的电气原理图；
图3为本申请提供的一种燃料电池车供氧控制方法的步骤示意图；
图4为本申请提供的前馈PID控制模式的流程示意图；
图5为本申请提供的一种燃料电池车供氧控制方法的流程示意图；
图6为本申请提供的一种确定大气含氧量的方法流程图；
图7为本申请提供的一种燃料电池车供氧控制装置的结构示意图；
图8为本申请提供的一种电子设备的结构示意图。
附图标记：
1-氧气浓度传感器，2-氧气浓度传感器，3-进气口，4-空气净化装置，5-空气流量计，6-供氧空气压缩系统，7-压缩空气冷却装置，8-单向二通阀，9-空气增湿系统，10-空气进堆温压传感器，11-空气出堆温压传感器，12-燃料电池。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种燃料电池车供氧控制方法，解决了现有技术中氢燃料电池车无法满足不同含氧量环境下的使用需求的技术问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种燃料电池车供氧控制方法，方法包括：根据燃料电池车的目标输出功率，确定燃料电池车中空压机的标准转速，标准转速是燃料电池车在目标含氧量的环境中标定得到的转速；获取燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量；根据标准转速和大气含氧量，确定空压机的目标转速，并控制空压机以目标转速为燃料电池车中的燃料电池输送空气。
本申请通过燃料电池车的目标输出功率，可以确定燃料电池中空压机在目标含氧量的环境中对应的标准转速，并获取燃料电池车当前环境中的大气含氧量，通过大气含氧量的不同对标准转速进行修正，使得燃料电池车可以适合当前环境的大气含氧量，燃料电池车的性能处于较优状态下。也就是说，本申请提供的控制方法可以使燃料电池车适应由于海拔高度不同带来的含氧量的不同的环境变化，并始终保持在较优的运行状态，以保证燃料电池车可以更加精准地响应驾驶需求。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本实施例提供的燃料电池车供氧控制方法可以应用于如图1所示的氧气供应系统中。图1所示的氧气供应系统包括FCU控制单元(Fuel Control Unit，燃料电池控制单元，图1中未示出)、氧气浓度传感器(图1中设置有两个氧气浓度传感器，分别是氧气浓度传感器1和氧气浓度传感器2)、进气口3、空气净化装置4、空气流量计5、供氧空气压缩系统6、压缩空气冷却装置7、单向二通阀8、空气增湿系统9、空气进堆温压传感器10、空气出堆温压传感器11以及燃料电池12。
图1所示的氧气供应系统得工作流程大致如下：
空气进入进气口3时，氧气浓度传感器1、2会对氧气浓度数据进行采集。空气由进气口3经过空气净化装置4，空气净化装置4除去空气中的灰尘和杂质，防止灰尘和杂质污染氢燃料电池反应堆，降低氢燃料电池反应堆的使用寿命。净化后的空气经过空气流量计5流入供氧空气压缩系统6，供氧空气压缩系统6对空气进行压缩。由于空气经过加压后温度比较高，因此压缩后的空气进入压缩空气冷却装置7进行降温处理。降温后的压缩空气通过单向二通阀8流入到空气增湿系统9中，再由空气增湿系统9直接进入氢燃料电池12中，空气进堆和出堆分别设有温压一体传感器10、11，用于检测氧气供应系统进堆和出堆的温度和压力。
图2是与图1匹配的电气原理图。燃料电池通过氢气和氧气反应产生电能，并通过高压配电系统将电能传输给其他高压系统、辅助能源系统或者供氧空气压缩系统。其中，辅助能源系统用来存储多余能量以及为车辆启动，加速提供能量。供氧空气压缩系统为氢燃料电池系统提供氧气供应，使得氧气能顺利进入电堆。整车控制器根据整车需求向FCU控制单元发送目标输出功率。
FCU控制单元用于从整车控制器获取目标输出功率，从空气流量计获取空气流量信息，从氧气浓度传感器获取进气口氧气浓度信息，从出堆温压传感器和进堆温压传感器获取出堆空气和进堆空气的温度和压力，并根据这些信息调整空压机(即供氧空气压缩系统中空气压缩机)的运行参数，调整方式将在后续说明，此处不再赘述。
本实施例提供的如图3所示的一种燃料电池车供氧控制方法，应用于FCU控制单元，控制方法具体包括：
步骤S31，根据燃料电池车的目标输出功率，确定燃料电池车中空压机的标准转速，标准转速是燃料电池车在目标含氧量的环境中标定得到的转速；
步骤S32，获取燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量；
步骤S33，根据标准转速和大气含氧量，确定空压机的目标转速，并控制空压机以目标转速为燃料电池车中的燃料电池输送空气。
FCU控制单元从整车控制器获取燃料电池车的目标输出功率，FCU根据目标输出功率可以确定标定工况下空压机对应的标准转速。
例如，燃料电池车在海拔100米的地方生产，其对应的含氧量为20％，那么燃料电池车的标定工况可以是以20％左右的含氧量计算空压机的空气输入量，进而确定空压机的标准转速，并将空气输入量与标准转速记录在燃料电池车的存储系统中，以便后续使用。
然而，燃料电池车在实际行驶过程中，随着地理位置的变化，其海拔高度也在随之变化，海拔越高，其氧气含量越低。当空气中氧气含量较低时，燃料电池车吸入同样流量的空气所获得的氧气较少，使得燃料电池车无法全功率运行，导致燃料电池车的性能受限。
本实施例为了解决上述问题，通过氧气浓度传感器检测燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量，并确定出与当前的大气含氧量匹配的转速调整参数，通过转速调整参数对标准转速进行修正，使得空压机能够为燃料电池堆提供足够的氧气，以保证燃料电池车的性能。
其中，不同的大气含氧量对应不同的转速调整参数，转速调整参数可以根据不同的车型进行调整。
例如，如表1所示，当大气含氧量处于0-100米海拔对应的含氧量时，转速调整参数取1；当大气含氧量处于100-1000米海拔对应的含氧量时，转速调整参数取1.05。在1000-2000米的海拔范围内，由于地理位置差异，可能含氧量也不一样，因此，可以设置1000-2000米的海拔范围对应不同的转速调整参数，具体可以根据实际情况进行设定。若标定转速是0-100米含氧量范围对应的转速为X，那么当车辆处于100-1000米含氧量范围内时，对应的目标转速可以是X乘以1.05，得到最终的目标转速。
表1含氧量与对应的转速调整参数
综上所述，本实施例通过燃料电池车的目标输出功率，可以确定燃料电池中空压机在目标含氧量的环境中对应的标准转速，并获取燃料电池车当前环境中的大气含氧量，确定该大气含氧量对应的转速调整参数，通过转速调整参数对标准转速进行修正，使得燃料电池车可以适合当前环境的大气含氧量，燃料电池车的性能处于较优状态下。也就是说，本实施例提供的控制方法可以使燃料电池车适应由于海拔高度不同带来的含氧量的不同的环境变化，并始终保持在较优的运行状态，以保证燃料电池车可以更加精准地响应驾驶需求。
进一步地，本实施例针对空压机提供了两种不同的控制模式，包括前馈PID(P表示偏差比例，I表示积分，D表示微分)控制模式和步进调速模式。其中，前馈PID控制模式适合含氧量相对较高的海拔环境(低海拔环境)中使用，步进调速模式适合含氧量相对较低的海拔环境(高海拔环境)中使用。
因此，可以设置预设含氧量阈值，在获取燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量之后，可以判断大气含氧量是否大于等于预设含氧量阈值，当大气含氧量大于等于预设含氧量阈值时，则采用前馈PID控制模式，当大气含氧量小于预设含氧量阈值时，则采用步进调速模式。
【前馈PID控制模式】
根据标准转速和转速调整参数，确定空压机的目标转速，包括：
步骤S41，根据标准转速和转速调整参数，确定空压机的前馈转速；
步骤S42，根据标准进气量和转速调整参数，确定空压机的前馈进气量，其中，标准进气量是根据目标输出功率确定的；
步骤S43，根据前馈进气量和燃料电池的实际进气量，确定空压机的偏差转速；
步骤S44，根据偏差转速和前馈转速，确定目标转速。
根据标准转速和转速调整参数，可以确定空压机的前馈转速。前馈转速只是基于燃料电池车的目标输出功率所确定的开环转速。
根据目标输出功率，可以确定燃料电池所需要的标准进气量，而这个标准进气量也是在目标含氧量的标准工况在标定得到的，该标准进气量可能并不适用于燃料电池车当前所处环境的大气含氧量。因此，需要根据目标输出功率和转速调整参数，确定空压机的前馈进气量，前馈进气量是指在当前大气含氧量的环境下燃料电池所需的理想进气量。
获取燃料电池的实际进气量，根据实际进气量和前馈进气量，就能确定燃料电池的进气偏差量，根据该进气偏差量就能确定空压机的偏差转速，根据前述确定的前馈转速和偏差转速，就可以确定空压机的目标转速。
根据上述步骤S41-步骤S44确定的目标转速可能会超出空压机某些部件能承受的转速，存在安全隐患，因此，在根据标准转速和转速调整参数，确定空压机的目标转速之后，可以判断目标转速是否处于安全转速范围内；当目标转速处于安全转速范围内时，控制空压机按照目标转速为燃料电池车中的燃料电池输送空气。当目标转速未处于安全转速范围内时，则需要舍弃前述确定的目标转速，并在安全转速范围内指定一个转速，控制空压机按照指定的转速为燃料电池车中的燃料电池输送空气。
现结合图4和图5提供的示例，对前馈PID控制模式进行如下说明：
标准转速可以通过在燃料电池稳态工作点标定出对应的标准流量、标准压力以及对应的空压机转速百分比。根据整车控制器发送目标输出功率，即通过升压直流变压器转换为对应的电流Idcdc_set。根据Idcdc_set，通过前馈控制器确定出标准转速NACS_ff，根据系数补偿计算模块确定出转速调整参数K1，根据标准转速和转速调整参数，可以确定出前馈转速NACS_ff1＝K1*NACS_ff。
根据Idcdc_set，通过进堆空气流量目标值计算模块确定出标准流量Fair_req，根据转速调整参数K1，对标准流量Fair_req进行调整，得到前馈进气量Fair_req1。获取实际进气量Fact，确定偏差进气量efdiff(efdiff＝K1*Fair_reg-Fact)，结合相对应的比例系数Kp(参照相关技术中的比例系数规定，此处不再赘述)和积分系数Ki(参照相关技术中的积分系数规定，此处不再赘述)，得到空压机PID控制输出值NACS_var，空压机的目标转速NACS_ctr＝NACS_ff1+NACS_var。通过转速限制模块确定目标转速NACS_ctr是否超过安全转速范围，若超过，则重新在安全转速范围内指定一个转速作为最终的目标转速NACS_req，若没有超过，则将NACS_ctr作为最终的目标转速NACS_req。
【步进调速模式】
根据标准转速和转速调整参数，确定空压机的目标转速，包括：
步骤S51，根据标准步进参数和转速调整参数，确定空压机的前馈步进参数，标准步进参数时根据目标输出功率确定的；
步骤S52，根据大气含氧量、目标输出功率和空压机的功率特性，确定空压机的待定转速；
步骤S53，根据空压机的实际转速、待定转速和前馈步进参数，确定空压机的目标转速。
结合图5，对步进调速模式进行说明。根据目标输出功率，可以查询空压机调速步进数据库，从数据库中确定目标输出功率对应的标准步进参数。标准步进参数与标准转速类似，可以在某一大气含氧量范围内标定。根据标准步进参数和转速调整参数，可以对标准步进参数进行偏移，进而得到适合当前大气含氧量下工作的前馈步进参数。
根据大气含氧量、目标输出功率和空压机的功率特性，可以确定空压机在当前大气含氧量下的待定转速，即空压机在当前大气含氧量在的理想转速。
获取空压机的实际转速，比较实际转速和待定转速，确定实际转速和待定转速的差异值，并进一步确定差异值与前馈步进参数之间的关系。
当待定转速与实际转速的差值大于前馈步进参数时，那么待定转速与实际转速之间的差异较大，且超过了前馈步进参数，此时则将前馈步进参数与实际转速之和作为最终的目标转速。
当待定转速与实际转速的差值的绝对值小于前馈步进参数时，那么待定转速与实际转速之间的差异较小，此时则将待定转速作为最终的目标转速。
当待定转速与实际转速的差值小于前馈步进参数的负数时，那么实际转速比待定转速大得多，且超过了前馈步进参数，此时则将前馈步进参数与实际转速之差作为最终的目标转速。
例如，将实际转速记为Vact，前馈步进参数记为S1，待定转速记为Vset，目标转速记为Vobj。
若Vset-Vact>S1，则目标转速Vobj＝Vact+S1；
若S1>＝|Vset-Vact|>＝0，则FCU发送目标转速Vobj＝Vset；
若Vset-Vact<-S1，则FCU发送目标转速Vobj＝Vact-S1。
综上所述，本实施例根据大气含氧量的不同，提供了前馈PID控制模式和步进调速模式，可以减少海拔含氧量变化对燃料电池进堆空气需求量的影响，让供氧系统更加稳定运行。
本实施例提供的上述方案主要依赖于氧气浓度传感器检测的大气含氧量，若氧气浓度传感器出现故障，将导致大气含氧量错误，进而影响供氧系统的正常运行，因此，本实施例还提供了两种方案，以保证大气含氧量的准确性。
【方案一，确定氧气浓度传感器是否处于故障状态】
步骤S61，获取空压机在预设时间段内的实际转速和排量参数，以及获取燃料电池车中流量计在预设时间段内采集的实际进气量；
步骤S62，根据预设时间段内的实际转速和排量参数，确定燃料电池的理论进气量；
步骤S63，根据理论进气量和实际进气量，确定燃料电池车中的氧气浓度传感器是否处于故障状态。
如图6所示，将实际转速记为V3，预设时间段记为t1，排量参数(每百转排量)记为P，理论进气量记为F1，那么理论进气量可以使用公式(1)确定。
F1＝∫t1(P*Vs/100) (1)
将实际进气量记为Fc，将实际进气量与理论进气量之间的偏差进气量记为F2，那么偏差进气量可以使用公式(2)确定。
F2＝Fc-F1 (2)
根据F2与F1的比值与预设比例阈值的关系，确定氧气浓度传感器是否发生故障。
例如，当F2与F1的比值小于等于10％，则认为氧气浓度传感器采集的氧气浓度数据准确度较高，氧气浓度传感器不存在故障。
当F2与F1的比值大于10％，则认为氧气浓度传感器采集的氧气浓度数据准确度较低，氧气浓度传感器存在故障，进而可以发出报警提示，以提醒驾驶员及时更换氧气浓度传感器。
【方案二】
步骤S71，从燃料电池车的N个氧气浓度传感器中获取氧气浓度数据，N为大于等于2的整数；
步骤S72，根据N个氧气浓度传感器的氧气浓度数据，确定燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量。
设置多个氧气浓度传感器，根据多个氧气浓度传感器采集的氧气浓度数据确定当前的大气含氧量，可以避免个别氧气浓度传感器故障带来的大气含氧量准确性降低的影响。
现结合图5，以两个氧气浓度传感器为例，提供如下大气含氧量的确定方式。
车辆启动上电后，燃料电池控制器FCU实时采集氧气浓度传感器1的氧气浓度C1以及氧气传感器2的氧气浓度C2，并记录记录氧气浓度传感器1上一时刻采集浓度C11，氧气浓度传感器2上一时刻采集浓度C22。若车辆刚启动，则可以认为C11＝C1，C22＝C2。
那么当前的大气含氧量可以根据公式(3)确定。
C＝(C1+C2+C11+C22)/4 (3)
FCU根据大气含氧量与空压机标定的转速调整参数的相关数据，得到对应该大气含氧量下空压机的转速调整参数K1；
燃料电池控制器FCU根据整车控制器发出的目标输出功率，利用功率应答模块，计算出燃料电堆目标电流Idcdc_set。
根据大气含氧量C，确认空压机转速控制模式。如果含氧量在海拔2000m以及以下区间，空压机控制采用前馈PID调速模式，如果当前含氧量在2000m以上，则采用步进调速模式。
综上所述，本实施例通过氧气浓度传感器，以检测氧气进气口处的氧气浓度。设置多个氧气浓度传感器，可以增加氧气供应系统的采集精准度和容错性，同时可以提高系统控制方法的准确性。根据不同海拔下的大气含氧量，对空压机转速进行合适的修正，既保证了氧气的供应速率，同时也有利于提高压缩机的使用寿命。根据不同海拔区间划分确定不同的空压机转速控制策略，可以减少海拔对燃料电池进堆空气需求量的影响，让系统更加稳定运行。本实施例还采用闭环控制，利用流量计作为一段时间氧气进入量核对值，既能达到精准的控制目的，同时还能反向监测氧气浓度传感器的状态，提高系统的自检能力。本实施例提供的氧气供应系统和控制方法成本低廉，简单易行，能普遍适用于各种氢燃料电池汽车。
基于同一发明构思，本实施例提供了如图7所示的一种燃料电池车供氧控制装置，装置包括：
标准转速确定模块71，用于根据燃料电池车的目标输出功率，确定燃料电池车中空压机的标准转速，标准转速是燃料电池车在目标含氧量的环境中标定得到的转速；
大气含氧量获取模块72，用于获取燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量；
目标转速确定模块73，用于根据标准转速和大气含氧量，确定空压机的目标转速，并控制空压机以目标转速为燃料电池车中的燃料电池输送空气。
进一步地，目标转速确定模块73，包括：
转速调整参数子模块，用于确定空压机与大气含氧量对应的转速调整参数；
目标转速确定子模块，用于根据标准转速和转速调整参数，确定目标转速。
进一步地，目标转速确定子模块具体用于：
根据标准转速和转速调整参数，确定空压机的前馈转速；
根据标准进气量和转速调整参数，确定空压机的前馈进气量，其中，标准进气量是根据目标输出功率确定的；
根据前馈进气量和燃料电池的实际进气量，确定空压机的偏差转速；
根据偏差转速和前馈转速，确定目标转速。
进一步地，目标转速确定子模块具体用于：
根据标准步进参数和转速调整参数，确定空压机的前馈步进参数，标准步进参数时根据目标输出功率确定的；
根据大气含氧量、目标输出功率和空压机的功率特性，确定空压机的待定转速；
根据空压机的实际转速、待定转速和前馈步进参数，确定空压机的目标转速。
进一步地，装置还包括故障识别模块，用于：
获取空压机在预设时间段内的实际转速和排量参数，以及获取燃料电池车中流量计在预设时间段内采集的实际进气量；
根据实际转速和排量参数，确定燃料电池的理论进气量；
根据理论进气量和实际进气量，确定燃料电池车中的氧气浓度传感器是否处于故障状态。
进一步地，大气含氧量确定模块具体用于：
从燃料电池车的N个氧气浓度传感器中获取氧气浓度数据，N为大于等于2的整数；
根据N个氧气浓度传感器的氧气浓度数据，确定燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量。
进一步地，装置还包括安全模块，安全模块用于：
判断目标转速是否处于安全转速范围内；
当目标转速处于安全转速范围内时，控制空压机按照目标转速为燃料电池车中的燃料电池输送空气。
基于同一发明构思，本实施例提供了如图8所示的一种电子设备，包括：
处理器81；
用于存储处理器81可执行指令的存储器82；
其中，处理器81被配置为执行以实现一种燃料电池车供氧控制方法。
基于同一发明构思，本实施例提供了一种非临时性计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由电子设备的处理器81执行时，使得电子设备能够执行实现一种燃料电池车供氧控制方法。
由于本实施例所介绍的电子设备为实施本申请实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，故而基于本申请实施例中所介绍的信息处理的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，都属于本申请所欲保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种燃料电池车供氧控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据燃料电池车的目标输出功率，确定所述燃料电池车中空压机的标准转速，所述标准转速是所述燃料电池车在目标含氧量的环境中标定得到的转速；
获取所述燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量；
根据所述标准转速和所述大气含氧量，确定所述空压机的目标转速，并控制所述空压机以所述目标转速为所述燃料电池车中的燃料电池输送空气，使得所述燃料电池车的性能在当前环境的大气含氧量中处于较优状态；
根据所述标准转速和所述大气含氧量，确定所述空压机的目标转速，包括：
当所述大气含氧量大于等于预设含氧量阈值时，采用前馈PID控制模式；根据所述标准转速和转速调整参数，确定所述空压机的前馈转速；根据标准进气量和所述转速调整参数，确定所述空压机的前馈进气量，其中，所述转速调整参数是指与当前的大气含氧量匹配的调整参数，所述标准进气量是根据所述目标输出功率确定的；根据所述前馈进气量和所述燃料电池的实际进气量，确定所述空压机的偏差转速；根据所述偏差转速和所述前馈转速，确定所述目标转速；
当所述大气含氧量小于所述预设含氧量阈值时，则采用步进调速模式；根据标准步进参数和所述转速调整参数，确定所述空压机的前馈步进参数，所述标准步进参数是根据所述目标输出功率确定的；根据所述大气含氧量、所述目标输出功率和所述空压机的功率特性，确定所述空压机的待定转速；根据所述空压机的实际转速、所述待定转速和所述前馈步进参数，确定所述空压机的所述目标转速。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量之后，所述方法还包括：
获取所述空压机在预设时间段内的实际转速和排量参数，以及获取所述燃料电池车中流量计在所述预设时间段内采集的实际进气量；
根据所述实际转速和所述排量参数，确定所述燃料电池的理论进气量；
根据所述理论进气量和所述实际进气量，确定所述燃料电池车中的氧气浓度传感器是否处于故障状态。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量，包括：
从所述燃料电池车的N个氧气浓度传感器中获取氧气浓度数据，N为大于等于2的整数；
根据所述N个氧气浓度传感器的氧气浓度数据，确定所述燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述标准转速和所述大气含氧量，确定所述空压机的目标转速之后，所述方法还包括：
判断所述目标转速是否处于安全转速范围内；
当所述目标转速处于所述安全转速范围内时，控制所述空压机按照所述目标转速为所述燃料电池车中的燃料电池输送空气。
5.一种燃料电池车供氧控制装置，其特征在于，所述装置包括：
标准转速确定模块，用于根据燃料电池车的目标输出功率，确定所述燃料电池车中空压机的标准转速，所述标准转速是所述燃料电池车在目标含氧量的环境中标定得到的转速；
大气含氧量获取模块，用于获取所述燃料电池车当前所在海拔高度环境中的大气含氧量；
目标转速确定模块，用于根据所述标准转速和所述大气含氧量，确定所述空压机的目标转速，并控制所述空压机以所述目标转速为所述燃料电池车中的燃料电池输送空气，使得所述燃料电池车的性能在当前环境的大气含氧量中处于较优状态；
所述目标转速确定模块，用于：
当所述大气含氧量大于等于预设含氧量阈值时，采用前馈PID控制模式，根据所述标准转速和转速调整参数，确定所述空压机的前馈转速；根据标准进气量和所述转速调整参数，确定所述空压机的前馈进气量，其中，所述转速调整参数是指与当前的大气含氧量匹配的调整参数，所述标准进气量是根据所述目标输出功率确定的；根据所述前馈进气量和所述燃料电池的实际进气量，确定所述空压机的偏差转速；根据所述偏差转速和所述前馈转速，确定所述目标转速；
当所述大气含氧量小于所述预设含氧量阈值时，则采用步进调速模式，根据标准步进参数和所述转速调整参数，确定所述空压机的前馈步进参数，所述标准步进参数是根据所述目标输出功率确定的；根据所述大气含氧量、所述目标输出功率和所述空压机的功率特性，确定所述空压机的待定转速；根据所述空压机的实际转速、所述待定转速和所述前馈步进参数，确定所述空压机的所述目标转速。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行以实现如权利要求1至4中任一项所述的一种燃料电池车供氧控制方法。
7.一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行实现如权利要求1至4中任一项所述的一种燃料电池车供氧控制方法。
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Citations (7)
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Patent Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| DE102013227041A1 (de) * | 2013-09-05 | 2015-03-05 | Hyundai Motor Company | Brennstoffzellen-Inbetriebnahmevorrichtung und Verfahren |
| CN110048144A (zh) * | 2018-01-17 | 2019-07-23 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 一种燃料电池系统及其空气供应控制方法 |
| CN110299547A (zh) * | 2018-03-22 | 2019-10-01 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种燃料电池系统的控制方法及装置 |
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