CN114695927A - 氢燃料电池系统的控制方法、氢燃料电池系统和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池系统的控制方法、氢燃料电池系统和车辆。控制方法包括：接收需求功率信号；根据需求功率获取电堆的目标空气流量；根据目标空气流量获取空压机的第一目标转速，控制空压机以第一目标转速运行；测量电堆内的空气压力，根据测量的空气压力获取目标氢气压力；根据目标氢气压力，获取氢气循环泵的第二目标转速，控制氢气循环泵以第二目标转速运行。由此可以根据需求功率得到控制空压机运行的第一目标转速和控制氢气循环泵运行的第二目标转速，由此，可以将目标空气流量和目标氢气流量导入到电堆中，进而电堆可以输出需求功率。本发明的控制方法简单易行，可以便于让电堆输出需求功率，实现氢燃料电池系统的自动化。

Description

氢燃料电池系统的控制方法、氢燃料电池系统和车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池系统的控制方法、氢燃料电池系统和车辆。
背景技术
在车辆技术领域，氢燃料电池系统的控制方法仅可自动控制空气的导入量，根据需求功率控制空压机的目标转速。
发明内容
本发明提供一种氢燃料电池系统的控制方法，所述氢燃料电池系统的控制方法具有简单易行、实现氢燃料电池系统的自动化的优点。
本发明提供一种氢燃料电池系统，所述氢燃料电池系统具有如上所述的氢燃料电池系统的控制方法。
本发明提供一种车辆，所述车辆具有如上所述的氢燃料电池系统。
根据本发明实施例的氢燃料电池系统的控制方法，所述氢燃料电池系统包括电堆、用于向电堆导入氢气的氢气循环泵和用于向电堆导入空气的空压机，所述控制方法包括：接收需求功率信号；根据所述需求功率获取所述电堆的目标空气流量；根据所述目标空气流量获取所述空压机的第一目标转速，控制所述空压机以所述第一目标转速运行；测量所述电堆内的空气压力，根据测量的空气压力获取目标氢气压力；根据所述目标氢气压力，获取所述氢气循环泵的第二目标转速，控制所述氢气循环泵以所述第二目标转速运行。
根据本发明实施例的氢燃料电池系统的控制方法，可以根据需求功率得到控制空压机运行的第一目标转速和控制氢气循环泵运行的第二目标转速，由此，可以将目标空气流量和目标氢气流量导入到电堆中，进而电堆可以输出需求功率。本发明的控制方法简单易行，可以便于让电堆输出需求功率，实现氢燃料电池系统的自动化。
在一些实施例中，所述根据所述目标空气流量获取所述空压机的第一目标转速，包括根据所述空压机的流量-压比特性曲线图确定所述空压机的第一目标转速。
在一些实施例中，控制所述空压机按照所述第一目标转速运行前和/或控制所述氢气循环泵按照所述第二目标转速运行前，判断实际功率是否等于所述需求功率，若是，则结束所述控制方法程序；若否，则继续返回接收需求功率信号。
在一些实施例中，判断实际功率是否等于所述需求功率的次数为多次。
根据本发明实施例的氢燃料电池系统，包括电堆、用于将空气导入所述电堆的空气导入系统和用于将氢气导入所述电堆的氢气导入系统，所述电堆内设有控制装置；所述空气导入系统包括与所述控制装置相连的空压机；所述氢气导入系统包括与所述控制装置相连的氢气循环泵，所述控制装置被构造成执行根据如上所述的所述控制方法。
根据本发明实施例的氢燃料电池系统，可以根据需求功率得到控制空压机运行的第一目标转速和控制氢气循环泵运行的第二目标转速，由此，可以将目标空气流量和目标氢气流量导入到电堆中，进而电堆可以输出需求功率。本发明的控制方法简单易行，可以便于让电堆输出需求功率，实现氢燃料电池系统的自动化。
在一些实施例中，所述空气导入系统还包括加湿器，所述加湿器连接在所述空压机与所述电堆之间以加湿流向所述电堆的空气。
在一些实施例中，所述氢气导入系统还包括电磁阀，所述电磁阀设在所述氢气导入系统的进气口处以打开和关闭所述进气口。
在一些实施例中，所述氢气导入系统还包括分离器，所述分离器的部分连接在所述氢气循环泵和所述电堆的氢气出口之间以使所述氢气导入系统形成闭环。
在一些实施例中，所述氢气导入系统还包括排污阀，所述排污阀与所述分离器的另一部分连通，以将所述电堆中产生的水排出所述氢气导入系统。
根据本发明实施例的车辆，包括根据如上所述的氢燃料电池系统。
根据本发明实施例的车辆，可以根据需求功率得到控制空压机运行的第一目标转速和控制氢气循环泵运行的第二目标转速，由此，可以将目标空气流量和目标氢气流量导入到电堆中，进而电堆可以输出需求功率。本发明的控制方法简单易行，可以便于让电堆输出需求功率，实现氢燃料电池系统的自动化。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的氢燃料电池系统的控制方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的氢燃料电池系统的控制方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的空压机的流量-压比特性曲线图；
图4是根据本发明实施例的氢燃料电池系统的结构示意图。
附图标记：
氢燃料电池系统100，
电堆1，控制装置11，
空气导入系统2，空压机21，加湿器22，
氢气导入系统3，氢气循环泵31，电磁阀32，分离器33，排污阀34。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的氢燃料电池系统100的控制方法、氢燃料电池系统100和车辆。
如图1-图4所示，根据本发明实施例的氢燃料电池系统100的控制方法，氢燃料电池系统100包括电堆1、用于向电堆1导入氢气的氢气循环泵31和用于向电堆1导入空气的空压机21，控制方法包括：
步骤S100，接收需求功率信号；可以理解的是，需求功率信号可以为氢燃料电池系统100的负载所需要的功率，例如氢燃料电池系统100的负载可以为电驱系统。
步骤S200，根据需求功率获取电堆1的目标空气流量；其中，目标空气流量可以为得到需求功率下的电堆1内需要的空气流量。目标空气流量与需求功率可以有预设的对应值，目标空气流量与需求功率的对应值可以预先存储到氢燃料电池系统100中，根据接收到的需求功率信号，在氢燃料电池系统100中可以找到对应的目标空气流量值。
步骤S300，根据目标空气流量获取空压机21的第一目标转速，控制空压机21以第一目标转速运行；由此，空压机21以第一目标转速运行可以将目标空气流量导入到电堆1中，满足电堆1可以输出需求功率的条件之一。
步骤S400，测量电堆1内的空气压力，根据测量的空气压力获取目标氢气压力；需要说明的是，可以用压力计、传感器等测量电堆1内的空气压力值，空气压力值与目标氢气压力值的差可以小于等于预设值，由此，根据测得的空气压力值可以得到目标氢气压力。
步骤S500，根据目标氢气压力，获取氢气循环泵31的第二目标转速，控制氢气循环泵31以第二目标转速运行。其中，目标氢气压力与第二目标转速可以有预设的对应值，目标氢气压力与第二目标转速的对应值可以预先存储到氢燃料电池系统100中，根据目标氢气压力值，在氢燃料电池系统100中可以找到对应的第二目标转速，氢气循环泵31以第二目标转速运行可以将目标氢气流量导入到电堆1中，满足电堆1可以输出需求功率的条件之一，目标氢气流量可以为得到需求功率下的电堆1内需要的氢气流量。
根据本发明实施例的氢燃料电池系统100的控制方法，可以根据需求功率得到控制空压机21运行的第一目标转速和控制氢气循环泵31运行的第二目标转速，由此，可以将目标空气流量和目标氢气流量导入到电堆1中，进而电堆1可以输出需求功率。本发明的控制方法简单易行，可以便于让电堆1输出需求功率，实现氢燃料电池系统100的自动化。
在本发明的一些实施例中，如图2所示，根据目标空气流量获取空压机21的第一目标转速，包括步骤S301，根据空压机21的流量-压比特性曲线图确定空压机21的第一目标转速，结合图3，横坐标为目标空气流量，单位为kg/s，纵坐标为空压机21压比。当空压机21的转速上升时，目标空气流量对应上升，采用空压机21的流量-压比特性曲线图中工作线对应的转速为第一目标转速，即可避免空压机21喘振，又能使空压机21工作在最大效率区间。
根据本发明的一些实施例，控制空压机21按照第一目标转速运行前和/或控制氢气循环泵31按照第二目标转速运行前，判断实际功率是否等于需求功率，若是，则结束控制方法程序；若否，则继续返回接收需求功率信号。可以理解的是，实际功率可以为氢燃料电池系统100输出给负载的功率，例如氢燃料电池系统100输出给电驱系统的功率。判断实际功率是否等于需求功率，若是，则说明实际功率已经达到需求功率，负载可以得到需求功率，则可以结束控制方法程序。若否，则说明实际功率没有达到需求功率，则需要继续返回接收需求功率信号，继续执行氢燃料电池系统100的控制方法，直到实际功率达到需求功率。
在本发明的一些实施例中，判断实际功率是否等于需求功率的次数为多次。需要说明的是，在氢燃料电池系统100接收到需求功率信号到氢燃料电池系统100输出的功率为需求功率需要一定的时间段，例如可以为30秒、1分钟、2分钟、5分钟等，在上述时间段内，氢燃料电池系统100可以多次判断实际功率是否等于需求功率。由此，可以提高实际功率达到需求功率的准确性。
根据本发明实施例的氢燃料电池系统100，包括电堆1、用于将空气导入电堆1的空气导入系统2和用于将氢气导入电堆1的氢气导入系统3，电堆1内设有控制装置11；空气导入系统2包括与控制装置11相连的空压机21；氢气导入系统3包括与控制装置11相连的氢气循环泵31，控制装置11被构造成执行根据如上所述的控制方法。控制装置11可以执行：
步骤S100，接收需求功率信号。
步骤S200，根据需求功率获取电堆1的目标空气流量；其中，目标空气流量可以为得到需求功率下的电堆1内需要的空气流量。目标空气流量与需求功率可以有预设的对应值，目标空气流量与需求功率的对应值可以预先存储到控制装置11中，控制装置11根据接收到的需求功率信号，可以找到对应的目标空气流量值。
步骤S300，根据目标空气流量获取空压机21的第一目标转速，控制空压机21以第一目标转速运行；由此，空压机21以第一目标转速运行可以将目标空气流量导入到电堆1中，满足电堆1可以输出需求功率的条件之一。
步骤S400，获取压力计、传感器等测量出的电堆1内的空气压力值，根据测量的空气压力获取目标氢气压力。空气压力值与目标氢气压力值的差可以小于等于预设值，由此，根据测得的空气压力值可以得到目标氢气压力。
步骤S500，根据目标氢气压力，获取氢气循环泵31的第二目标转速，控制氢气循环泵31以第二目标转速运行。其中，目标氢气压力与第二目标转速可以有预设的对应值，目标氢气压力与第二目标转速的对应值可以预先存储到控制装置11中，根据目标氢气压力值，在控制装置11中可以找到对应的第二目标转速，氢气循环泵31以第二目标转速运行可以将目标氢气流量导入到电堆1中，满足电堆1可以输出需求功率的条件之一，目标氢气流量可以为得到需求功率下的电堆1内需要的氢气流量。
根据本发明实施例的氢燃料电池系统100，可以根据需求功率得到控制空压机21运行的第一目标转速和控制氢气循环泵31运行的第二目标转速，由此，可以将目标空气流量和目标氢气流量导入到电堆1中，进而电堆1可以输出需求功率。本发明的控制方法简单易行，可以便于让电堆1输出需求功率，实现氢燃料电池系统100的自动化。
根据本发明的一些实施例，如图4所示，空气导入系统2还包括加湿器22，加湿器22连接在空压机21与电堆1之间以加湿流向电堆1的空气，由此，使得电堆1内的反应更充分，使得电堆1的输出功率更快地接近需求功率。
在本发明的一些实施例中，结合图4，氢气导入系统3还包括电磁阀32，电磁阀32设在氢气导入系统3的进气口处以打开和关闭进气口，由此，在电堆1需要氢气时，电磁阀32可以打开进气口让氢气进入电堆1；在电堆1不需要氢气时，电磁阀32可以关闭进气口，氢气不能进入电堆1。
根据本发明的一些实施例，如图4所示，氢气导入系统3还包括分离器33，分离器33的部分连接在氢气循环泵31和电堆1的氢气出口之间以使氢气导入系统3形成闭环，由此，可以通过调节氢气循环泵31的转速来调节电堆1内氢气的压力，进而可以便于电堆1内的反应顺利进行。
在本发明的一些实施例中，结合图4，氢气导入系统3还包括排污阀34，排污阀34与分离器33的另一部分连通，以将电堆1中产生的水排出氢气导入系统3，由此，使得电堆1内积水较少，同样有助于电堆1内的反应顺利进行。
根据本发明实施例的车辆，包括如上所述的氢燃料电池系统100。
根据本发明实施例的车辆，可以根据需求功率得到控制空压机21运行的第一目标转速和控制氢气循环泵31运行的第二目标转速，由此，可以将目标空气流量和目标氢气流量导入到电堆1中，进而电堆1可以输出需求功率。本发明的控制方法简单易行，可以便于让电堆1输出需求功率，实现氢燃料电池系统100的自动化。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池系统的控制方法，所述氢燃料电池系统包括电堆、用于向电堆导入氢气的氢气循环泵和用于向电堆导入空气的空压机，其特征在于，所述控制方法包括：
接收需求功率信号；
根据所述需求功率获取所述电堆的目标空气流量；
根据所述目标空气流量获取所述空压机的第一目标转速，控制所述空压机以所述第一目标转速运行；
测量所述电堆内的空气压力，根据测量的空气压力获取目标氢气压力；
根据所述目标氢气压力，获取所述氢气循环泵的第二目标转速，控制所述氢气循环泵以所述第二目标转速运行。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述目标空气流量获取所述空压机的第一目标转速，包括根据所述空压机的流量-压比特性曲线图确定所述空压机的第一目标转速。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统的控制方法，其特征在于，控制所述空压机按照所述第一目标转速运行前和/或控制所述氢气循环泵按照所述第二目标转速运行前，判断实际功率是否等于所述需求功率，若是，则结束所述控制方法程序；若否，则继续返回接收需求功率信号。
4.根据权利要求3所述的氢燃料电池系统的控制方法，其特征在于，判断实际功率是否等于所述需求功率的次数为多次。
5.一种氢燃料电池系统，其特征在于，包括：
电堆，所述电堆内设有控制装置；
用于将空气导入所述电堆的空气导入系统，所述空气导入系统包括与所述控制装置相连的空压机；
用于将氢气导入所述电堆的氢气导入系统，所述氢气导入系统包括与所述控制装置相连的氢气循环泵，所述控制装置被构造成执行根据权利要求1-4中任一项所述的所述控制方法。
6.根据权利要求5所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述空气导入系统还包括加湿器，所述加湿器连接在所述空压机与所述电堆之间以加湿流向所述电堆的空气。
7.根据权利要求5所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述氢气导入系统还包括电磁阀，所述电磁阀设在所述氢气导入系统的进气口处以打开和关闭所述进气口。
8.根据权利要求5所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述氢气导入系统还包括分离器，所述分离器的部分连接在所述氢气循环泵和所述电堆的氢气出口之间以使所述氢气导入系统形成闭环。
9.根据权利要求8所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述氢气导入系统还包括排污阀，所述排污阀与所述分离器的另一部分连通，以将所述电堆中产生的水排出所述氢气导入系统。
10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求5-9中任一项所述的氢燃料电池系统。
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