CN115020753A - 一种燃料电池供氢控制方法、系统、车辆及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池供氢控制方法、系统、车辆及存储介质，该燃料电池供氢控制方法包括启动燃料电池，获取燃料电池的当前功率P，确定当前功率P小于0.3*P0，基于当前功率P打开开关电磁阀，关闭比例电磁阀，获取开关电磁阀的脉冲信号，设定每相邻两个脉冲信号的时间间隔为脉冲周期T，第一个脉冲信号所需的脉冲周期为T1,第二个脉冲信号所需的脉冲周期为T2，第N个脉冲信号所需的脉冲周期为Tn，当脉冲周期为T1时，增大开关电磁阀的阀门开度，当脉冲周期T为Tn(n≥2)时，减小开关电磁阀的阀门开度，进入氢气脉冲喷射模式，即实现氢气的脉冲喷射，从而提高低负荷工况下引射器的引射效果和工作效率。

Description

一种燃料电池供氢控制方法、系统、车辆及存储介质
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池供氢控制方法、系统、车辆及存储介质。
背景技术
随着科技的发展和人们环境保护意识的加强，发展无污染的新能源汽车已经成为了趋势，燃料电池具有发电效率高、环境污染小、可靠性高等特点，供氢装置由氢气和氧气通过燃料电池产生的电能为汽车提供动力，但是，氢气的供给量大小与实时工况不匹配，氢气的循环利用率低。
为了解决这个问题，现有的燃料电池供氢装置中，设置有氢气供给块和外接引射器，供给单元内部管路通过开关电磁阀和比例电磁阀控制，在中高负荷时，开关电磁阀保持常开提供稳定压力的氢气供应，再通过比例电磁阀精确控制氢气供给量的大小，在低负荷时，通过开关电磁阀根据需求及时切断氢气的供给。但是，开关电磁阀的开闭会产生较大的压力波动，在低负荷工况下的引射器循环比小，开关电磁阀的开度一定，氢气的瞬时流量也一定，导致引射器的引射效果差，工作效率低。
因此，亟需一种燃料电池供氢控制方法、系统、车辆及存储介质，以解决上述问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明提供一种燃料电池供氢控制方法，实现氢气的脉冲喷射，从而提高低负荷工况下引射器的引射效果和工作效率。
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种燃料电池供氢控制方法，包括：
启动燃料电池；
获取燃料电池的当前功率P；
确定所述当前功率P小于0.3*P0，其中，P0为燃料电池的额定功率；
基于所述当前功率P打开开关电磁阀，关闭比例电磁阀；
获取所述开关电磁阀的脉冲信号；
设定每相邻两个所述脉冲信号的时间间隔为脉冲周期T，第一个所述脉冲信号所需的脉冲周期为T1,第二个所述脉冲信号所需的脉冲周期为T2，第N个所述脉冲信号所需的脉冲周期为Tn；
当所述脉冲周期为T1时，增大所述开关电磁阀的阀门开度；
当所述脉冲周期T为Tn(n≥2)时，减小所述开关电磁阀的阀门开度；
进入氢气脉冲喷射模式：所述氢气脉冲喷射模式包括：提高引射器的引射效果。
优选地，获取燃料电池的当前功率P包括：
获取当前燃料电池的电压；
获取当前燃料电池的电流；
计算燃料电池的当前功率P，所述当前功率通过所述当前燃料电池的电压乘以所述当前燃料电池的电流得到。
优选地，若所述当前功率P不小于所述0.3*P0；
则返回获取燃料电池的当前功率P。
优选地，还包括位于进入氢气脉冲喷射模式之后的：
重新获取燃料电池的当前功率P；
确定所述当前功率P不小于0.3*P0；
基于所述当前功率P关闭所述开关电磁阀，打开所述比例电磁阀。
优选地，还包括位于关闭所述开关电磁阀，打开所述比例电磁阀之后的：
获取所述比例电磁阀的脉冲信号；
获取燃料电池的氢气消耗量；
基于所述氢气消耗量控制所述比例电磁阀的阀门开度，使所述比例电磁阀的脉冲信号保持恒定。
根据本发明的另一个方面，提供一种燃料电池供氢系统，包括：
燃料电池控制模块，用于打开燃料电池；
功率获取模块，用于获取燃料电池的当前功率；
功率确定模块，用于确定所述当前功率P小于0.3*P0；
电磁阀控制模块，用于基于所述当前功率P打开开关电磁阀，关闭比例电磁阀；
脉冲信号获取模块，用于获取所述开关电磁阀的脉冲信号；
脉冲周期设定模块，用于设定每相邻两个所述脉冲信号的时间间隔为脉冲周期T；
开关电磁阀控制模块，用于调整所述开关电磁阀的阀门开度；
脉冲喷射控制模块，用于控制燃料电池进入氢气脉冲喷射模式。
优选地，所述功率获取模块，具体用于将所述燃料电池的电压信号和电流信号输入所述当前功率的map，由所述当前功率的map查询所述燃料电池的当前功率。
优选地，所述脉冲信号获取模块，具体用于将所述开关电磁阀的开闭周期和脉冲频率输入所述脉冲模型，由所述脉冲模型输出所述开关电磁阀的脉冲信号，作为所述开关电磁阀的脉冲信号。
根据本发明的又一个方面，提供一种车辆，包括发动机，还包括：
ECU；
电压传感器，用于检测燃料电池的电压信号，并将所述电压信号发送给所述ECU；
电流传感器，用于检测燃料电池的电流信号，并将所述电流信号发送给所述ECU；
脉冲传感器，用于检测开关电磁阀的脉冲信号，并将所述脉冲信号发送给所述ECU；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当一个或多个所述程序被所述ECU执行时，使得所述ECU实现上述的燃料电池供氢控制方法。
根据本发明的又一个方面，提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被ECU执行时实现上述的燃料电池供氢控制方法。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种燃料电池供氢控制方法、系统、车辆及存储介质，该燃料电池供氢控制方法为启动燃料电池，获取燃料电池的当前功率P，确定当前功率P小于0.3*P0，基于当前功率P打开开关电磁阀，关闭比例电磁阀，获取开关电磁阀的脉冲信号，设定每相邻两个脉冲信号的时间间隔为脉冲周期T，第一个脉冲信号所需的脉冲周期为T1,第二个脉冲信号所需的脉冲周期为T2，第N个脉冲信号所需的脉冲周期为Tn，当脉冲周期为T1时，增大开关电磁阀的阀门开度，当脉冲周期T为Tn(n≥2)时，减小开关电磁阀的阀门开度，进入氢气脉冲喷射模式，即实现氢气的脉冲喷射，从而提高低负荷工况下引射器的引射效果和工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例中燃料电池供氢控制方法的流程图；
图2为现有技术中低负荷常规开关电磁阀脉冲信号的示意图；
图3为本发明实施例中低负荷开关电磁阀脉冲信号的示意图；
图4为本发明实施例中高负荷比例电磁阀脉冲信号的示意图；
图5为本发明实施例中燃料电池供氢系统的结构示意图；
图6为本发明实施例中车辆的结构示意图。
附图标记：
200、燃料电池模块；210、功率获取模块；220、功率确定模块；230、电磁阀控制模块；240、脉冲信号获取模块；250、脉冲周期设定模块；260、开关电磁阀控制模块；270、脉冲喷射控制模块；
300、ECU；310、发动机；320、脉冲传感器；330、电压传感器；340、电流传感器；350、存储器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例一
现有技术中的燃料电池供氢装置，在低负荷时，通过开关电磁阀根据需求及时切断氢气的供给。但是，开关电磁阀的开闭会产生较大的压力波动，在低负荷工况下的引射器循环比小，开关电磁阀的开度一定，氢气的瞬时流量也一定，导致引射器的引射效果差，工作效率低。对此，本实施例提供了一种燃料电池供氢控制方法，可用于燃料电池技术领域，该燃料电池供氢控制方法通过燃料电池供氢系统来执行，具体地，如图1-图4所示，该燃料电池供氢控制方法包括如下步骤。
S100：启动燃料电池。
在燃料电池正常运行之前有一个启动过程，启动过程保证适量的氢气供应和空气供应，氢气目标压力和空气目标流量的建立需要保证氢气和空气在流场内均匀分布，之后判断燃料电池输出电压和单体一致性是否满足要求，若满足要求，则启动结束，燃料电池将化学能转化为电能而持续发电。
S110：获取燃料电池的当前功率P。
具体地，S110包括步骤S1101-S1103。
S1101：获取当前燃料电池的电压。
通过电压监测模块实时采集燃料电池的电压信息并传输给功率获取模块。
S1102：获取当前燃料电池的电流。
通过电流监测模块实时采集燃料电池的电流信息并传输给功率获取模块。
S1103：计算燃料电池的当前功率P，当前功率通过当前燃料电池的电压乘以当前燃料电池的电流得到。
S120：确定当前功率P小于0.3*P0，其中，P0为燃料电池的额定功率。
根据功率获取模块得到的燃料电池当前功率与燃料电池额定功率的30％作比较，来判断燃料电池是处于低负荷工况还是中高负荷工况，通过功率确定模块获取燃料电池的当前功率小于额定功率的30％，即判断出燃料电池处于低负荷工况。
S130：基于当前功率P打开开关电磁阀，关闭比例电磁阀。
在燃料电池为低负荷工况时，比例电磁阀不参与工作，通过控制开关电磁阀的开启电流和脉宽，实现氢气脉冲喷射，提高引射器的工作效率。
S140：获取开关电磁阀的脉冲信号。
通过脉冲信号获取模块来监测出开关电磁阀的脉冲信号，低负荷使开关电磁阀的脉冲周期可以为2、3或N。
S150：设定每相邻两个脉冲信号的时间间隔为脉冲周期T，第一个脉冲信号所需的脉冲周期为T1,第二个脉冲信号所需的脉冲周期为T2，第N个脉冲信号所需的脉冲周期为Tn。
S160：当脉冲周期为T1时，增大开关电磁阀的阀门开度。
S170：当脉冲周期T为Tn(n≥2)时，减小开关电磁阀的阀门开度。
在低负荷工况下，常规开关电磁阀脉冲信号如图2所示，从图中可以看出，在连续的脉冲周期内，开关电磁阀的阀门开度一定，氢气的瞬时流量也一定，导致引射器在周期内的引射效果较差，在本实施例中，在开关电磁阀连续的三个周期内，通过编辑电磁阀开启电流和脉宽的控制程序，第一个脉冲周期使用较大的开启电流，开关电磁阀的阀门开度增加，氢气瞬时流量增大，实现引射器的高效引射，在第二、第三脉冲周期内使用较小的开启电流，开关电磁阀的阀门开度较第一周期显著减小，氢气瞬时流量也相应减小，此时的氢气瞬时流量可满足引射器处于引射和回流的临界点。
S180：进入氢气脉冲喷射模式：氢气脉冲喷射模式包括：提高引射器的引射效果。
通过在第一脉冲周期实现高效引射，第二、三周期维持引射器不出现回流的情形，达到提升低负荷时引射器的引射效果。
若当前功率P不小于0.3*P0，则返回获取燃料电池的当前功率P。表明燃料电池此时处于中高负荷工况，氢气压力波动较大，不能采取低负荷下开关电磁阀关闭以及控制比例电磁阀的阀门开度的控制策略，避免导致不能提供稳定持续的氢气供给而停机。
本实施例提供的燃料电池供氢控制方法，启动燃料电池，获取燃料电池的当前功率P，确定当前功率P小于0.3*P0，其中，P0为燃料电池的额定功率，基于当前功率P打开开关电磁阀，关闭比例电磁阀，获取开关电磁阀的脉冲信号，设定每相邻两个脉冲信号的时间间隔为脉冲周期T，第一个脉冲信号所需的脉冲周期为T1,第二个脉冲信号所需的脉冲周期为T2，第N个脉冲信号所需的脉冲周期为Tn，当脉冲周期为T1时，增大开关电磁阀的阀门开度，当脉冲周期T为Tn(n≥2)时，减小开关电磁阀的阀门开度，进入氢气脉冲喷射模式，即实现氢气的脉冲喷射，从而提高低负荷工况下引射器的引射效果和工作效率。
若燃料电池的当前功率不小于燃料电池额定功率的30％时，通过功率获取模块重新获取燃料电池的当前功率，通过功率获取模块确定燃料电池的电压和电流，从而计算得出燃料电池的当前功率，并将当前功率与额定功率的30％进行比较，通过功率确定模块判断出燃料电池处于中高负荷工况。
在燃料电池处于中高负荷工况时，开关电磁阀不参与工作，通过控制比例电磁阀的开度，提供稳定持续的氢气供给。
在中高负荷下，本实施例中的比例电磁阀脉冲信号如图4所示，通过脉冲信号获取模块能够获取比例电磁阀的脉冲信号，并根据燃料电池的氢气消耗量情况，控制比例电磁阀的阀门开度保持一定，从而提供稳定持续的氢气供给，并降低氢气压力波动，保证燃料电池供氢系统的稳定运行。
实施例二
本实施例提供一种燃料电池供氢系统，该燃料电池供氢系统可以执行上述实施例所述的燃料电池供氢控制方法。
具体地，如图5所示，该燃料电池供氢系统包括燃料电池控制模块200、功率获取模块210、功率确定模块220、电磁阀控制模块230、脉冲信号获取模块240、脉冲周期设定模块250、开关电磁阀控制模块260和脉冲喷射控制模块270。
其中，燃料电池控制模块200用于打开燃料电池；功率获取模块210用于获取燃料电池的当前功率；功率确定模块220用于确定当前功率P小于0.3*P0；电磁阀控制模块230用于基于当前功率P打开开关电磁阀，关闭比例电磁阀；脉冲信号获取模块240用于获取开关电磁阀的脉冲信号；脉冲周期设定模块250用于设定每相邻两个脉冲信号的时间间隔为脉冲周期T；开关电磁阀控制模块260用于调整开关电磁阀的阀门开度；脉冲喷射控制模块270用于控制引射器燃料电池进入氢气脉冲喷射模式。
本实施例提供的燃料电池供氢系统，通过燃料电池控制模块200用于打开燃料电池；通过功率获取模块210用于获取燃料电池的当前功率；通过功率确定模块220用于确定当前功率P小于0.3*P0；通过电磁阀控制模块230用于基于当前功率P打开开关电磁阀，关闭比例电磁阀；通过脉冲信号获取模块240用于获取开关电磁阀的脉冲信号；通过脉冲周期设定模块250用于设定每相邻两个脉冲信号的时间间隔为脉冲周期T；通过开关电磁阀控制模块260用于当脉冲周期为T1时，增大开关电磁阀的阀门开度，通过开关电磁阀控制模块260用于当脉冲周期T为Tn(n≥2)时，减小开关电磁阀的阀门开度；通过脉冲喷射控制模块270用于控制引射器燃料电池进入氢气脉冲喷射模式，实现氢气的脉冲喷射，从而提高低负荷工况下引射器的引射效果和工作效率。
在上述实施例的基础上，功率获取模块210，具体用于将燃料电池的电压信号和电流信号输入当前功率的map，由当前功率的map查询燃料电池的当前功率。
在上述实施例的基础上，脉冲信号获取模块240，具体用于将开关电磁阀的开闭周期和脉冲频率输入脉冲模型，由脉冲模型输出开关电磁阀的脉冲信号，作为开关电磁阀的脉冲信号。
本发明实施例二提供的燃料电池供氢系统可以用于执行上述实施例提供的燃料电池供氢控制方法，具备相应的功能和有益效果。
实施例三
本实施例提供一种车辆，如图6所示，该车辆包括ECU300、发动机310、电压传感器330、电流传感器340和脉冲传感器320。其中，ECU300、发动机310、电压传感器330、电流传感器340和脉冲传感器320可通过总线或者其他方式连接。
具体地，电压传感器330用于检测燃料电池的电压信号，并将电压信号发送给ECU300；电流传感器340用于检测燃料电池的电流信号，并将电流信号发送给ECU300；脉冲传感器320用于检测开关电磁阀的脉冲信号，并将脉冲信号发送给ECU300。
存储器350作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的燃料电池供氢控制方法对应的程序指令/模块。ECU300通过运行存储在存储器350中的软件程序、指令以及模块，从而执行车辆的各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例的燃料电池供氢控制方法。
存储器350主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器350可以包括高速随机存取存储器350，还可以包括非易失性存储器350，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器350可进一步包括相对于ECU300远程设置的存储器350，这些远程存储器350可以通过网络连接至车辆。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本发明实施例三提供的车辆与上述实施例提供的燃料电池供氢控制方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例具备执行燃料电池供氢控制方法相同的有益效果。
实施例四
本发明实施例四还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被ECU执行时实现如本发明实施例所述的燃料电池供氢控制方法。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的燃料电池供氢控制方法中的操作，还可以执行本发明实施例所提供的燃料电池供氢控制方法中的相关操作，且具备相应的功能和有益效果。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是机器人，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的燃料电池供氢控制方法。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池供氢控制方法，其特征在于，包括：
启动燃料电池；
获取燃料电池的当前功率P；
确定所述当前功率P小于0.3*P0，其中，P0为燃料电池的额定功率；
基于所述当前功率P打开开关电磁阀，关闭比例电磁阀；
获取所述开关电磁阀的脉冲信号；
设定每相邻两个所述脉冲信号的时间间隔为脉冲周期T，第一个所述脉冲信号所需的脉冲周期为T1,第二个所述脉冲信号所需的脉冲周期为T2，第N个所述脉冲信号所需的脉冲周期为Tn；
当所述脉冲周期为T1时，增大所述开关电磁阀的阀门开度；
当所述脉冲周期T为Tn(n≥2)时，减小所述开关电磁阀的阀门开度；
进入氢气脉冲喷射模式：所述氢气脉冲喷射模式包括：提高引射器的引射效果。
2.根据权利要求1所述的燃料电池供氢控制方法，其特征在于，获取燃料电池的当前功率P包括：
获取当前燃料电池的电压；
获取当前燃料电池的电流；
计算燃料电池的当前功率P，所述当前功率通过所述当前燃料电池的电压乘以所述当前燃料电池的电流得到。
3.根据权利要求1所述的燃料电池供氢控制方法，其特征在于，若所述当前功率P不小于所述0.3*P0；
则返回获取燃料电池的当前功率P。
4.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池供氢控制方法，其特征在于，还包括位于进入氢气脉冲喷射模式之后的：
重新获取燃料电池的当前功率P；
确定所述当前功率P不小于0.3*P0；
基于所述当前功率P关闭所述开关电磁阀，打开所述比例电磁阀。
5.根据权利要求4所述的燃料电池供氢控制方法，其特征在于，还包括位于关闭所述开关电磁阀，打开所述比例电磁阀之后的：
获取所述比例电磁阀的脉冲信号；
获取燃料电池的氢气消耗量；
基于所述氢气消耗量控制所述比例电磁阀的阀门开度，使所述比例电磁阀的脉冲信号保持恒定。
6.一种燃料电池供氢系统，其特征在于，包括：
燃料电池控制模块，用于打开燃料电池；
功率获取模块，用于获取燃料电池的当前功率；
功率确定模块，用于确定所述当前功率P小于0.3*P0；
电磁阀控制模块，用于基于所述当前功率P打开开关电磁阀，关闭比例电磁阀；
脉冲信号获取模块，用于获取所述开关电磁阀的脉冲信号；
脉冲周期设定模块，用于设定每相邻两个所述脉冲信号的时间间隔为脉冲周期T；
开关电磁阀控制模块，用于调整所述开关电磁阀的阀门开度；
脉冲喷射控制模块，用于控制燃料电池进入氢气脉冲喷射模式。
7.根据权利要求6所述的燃料电池供氢系统，其特征在于，所述功率获取模块，具体用于将所述燃料电池的电压信号和电流信号输入所述当前功率的map，由所述当前功率的map查询所述燃料电池的当前功率。
8.根据权利要求6所述的燃料电池供氢系统，其特征在于，所述脉冲信号获取模块，具体用于将所述开关电磁阀的开闭周期和脉冲频率输入所述脉冲模型，由所述脉冲模型输出所述开关电磁阀的脉冲信号，作为所述开关电磁阀的脉冲信号。
9.一种车辆，包括发动机，其特征在于，还包括：
ECU；
电压传感器，用于检测燃料电池的电压信号，并将所述电压信号发送给所述ECU；
电流传感器，用于检测燃料电池的电流信号，并将所述电流信号发送给所述ECU；
脉冲传感器，用于检测开关电磁阀的脉冲信号，并将所述脉冲信号发送给所述ECU；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当一个或多个所述程序被所述ECU执行时，使得所述ECU实现如权利要求1-5任一项所述的燃料电池供氢控制方法。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被ECU执行时实现如权利要求1-5任一项所述的燃料电池供氢控制方法。
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