CN116428169A - 一种空压机的控制方法、装置、介质和燃料电池系统 - Google Patents

一种空压机的控制方法、装置、介质和燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空压机的控制方法、装置、介质和燃料电池系统，燃料电池系统包括空压机；空压机的控制方法包括：确定空压机的运行状态；如空压机处于预启动状态，则根据预启动状态确定空压机的启动电流，启动电流不大于空压机的额定电流；输出启动电流至空压机以控制空压机启动。本发明的技术方案，在空压机处于预启动状态时，通过不大于空压机额定电流的启动电流控制空压机的启动，可以降低空压机在启动过程中产生的功耗。

Description

一种空压机的控制方法、装置、介质和燃料电池系统
技术领域
本发明涉及空压机技术领域，尤其涉及一种空压机的控制方法、装置、介质和燃料电池系统。
背景技术
近年来，在能源危机和环境保护的双重压力下，由于对高效清洁能源的需求，燃料电池技术得到了迅速发展。燃料电池技术具有燃料多样化、排放清洁、噪声低、环境污染小、可靠性和可维护性好等优点。新能源燃料电池工作系统在燃料电池电动车领域中起着至关重要的作用，主要由燃料供给系统、空气供给系统、反应电堆、热管理系统、电控系统以及数据采集系统组成。空气供给系统为电堆提供合适流量、温度、压力和湿度的洁净空气，主要包括空气过滤器、空压机、中冷器、增湿器和节气门等核心部件。其中，空压机被誉为燃料电池的“肺”，它的性能直接影响着整个燃料电池系统的压缩比、效率、噪声等重要性能指标。
现有的燃料电池系统中，空压机的启动电流为额定电流的5～7倍，其带来的是较大的功耗。如此，如何降低空压机启动过程中产生的功耗，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种空压机的控制方法、装置、介质和燃料电池系统，以降低空压机在启动过程中产生的功耗。
第一方面，本发明提供了一种空压机的控制方法，应用于燃料电池系统，所述燃料电池系统包括控制器和空压机，所述控制器与所述空压机电连接；所述空压机的控制方法包括：
确定所述空压机的运行状态；
若所述空压机处于预启动状态，则根据所述预启动状态确定所述空压机的启动电流，所述启动电流不大于所述空压机的额定电流；
输出所述启动电流至所述空压机以控制所述空压机启动。
可选的，所述燃料电池系统还包括逆变器，所述逆变器分别与所述控制器和所述空压机电连接；
确定所述空压机的运行状态之后，还包括：
若所述空压机处于怠速运行状态，则根据所述怠速运行状态确定所述逆变器的控制频率为第一控制频率并根据所述第一控制频率控制所述逆变器运行；
若所述空压机处于满载运行状态，则根据所述满载运行状态确定所述逆变器的控制频率为第二控制频率并根据所述第二控制频率控制所述逆变器运行；其中，所述第一控制频率小于所述第二控制频率。
可选的，确定空压机的运行状态，包括：
获取空压机的转速信息以及车辆点火线圈的状态信息；
根据所述转速信息以及所述车辆点火线圈的状态信息确定所述空压机的状态信息。
可选的，根据所述转速信息以及所述车辆点火线圈的状态信息确定所述空压机的状态信息，包括：
若所述转速信息小于所述空压机的额定最小转速且所述车辆点火线圈为闭合状态，则确定所述空压机为预启动状态。
可选的，确定所述空压机的运行状态之后，还包括：
若所述空压机处于启动后运行状态，则根据所述启动后运行状态确定所述空压机的运行电流，所述运行电流大于所述空压机的额定电流；
输出所述运行电流至所述空压机以控制所述空压机运行。
可选的，所述启动电流与所述额定电流之间的比值a满足0.8≤a≤1。
可选的，所述第一控制频率与所述第二控制频率之间的比值b满足b＝0.5。
第二方面，本发明提供了一种空压机的控制装置，应用于燃料电池系统，所述燃料电池系统包括控制器和空压机，所述控制器与所述空压机电连接；所述空压机的控制装置包括：
运行状态确定模块，用于确定所述空压机的运行状态；
启动电流确定模块，用于如所述空压机处于预启动状态，则根据所述预启动状态确定所述空压机的启动电流，所述启动电流不大于所述空压机的额定电流；
输出模块，用于输出所述启动电流至所述空压机以控制所述空压机启动。
第三方面，本发明提供了一种控制器，用于执行如第一方面所述的空压机的控制方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现如第一方面所述的空压机的控制方法。
本发明提供的空压机的控制方法，通过确定空压机的运行状态，若空压机处于预启动状态，则根据预启动状态确定空压机的启动电流，启动电流不大于空压机的额定电流；输出启动电流至空压机以控制空压机启动。本发明技术方案，在空压机处于预启动状态时，通过不大于空压机额定电流的启动电流控制空压机的启动，可以降低空压机在启动过程中产生的功耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种空压机的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种空压机的控制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的又一种空压机的控制方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的再一种空压机的控制方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种空压机的控制装置的结构示意图。
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。
图1为本发明实施例提供的一种空压机的控制方法的流程图，该方法应用于燃料电池系统，燃料电池系统包括空压机。该方法可适用于控制空压机运行的情况，该方法可由本发明实施例提供的空压机的控制装置执行，该空压机的控制装置采用硬件和/或软件的形式实现。如图1所示，空压机的控制方法包括：
S101、确定空压机的运行状态。
其中，空压机用于给燃料电池系统提供必要的空气或氧气，空压机可以是螺杆式空压机、罗茨式空压机或离心式空压机等，本发明实施例对此不做具体限定。空压机的运行状态可以包括预启动状态、怠速运行状态和启动后运行状态等。
具体的，可以根据空压机的转速等确定空压机当前的运行状态。示例性的，若空压机的转速为零，则确定空压机的运行状态为预启动状态。若空压机的转速为额定最小转速，则确定空压机的运行状态为怠速运行状态。若空压机的转速大于额定最小转速，则确定空压机的运行状态为启动后运行状态。
S102、若空压机处于预启动状态，则根据预启动状态确定空压机的启动电流，启动电流不大于空压机的额定电流。
其中，额定电流为空压机在额定电压下工作的电流。可选的，启动电流与额定电流之间的比值a满足0.8≤a≤1。启动电流与额定电流之间的比值a与空压机的负载等信息有关，可以根据实际需要进行设定，在不超出0.8≤a≤1范围的前提下，本发明实施例对此不做具体限定。
具体的，由S101确定空压机处于预启动状态时，则根据预启动状态下的负载等信息确定不大于空压机额定电流的启动电流。如此，通过不大于空压机额定电流的启动电流控制空压机的启动，也就是通过小于或者等于空压机额定电流的驱动电流控制空压机启动，可以降低空压机在启动过程中产生的功耗。
S103、输出启动电流至空压机以控制空压机启动。
具体的，由S102确定空压机的启动电流并输出至空压机，以便空压机根据确定的启动电流进行启动。
本发明实施例提供的空压机的控制方法，通过确定空压机的运行状态，若空压机处于预启动状态，则根据预启动状态确定空压机的启动电流，启动电流不大于空压机的额定电流；输出启动电流至空压机以控制空压机启动。本发明实施例的技术方案，在空压机处于预启动状态时，通过不大于空压机额定电流的启动电流控制空压机的启动，可以降低空压机在启动过程中产生的功耗。
可选的，图2为本发明实施例提供的另一种空压机的控制方法的流程图，该方法应用于燃料电池系统，燃料电池系统包括空压机，燃料电池系统还包括逆变器，逆变器与空压机电连接。如图2所示，空压机的控制方法包括：
S201、确定空压机的运行状态。
S202、若空压机处于预启动状态，则根据预启动状态确定空压机的启动电流，启动电流不大于空压机的额定电流。
S203、输出启动电流至空压机以控制空压机启动。
S204、若空压机处于怠速运行状态，则根据怠速运行状态确定逆变器的控制频率为第一控制频率并根据第一控制频率控制逆变器运行。
具体的，由于空压机的输出功率与空压机的转速有关，空压机的转速越高，输出功率越大，反之则相反。空压机的转速又与逆变器运行的控制频率有关，即逆变器运行的控制频率越大，空压机的转速越大，反之则相反。由S201确定空压机处于怠速运行状态时，表明此时空压机不需要输出较大的功率，此时确定逆变器的控制频率为第一控制频率并根据第一控制频率控制逆变器运行，使空压机在逆变器的控制下输出较低的功率，降低怠速运行状态下的功耗。
S205、若空压机处于满载运行状态，则根据满载运行状态确定逆变器的控制频率为第二控制频率并根据第二控制频率控制逆变器运行。
具体的，由S201确定空压机处于满载运行状态时，表明此时空压机需要输出较大的功率，以输出满载运行所需的空气或氧气等，此时确定逆变器的控制频率为第二控制频率并根据第二控制频率控制逆变器运行，如此，空压机可以在逆变器的控制下输出较大的功率，使空压机可以稳定输出满载运行所需的功率。
可以理解的是，第二控制频率可以是空压机的额定频率或者可以根据实际需要进行设定，本发明实施例对此不做具体限定。
其中，第一控制频率小于第二控制频率。逆变器的控制频率越大，逆变器包括的开关器件每秒钟通断的次数越多，产生的通断损耗越大。通过控制逆变器运行的第一控制频率小于第二控制频率，使逆变器在怠速运行状态下产生较小的功耗。可选的，第一控制频率与第二控制频率之间的比值b满足b＝0.5。
本发明实施例提供的空压机的控制方法，通过设置空压机处于怠速运行状态下逆变器的控制频率为第一控制频率，空压机处于满载运行状态下逆变器的控制频率为第二控制频率，且第一控制频率小于第二控制频率，使得空压机在满载运行状态下可以输出较大的功率，空压机在怠速运行状态下输出较小的功率，降低空压机和逆变器的功耗。
可选的，图3为本发明实施例提供的又一种空压机的控制方法的流程图，该方法适用于确定空压机的运行状态的情况。如图3所示，空压机的控制方法包括：
S301、获取空压机的转速信息以及车辆点火线圈的状态信息。
其中，空压机的转速信息包括空压机的当前转速等，车辆点火线圈的状态信息包括点火线圈的闭合状态或断开状态等。
具体的，空压机的当前转速可以通过在空压机内部设置无位置传感器等测速装置测得，点火线圈的闭合状态或断开状态可以通过电压传感器或电流传感器等测得，以便后续根据空压机的转速信息和点火线圈的状态信息确定空压机的状态信息。
S302、根据转速信息以及车辆点火线圈的状态信息确定空压机的状态信息。
具体的，空压机自身有相应的额定最小转速和额定最大转速。示例性的，空压机的额定最小转速为30000r/min，额定最大转速为120000r/min。若空压机的转速信息等于空压机的额定最小转速，则确定空压机处于怠速运行状态，若空压机的转速信息大于空压机的额定最小转速且小于空压机的额定最大转速，则确定空压机处于启动后运行状态，若空压机的转速信息等于空压机的额定最大转速，则确定空压机处于满载运行状态。
可选的，根据转速信息以及车辆点火线圈的状态信息确定空压机的状态信息，包括：若转速信息小于空压机的额定最小转速且车辆点火线圈为闭合状态，则确定空压机为预启动状态。
示例性的，空压机的转速信息中的当前转速为0r/min，小于额定最小转速30000r/min，且车辆点火线圈为闭合状态，表明此时空压机处于启动前的准备状态，即预启动状态。
S303、若空压机处于预启动状态，则根据预启动状态确定空压机的启动电流，启动电流不大于空压机的额定电流。
S304、输出启动电流至空压机以控制空压机启动。
本发明实施例的技术方案，通过获取空压机的转速信息以及车辆点火线圈的状态信息，实现根据转速信息以及车辆点火线圈的状态信息确定空压机的状态信息，以便后续根据空压机的状态信息控制空压机运行的启动电流等参数，降低空压机的功耗。
可选的，图4为本发明实施例提供的再一种空压机的控制方法的流程图，该方法适用于确定空压机的运行状态之后的情况。如图4所示，空压机的控制方法包括：
S401、确定空压机的运行状态。
S402、若空压机处于预启动状态，则根据预启动状态确定空压机的启动电流，启动电流不大于空压机的额定电流。
S403、输出启动电流至空压机以控制空压机启动。
S404、若空压机处于启动后运行状态，则根据启动后运行状态确定空压机的运行电流，运行电流大于空压机的额定电流。
具体的，若空压机处于启动后运行状态，通过大于空压机额定电流的运行电流，空压机输出较大的功率，以使整个燃料电池系统可靠运行。示例性的，运行电流可以是额定电流的5～7倍，可以根据实际需要进行设定，本发明实施例对此不做具体限定。
S405、输出运行电流至空压机以控制空压机运行。
具体的，由S404确定空压机的运行电流并输出至空压机，以便空压机根据确定的运行电流进行运行。
本发明实施例提供的技术方案，若空压机处于启动后运行状态，则根据启动后运行状态确定空压机的运行电流，通过使运行电流大于空压机的额定电流，控制空压机以运行电流运行，空压机输出较大的功率，以使整个燃料电池系统可靠运行。
图5为本发明实施例提供的一种空压机的控制装置的结构示意图，如图5所示，空压机的控制装置包括：
运行状态确定模块10，用于确定空压机的运行状态；
启动电流确定模块20，用于若空压机处于预启动状态，则根据预启动状态确定空压机的启动电流，启动电流不大于空压机的额定电流；
启动电流输出模块30，用于输出启动电流至空压机以控制空压机启动。
本发明实施例提供的空压机的控制装置，可执行本发明任一实施例提供的空压机的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，相同之处可参照上文描述。
本发明实施例提供了一种燃料电池系统，包括控制器和空压机，控制器与空压机电连接，用于执行本发明任一实施例提供的空压机的控制方法，具有与方法相同的有益效果，此处不再赘述。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行时实现如本发明任一实施例的空压机的控制方法，具有与方法相同的有益效果，此处不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种空压机的控制方法，应用于燃料电池系统，所述燃料电池系统包括空压机，其特征在于，所述空压机的控制方法包括：
确定所述空压机的运行状态；
若所述空压机处于预启动状态，则根据所述预启动状态确定所述空压机的启动电流，所述启动电流不大于所述空压机的额定电流；
输出所述启动电流至所述空压机以控制所述空压机启动。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统还包括逆变器，所述逆变器所述空压机电连接；
确定所述空压机的运行状态之后，还包括：
若所述空压机处于怠速运行状态，则根据所述怠速运行状态确定所述逆变器的控制频率为第一控制频率并根据所述第一控制频率控制所述逆变器运行；
若所述空压机处于满载运行状态，则根据所述满载运行状态确定所述逆变器的控制频率为第二控制频率并根据所述第二控制频率控制所述逆变器运行；其中，所述第一控制频率小于所述第二控制频率。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，确定空压机的运行状态，包括：
获取空压机的转速信息以及车辆点火线圈的状态信息；
根据所述转速信息以及所述车辆点火线圈的状态信息确定所述空压机的状态信息。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，根据所述转速信息以及所述车辆点火线圈的状态信息确定所述空压机的状态信息，包括：
若所述转速信息小于所述空压机的额定最小转速且所述车辆点火线圈为闭合状态，则确定所述空压机为预启动状态。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，确定所述空压机的运行状态之后，还包括：
若所述空压机处于启动后运行状态，则根据所述启动后运行状态确定所述空压机的运行电流，所述运行电流大于所述空压机的额定电流；
输出所述运行电流至所述空压机以控制所述空压机运行。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述启动电流与所述额定电流之间的比值a满足0.8≤a≤1。
7.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第一控制频率与所述第二控制频率之间的比值b满足b＝0.5。
8.一种空压机的控制装置，其特征在于，包括：
运行状态确定模块，用于确定所述空压机的运行状态；
启动电流确定模块，用于若所述空压机处于预启动状态，则根据所述预启动状态确定所述空压机的启动电流，所述启动电流不大于所述空压机的额定电流；
启动电流输出模块，用于输出所述启动电流至所述空压机以控制所述空压机启动。
9.一种燃料电池系统，其特征在于，包括控制器和空压机，所述控制器与所述空压机电连接；所述控制器用于执行如权利要求1-7中任一项所述的空压机的控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的空压机的控制方法。
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