用于燃料电池发动机的供气控制方法、车辆及存储介质与流程

[0001]
本发明涉及汽车技术，尤其涉及一种用于燃料电池发动机的供气控制方法、车辆及存储介质。


背景技术：

[0002]
燃料电池系统被广泛的应用于汽车中，其具有能量密度较高、燃料加注时间短、生成产物对环境没有污染等优点，成为未来动力系统的重要发展方向。燃料电池系统包括燃料电池堆、燃料供给系统、空气供给系统以及热管理系统四个部分。通过向燃料电池堆中供给氢气及含有氧气的空气，在燃料电池堆内部发生电化学反应，产生电能，并且排出反应副产物热和水。
[0003]
图1是现有技术中燃料电池系统的空气供给系统的结构框图，如图1所示，空气供给系包括空压机100’、中冷器200’、节流阀300’、燃料电池堆400’、加湿器500’，空气经过空压机100’、中冷器200’、节流阀300’、驾驶区从而进入燃料电池堆400’，参与反应，产生电能，通过结合空压机100’和节流阀300’，实现对进入燃料电池堆400’的空气量的控制。
[0004]
为了保证燃料电池系统的效率、安全及耐久，需要通过空气供给系统对燃料电池发动机供给充足的空气，否则将会发生非正常反应并对燃料电池堆寿命产生影响。常规的空气供给控制方法是通过设定各工况下进入电堆的过量空气系数目标值，结合pid闭环算法，来实现对燃料电池发动机供给充足的空气。
[0005]
然而，现有的供气控制方法存在以下缺陷：
[0006]
1、在燃料电池负荷需求上升时，氧气的供给会滞后，并且由于电堆内部氧气分布不均匀，可能会导致氧气饥饿的现象发生，从而影响燃料电池发动机的正常运行及寿命；
[0007]
2、现有的供气控制方法采用pid控制实现对空气供给系统各执行器进行控制，通过迭代，能够实现对目标过量空气系数的控制，但是当出现氧气饥饿时，由于pid控制的滞后，不能对空气供给系统各执行器快速有效动作，无法利用空气供给系统的最大进气能力进行供气，此时，由于缺乏充足的空气供应，会导致燃料电池发动机性能及寿命受到严重影响。


技术实现要素：

[0008]
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于燃料电池发动机的供气控制方法、车辆及存储介质。
[0009]
第一方面，本发明实施例提供了一种用于燃料电池发动机的供气控制方法，包括如下步骤：
[0010]
a、根据空气过量系数λ
act
、氧饥饿保护边界值λ
lim
及氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
计算执行器控制干预修正系数r；
[0011]
b、根据执行器控制干预修正系数r计算执行器控制干预值n；
[0012]
c、若空气过量系数λ
act
大于等于氧饥饿保护边界值λ
lim
与氧饥饿保护偏差范围值
λ
delta
之和，则按照原供气控制方法对燃料电池发动机进行供气；
[0013]
若空气过量系数λ
act
小于氧饥饿保护边界值λ
lim
与氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
之和，并大于等于氧饥饿保护边界值λ
lim
，则将空压机的转速调整为执行器控制干预值n；
[0014]
若空气过量系数λ
act
小于氧饥饿保护边界值λ
lim
，则控制空压机的转速调至最大，使得燃料电池发动机进入最大供气量工作状态。
[0015]
可选的，所述步骤c之后还包括：
[0016]
d、当控制空压机的转速调至最大，使燃料电池发动机进入最大供气量工作状态时，开始计时，若在预定时间内空气过量系数λ
act
仍小于氧饥饿保护边界值λ
lim
，则向系统发出氧饥饿故障信号并请求系统停机。
[0017]
可选的，所述步骤b中，执行器控制干预值n等于执行器控制干预修正系数r与空压机的最大转速n的乘积。
[0018]
可选的，所述步骤a中，r＝1-(λ
act-λ
lim
)/λ
delta
。
[0019]
可选的，所述步骤a还包括：
[0020]
对执行器控制干预修正系数r进行限值处理，使执行器控制干预修正系数r为[0,1]。
[0021]
可选的，所述步骤a之前还包括：
[0022]
s1、计算空气过量系数λ
act
：根据燃料电池的电流和燃料电池实际阴极进气质量流量来计算当前空气过量系数λ
act
。
[0023]
可选的，所述步骤a之前还包括：
[0024]
s2、计算氧饥饿保护边界值λ
lim
：根据燃料电池的电流查表，并通过燃料电池堆冷却液入口温度和单体电池之间的电压差值查表修正。
[0025]
可选的，所述步骤a之前还包括：
[0026]
s2、计算氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
：根据燃料电池的电流查表，并通过燃料电池堆冷却液入口温度和单体电池之间的电压差值查表修正。
[0027]
第二方面，本发明实施例还提供一种车辆，包括：
[0028]
一个或多个处理器；
[0029]
存储器，用于存储一个或多个程序；
[0030]
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的用于燃料电池发动机的供气控制方法。
[0031]
第三方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的用于燃料电池发动机的供气控制方法。
[0032]
本发明提供了一种用于燃料电池发动机的供气控制方法，供气控制方法包括如下步骤：a、根据空气过量系数、氧饥饿保护边界值及氧饥饿保护偏差范围值计算控制干预修正系数；b、若空气过量系数大于等于氧饥饿保护边界值与氧饥饿保护偏差范围值之和，则按照原供气控制方法对燃料电池发动机进行供气；若空气过量系数小于氧饥饿保护边界值与氧饥饿保护偏差范围值之和，并大于等于氧饥饿保护边界值，则将空压机的转速调整为计算的控制干预修正系数与空压机的最大转速的乘积；若当前空气过量系数小于氧饥饿保护边界值，则控制空压机的转速调至最大，使得燃料电池发动机进入最大供气量工作状态。本发明的供气控制方法能快速的判断出燃料电池发动机是否发生氧饥饿，并及时向燃料电
池发动机补充空气，避免燃料电池发动机出现氧饥饿，保护燃料电池发动机，提升燃料电池发动机的性能，且在燃料电池发动机没有发生氧饥饿时不影响燃料电池发动机采用原供气控制方法供气，保证供气量的精准控制。
附图说明
[0033]
图1是现有技术中燃料电池系统的空气供给系统的结构框图；
[0034]
图2是本发明实施例中用于燃料电池发动机的供气控制方法的流程框图；
[0035]
图3是本发明实施例中用于燃料电池发动机的供气控制装置的结构框图。
[0036]
图中：
[0037]
100’、空压机；200’、中冷器；300’、节流阀；400’、燃料电池堆；500’、加湿器；
[0038]
110、氧饥饿判断部；120、执行器控制干预部；130、控制状态切换部。
具体实施方式
[0039]
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。
[0040]
实施例一
[0041]
本实施例在于提供一种用于燃料电池发动机的供气控制方法，本发明的供气控制方法主要是用于与燃料电池发动机原有的供气控制方法结合，但本发明的供气控制方法的优先级高于原有的供气控制方法，在燃料电池发动机出现氧饥饿时，通过本发明的供气控制方法能快速的判断出燃料电池发动机出现氧饥饿且能快速控制执行器按照本发明的供气控制方法对燃料电池发动机进行供气，及时提升供气量，消除氧饥饿，使燃料电池发动机得到充足的空气供应，保护燃料电池发动机，提升燃料电池发动机的性能。
[0042]
图2是本发明实施例中用于燃料电池发动机的供气控制方法的流程框图，如图2所示，本发明的供气控制方法包括如下步骤：
[0043]
s100、根据空气过量系数λ
act
、氧饥饿保护边界值λ
lim
及氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
计算执行器控制干预修正系数r。
[0044]
具体的，空气过量系数λ
act
、氧饥饿保护边界值λ
lim
及氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
的计算可根据现有的计算方法计算，也可以另外设计计算方法，在此不作限制。空气过量系数λ
act
能指示燃料电池发动机中空气的富余量，氧饥饿保护边界值λ
lim
作为燃料电池发动机是否处于氧饥饿状态的一个临界值，氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
为氧饥饿保护边界值λ
lim
的偏差范围；执行器控制干预修正系数r为通过本发明的供气控制方法来干预空气供给系统的一个干预系数。
[0045]
本发明中，空气过量系数λ
act
可以根据燃料电池的电流和燃料电池实际阴极进气质量流量来计算；氧饥饿保护边界值λ
lim
可以根据燃料电池的电流查表得到粗略值，并通过燃料电池堆冷却液入口温度和单体电池之间的电压差值查表对粗略值进行修正；氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
也可以根据燃料电池的电流查表得到粗略值，并通过燃料电池堆冷却液入口温度和单体电池之间的电压差值查表对粗略值进行修正。本发明中空气过量系数λ
act
、氧饥饿保护边界值λ
lim
及氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
与现有技术中的计算方法大致相同，
在此不再赘述。空气过量系数λ
act
、氧饥饿保护边界值λ
lim
及氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
均是根据系统中的算法自动计算。
[0046]
执行器控制干预修正系数r的具体算法为：r＝1-(λ
act-λ
lim
)/λ
delta
。例如某一工况下，λ
act
为1.5，λ
lim
为1.2，λ
delta
为0.6，则执行器控制干预修正系数r＝1-(1.5-1.2)/0.6＝0.5。
[0047]
计算了执行器控制干预修正系数r后，需要对执行器控制干预修正系数r进行限值处理，使执行器控制干预修正系数r处于[0,1]，也就是说执行器控制干预修正系数r的最小值为0，最大值为1。
[0048]
请参考图2，本发明的供气控制方法还包括如下步骤：
[0049]
s200、根据执行器控制干预修正系数r计算执行器控制干预值n。
[0050]
执行器控制干预值n实际上是一个空压机100’的转速值，即调节空气供给系统的空压机100’转速至n。本发明中，执行器控制干预值n等于执行器控制干预修正系数r与空压机100’的最大转速n的乘积，也就是说n＝δ*n。空压机100’的最大转速n一般为120000r/min，若某一工况下，计算得到的执行器控制干预修正系数r为0.5，那么执行器控制干预值n为0.5*120000r/min＝60000r/min。
[0051]
请参考图2，本发明的供气控制方法还包括如下步骤：
[0052]
s300、若空气过量系数λ
act
大于等于氧饥饿保护边界值λ
lim
与氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
之和，则按照原供气控制方法对燃料电池发动机进行供气；
[0053]
若空气过量系数λ
act
小于氧饥饿保护边界值λ
lim
与氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
之和，并大于等于氧饥饿保护边界值λ
lim
，则将空压机的转速调整为执行器控制干预值n；
[0054]
若空气过量系数λ
act
小于氧饥饿保护边界值λ
lim
，则控制空压机的转速调至最大，使得燃料电池发动机进入最大供气量工作状态。
[0055]
具体的，本发明中，仅通过空气过量系数λ
act
、氧饥饿保护边界值λ
lim
与氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
这三个值即可判断燃料电池发动机是否缺氧，并根据判断结果迅速反应，在燃料电池发动机即将出现氧饥饿时可快速控制执行器以较大的供氧量对燃料电池发动机进行供氧，保护发动机，避免了现有的通过pid控制的滞后和延迟，延长了发动机的使用寿命以及提升了发动机的性能。
[0056]
若λ
act
≥λ
lim
+λ
delta
，则说明燃料电池发动机供氧充足，只需按照原供气控制方法对燃料电池发动机进行供气即可，这样可以实现供气量的精确计算和控制；若λ
lim
≤λ
act
＜λ
lim
+λ
delta
，则说明燃料电池发动机供氧量不足，即将开始出现氧饥饿，此时常规的通过pid控制的供氧量已无法满足燃料电池发动机的供氧需求，需要增大供氧量，那么就按照本发明的供气控制方法，开始执行氧饥饿保护，干预执行器状态，将空压机100’的转速调整为执行器控制干预值n；若空气过量系数λ
act
小于氧饥饿保护边界值λ
lim
，认为电池堆进入氧饥饿状态，有必要取代常规控制，而执行强制全开。
[0057]
例如，某一工况下，λ
lim
＝1.5，λ
delta
＝0.5，当负载增加时，由于常规的供气控制方法的空气供给滞后，λ
act
由2.1突降到1.75，此时，燃料电池发动机即将处于氧饥饿状态。由于λ
act
突降，虽然根据常规的控制计算空压机100’的转速也会上升，但是由于常规计算采取逐步累加的方式，转速上升速度较慢，常规控制计算空压机100’的转速从30000r/min上升至40000r/min，但是由于负载上升需要更多的空气供给，因此仍不足以快速提高λ
act
脱离氧
饥饿状态，保证燃料电池发动机的正常运行。此时，通过本发明的供气控制方法同时进行执行器控制来干预原来的控制方法，对执行器进行控制干预的执行器控制干预修正系数r等于0.5，由于空压机100’最大转速n为120000r/min，因此执行器控制干预值n等于60000r/min。由于执行器控制干预值60000r/min大于常规控制的计算值40000r/min，因此空压机100’目标转速被设定为执行器控制干预值60000r/min。相较于常规控制，通过对本发明的供气控制方法对空气供给系统执行器常规控制进行干预，显著提高了进入氧饥饿保护状态下的进气量，从而减轻燃料电池发动机受氧饥饿带来的性能及寿命的不良影响。
[0058]
进一步的，本发明的供气控制方法在步骤s300之后还包括：
[0059]
s400、当控制空压机的转速调至最大，使燃料电池发动机进入最大供气量工作状态时，开始计时，若在预定时间内空气过量系数λ
act
仍小于氧饥饿保护边界值λ
lim
，则向系统发出氧饥饿故障信号并请求系统停机。
[0060]
具体的，若在步骤s300中空气过量系数λ
act
小于氧饥饿保护边界值λ
lim
，控制空压机100’的转速调至最大一段时间后，空气过量系数λ
act
仍小于氧饥饿保护边界值λ
lim
，则可能是供气系统出现问题或者发生其他故障，这样持续出现氧饥饿状态会对燃料电池发动机造成很大的损坏，所以此时可以停机处理。步骤s400中的预定时间可以根据需要具体选择一个合适的值，例如30s，也就是说出现空气过量系数λ
act
小于氧饥饿保护边界值λ
lim
的时间持续30s时，停机处理并向系统报送故障。
[0061]
实施例二
[0062]
本发明实施例二提供一种用于燃料电池发动机的供气控制装置，图3是本发明实施例中用于燃料电池发动机的供气控制装置的结构框图，如图3所示，本发明的供气控制装置包括氧饥饿判断部110、执行器控制干预部120以及控制状态切换部130，氧饥饿判断部110、执行器控制干预部120以及控制状态切换部130依次连接。氧饥饿判断部110用于计算空气过量系数λ
act
、氧饥饿保护边界值λ
lim
及氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
，具体的计算方法如实施例一中所述。执行器控制干预部120用于计算执行器控制干预修正系数r和执行器控制干预值n，具体的计算方法如实施例一中所述。执行器控制干预部120用于控制执行器执行空压机100’的转速控制，具体的控制规则如实施例一中所述。
[0063]
实施例三
[0064]
本发明实施例三提供一种车辆，车辆的组件可以包括但不限于：车辆本体、一个或多个处理器、存储器以及连接不同系统组件(包括存储器和处理器)的总线，存储器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用于燃料电池发动机的供气控制方法对应的程序指令。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、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，即实现上述的用于燃料电池发动机的供气控制方法。
[0065]
存储器可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，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，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，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器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。
[0066]
实施例四
[0067]
本发明实施例四提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例一中所述的用于燃料电池发动机的供气控制方法，该用于燃料电池发动机的供气控制方法如下步骤：
[0068]
s100、根据空气过量系数λ
act
、氧饥饿保护边界值λ
lim
及氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
计算执行器控制干预修正系数r；
[0069]
s200、根据执行器控制干预修正系数r计算执行器控制干预值n；
[0070]
s300、若空气过量系数λ
act
大于等于氧饥饿保护边界值λ
lim
与氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
之和，则按照原供气控制方法对燃料电池发动机进行供气；
[0071]
若空气过量系数λ
act
小于氧饥饿保护边界值λ
lim
与氧饥饿保护偏差范围值λ
delta
之和，并大于等于氧饥饿保护边界值λ
lim
，则将空压机的转速调整为执行器控制干预值n；
[0072]
若空气过量系数λ
act
小于氧饥饿保护边界值λ
lim
，则控制空压机的转速调至最大，使得燃料电池发动机进入最大供气量工作状态。
[0073]
当然,本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的用于燃料电池发动机的供气控制方法的相关操作。
[0074]
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(random access 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方法。
[0075]
上述实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0076]
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。