58，方法150利用压缩机上的压力比和压缩机的转速来确定通过压缩机的质量空气流量。在一个示例中，方法150使用使压力比和压缩机转速与质量空气流量相关联的查找表。该表可以是如图2所示的三维表，或可以具有更少或更多的维度。在另一示例中，方法150可以利用查找表来使用环境压力、堆进气压力和压缩机转速，其中，查找表使压力、压缩机转速和系统组件上的压降与通过压缩机的质量空气流量相关联。在其他示例中，方法150可以使用控制反馈回路以由压力比和压缩机转速确定质量空气流量。
[0048]在使用查找表或控制反馈回路确定质量空气流量的操作中，方法150还可以在步骤158使用阀位。阀位影响阀上游的压力，并且随着阀从打开阀位向关闭阀位运动，由阀提供的背压增大。随着由阀提供的背压增大，堆入口压力也将被影响并增大。
[0049]在步骤160，方法150将质量空气流量返回到控制系统，诸如用于控制并操作燃料电池系统的控制器76。基于燃料电池系统的期望的电流和操作条件，控制器可以增大、减小或保持质量空气流量。在步骤162，方法150结束，或可选择地返回至步骤152。
[0050]图3示出根据实施例的方法150所使用的查找表200。压力比202示出为纵坐标轴。质量空气流量(MAF) 204示出为横坐标轴。线206、208示出压缩机的操作窗口。应注意的是，由于压缩机使空气流的压力增大，压缩机出口处的压力大于压缩机入口处的压力，因此压力比至少为一(如坐标轴202所示)。
[0051]每条线210示出了恒定的压缩机转速。在一些实施例中，每条线210与驱动压缩机的电动马达的输出轴转速直接相关或者是所述输出轴转速的函数。压缩机转速沿着箭头212的方向增大，使得压缩机转速线216的转速大于压缩机转速线214的转速。
[0052]当方法150使用查找表200时，在所述表中参考恒定的压缩机转速线，例如，线214。然后使用压力比(PR1)确定线214上的方位或位置，以提供针对MAF的值。在考虑压力传感器与压缩机的入口和出口之间的任意压降的情况下，压力比202可以是压缩机上的压力比。可选择地，压力比202可以是直接从压力传感器得到的压力比，所述表包括系数或比例以包括作为表200中的流量的函数的任意压降。
[0053]如图3所示，PR1沿着线214的低斜率或相对平坦的部分与线214相交。如此，PR1和线214可以提供一系列的可能的质量空气流量。表200可以包括附加变量以更好地推断此方案中的质量空气流量。线218针对空气流中的控制阀提供了恒定阀位的线。控制阀可以是根据一个示例的阀58。阀位沿着箭头220的方向变得更张开，使得在线224处的阀位比在线222处的阀位更张开(或提供减小的流量限制或较小的背压)。
[0054]使用阀位，方法150能够针对质量空气流量提供更精确的值。例如，通过具有PRp压缩机转速线214和阀位线226的表提供MAFp
[0055]在使用表200的另一示例中，压缩机上的压力比PR2较高、线228处的压缩机转速较高并且线230处的阀位更张开，提供了大于嫩匕的MAF 2。
[0056]可以在没有阀位线218的情况下使用表200。在该方案中，方法150可以使用控制反馈回路以沿着低斜率区域中的恒定的压缩机转速线确定MAF。
[0057]表200可以是如示出的二维表，还可以是如图2中的示意图示出的三维表，或可选择地，数据可以以其他方式布置在表中，以提供类似的结果。
[0058]图4示出了与根据实施例的使用方法150确定的推断的质量空气流量值进行比较的初步试验数据。绘制了质量空气流量250相对于时间252的曲线图并且该曲线图包括燃料电池系统启动(瞬时运转)和正常稳定运转(稳定状态运转)时的质量空气流量。线254表示针对使用质量空气流量传感器的系统测量的质量空气流量。线256表示按照使用方法150和表200所确定的通过系统的推断的质量空气流量。对于示出的示例，方法150在没有阀位信息的情况下使用表200，即，在确定线256处示出的质量空气流量时仅使用压缩机转速和压力比。如通过图4可看见的，一旦燃料电池系统达到稳定状态运转，推断的质量空气流量就与测量的质量空气流量匹配。
[0059]在瞬时运转期间，包括阀位、压缩机转速和/或压力比的燃料电池系统中的条件会快速地改变。在初始启动或瞬时运转期间，推断的质量空气流量线256推断出高于真实值的MAF值；然而，包含了阀位和/或数据过滤器的情况可以在瞬时运转期间提供更好的推断的 MAF 256。
[0060]本公开的各种实施例具有关联的、非限制性的优点。例如，燃料电池系统的操作使用控制算法。控制算法可以使用反馈传感器。燃料电池堆使用在期望的压力、流量和湿度下的空气和氢以产生电流。控制算法控制压缩机(诸如电动增压器)以传递期望的气压和空气流量。传统的系统使用质量空气流量传感器和一个或更多个气压传感器。在燃料电池系统中使用的每个传感器增加了燃料电池系统的成本和复杂性。本公开提供了一种没有质量空气流量传感器的燃料电池系统，其中，控制器基于压缩机的转速和压缩机上的压降来推断质量空气流量。在推断质量空气流量的操作中，控制器还可以使用控制阀位，其中，阀位设置系统中的背压。控制器可以考虑包括空气入口或感应系统、空气增湿系统等的系统中的其他压降。控制器使用基于推断的质量空气流量控制燃料电池系统的操作以达到期望的质量空气流量和气压的方法，其中，推断的质量空气流量是压缩机上的压力比、压缩机转速和/或阀位的函数。控制器可以使用反馈回路或查找表以确定推断的质量空气流量。
[0061]尽管在上面描述了示例性实施例，但是这些示例性实施例并不意在描述本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。另外，各种实施方式的实施例的特征可组合以形成本发明的进一步的实施例。
【主权项】
1.一种燃料电池系统，包括: 燃料电池堆； 压缩机，将气流提供给燃料电池堆； 第一压力传感器，用于在所述燃料电池系统中的第一位置测量气流的第一气压； 第二压力传感器，用于在所述燃料电池系统中的第二位置测量气流的第二气压；以及控制器，被配置为:(i)利用压缩机的转速和压缩机上的压力比来推断气流的质量空气流量，压力比由第一气压和第二气压来确定，(ii)利用通过压缩机的质量空气流量来控制燃料电池堆的操作。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，还包括阀，阀位于燃料电池堆的下游并被构造为控制通过燃料电池堆的气流的流动； 其中，控制器被配置为接收指示阀的阀位的信号； 其中，控制器还被配置为利用压缩机的转速、压缩机上的压力比和阀的阀位来推断质量空气流量。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，控制器包括控制器的存储器中的查找表，并且控制器还被配置为基于作为查找表中的输入的压缩机的转速、压力比和阀的阀位来推断质量空气流量。4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，控制器还被配置为利用反馈回路使用压缩机的转速和压缩机上的压力比来推断质量空气流量。5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，控制器还被配置为从第一压力传感器接收指示第一气压的第一信号以及从第二压力传感器接收指示第二气压的第二信号。6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，控制器还被配置为从压缩机接收指示压缩机的转速的信号。7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，控制器包括控制器的存储器中的查找表，并且控制器还被配置为基于作为查找表中的输入的压缩机的转速和压力比来推断质量空气流量。8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，第一气压是环境气压。9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中，第二位置对应于燃料电池堆的空气入□ O
【专利摘要】公开一种使用推断的质量空气流量的燃料电池系统控制。燃料电池系统包括：用于产生电力的燃料电池堆、将空气流提供给燃料电池堆的压缩机和控制器。控制器被配置为：响应于使用压缩机的转速和压缩机上的压力比从查找表确定通过压缩机的质量空气流量，基于质量空气流量操作燃料电池系统。用于控制燃料电池系统的方法包括：分别在控制器中接收指示压缩机的上游和下游的气压的第一信号和第二信号，在控制器中接收指示压缩机的转速第三信号。基于使用第一信号、第二信号和第三信号确定的推断的质量空气流量以期望的质量空气流量操作燃料电池系统。
【IPC分类】H01M8/04
【公开号】CN104979572
【申请号】CN201510158273
【发明人】汉斯·冈沃, 米洛斯·米拉西斯
【申请人】福特全球技术公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年4月3日
【公告号】DE102015103981A1, US20150288007