用于估计燃料电池的功率的方法
【专利摘要】本文中公开的是用于估计燃料电池的功率的方法。该方法包括：当升高燃料电池的温度时，基在控制器中于燃料电池当前电流电压特性来估计预定电压处的预计电流；在估计预计电流的步骤之后，基于所估计的预计电流和预定电压来估计第一功率；当估计第一功率时，基于电池电压比率估计第二功率；以及在执行估计第一功率的步骤和估计第二功率的步骤之后，基于第一功率和第二功率计算燃料电池的可用功率。
【专利说明】
用于估计燃料电池的功率的方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种用于估计燃料电池的功率的方法，该方法实时估计燃料电池的可用功率以确定在针对冷启动将燃料电池的温度升高时，冷启动是否可以完成。
【背景技术】
[0002]本部分中的陈述仅提供了与本公开内容有关的背景信息并且不可构成现有技术。
[0003]当燃料电池内部的水由于低温而冻结时，需要温度升高过程以确保燃料电池的功率。
[0004]图1是示出了根据常规技术，当升高燃料电池的温度时，燃料电池的性能输出的变化的曲线图。参考图1，在温度升高过程开始时，在低温状态下的燃料电池组输出被表示为线①上的点的性能。当温度升高过程在进行中时，如线②所示，组电压以几乎不变的电流逐渐增加。然后，当温度升高过程完成时，性能被表示为线③上的点。换句话说，当具有由线①表示的组性能的燃料电池不能输出驱动车辆所需求的功率时，温度升高过程一直进行直至燃料电池具有表示为线③的组性能。
[0005]然而，与驱动车辆所需求的功率相比，温度升高过程中燃料电池的功率较低。这是因为当施加用于驱动车辆的电流时，组性能降到低于高压部件的正常工作所需要的电压条件以下。
[0006]换句话说，继续温度升高操作直到燃料电池的功率达到驱动车辆所需求的功率是不必要的。然而，由于用于确定在温度升高操作过程中温度增加程度或燃料电池的可用功率的技术的不足，所以点火启动可能过度延迟直至温度足够升高。
[0007]前述内容仅旨在帮助理解本公开内容的【背景技术】，而并非旨在表示本公开内容落在本领域的技术人员已知的相关技术的范围内。
【发明内容】
[0008]因此，鉴于以上问题创作了本公开，并且本公开的目的在于，提供一种用于估计燃料电池的功率以最小化点火启动延迟的方法，该方法通过在针对冷启动而升高燃料电池的温度时，基于电流电压特性和电池电压比率估计燃料电池的可用功率，来使冷启动能够在合适的时间完成。
[0009]为了实现以上目的，根据本发明的用于估计燃料电池的功率的方法可包括:当升高燃料电池的温度时，在控制器中基于燃料电池当前的电流电压特性来估计预定电压处的预计电流；在估计预计电流之后，基于所估计的预计电流和预定电压来估计第一功率；当估计第一功率时，基于电池电压比率来估计第二功率；以及，在执行估计第一功率和估计第二功率之后，基于第一功率和第二功率计算燃料电池的可用功率。
[0010]还包括:在估计预计电流之前，确定发动机启动是否是冷启动；并且当确定发动机启动是冷启动时，在执行升高燃料电池的温度操作之后，可执行预计电流的估计。
[0011 ] 预定电压是能够使车辆的高压部件工作的参考电压。
[0012]当升高燃料电池的温度时，基于由燃料电池的当前电流电压特性预先确定的电流电压梯度来估计预计电流。
[0013]电池电压比率是多个电池的最低电压与多个电池的平均电压之比，并且电池电压比率随着输出最低电压的电池的电压增加而增加。
[0014]第二功率随着电池电压比率的增加而增加。
[0015]在电池电压比率等于或大于第一参考值处，第二功率被估计为正值；在电池电压比率等于或大于第二参考值并且小于第一参考值处，第二功率被估计为O ;以及在电池电压比率小于第二参考值处，第二功率被估计为负值。燃料电池的可用功率是第一功率和第二功率的总和。
[0016]根据配置为如上所述的用于估计燃料电池的功率的方法，当估计燃料电池的可用功率时，点火启动可在合适的时间完成，由此可最小化点火启动延迟。
[0017]另外，由于通过在升高燃料电池的温度时考虑电池电压比率以及电流电压特性，来估计燃料电池的可用功率，所以燃料电池的可用功率可准确估计以计算点火启动完成时的时间。
[0018]从本文所提供的描述中，其他适用性区域将变得清晰可见。应当理解，该描述和具体实例仅旨在说明的目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
【附图说明】
[0019]为了良好地理解本公开内容，现在将参考附图对以通过举例的方式给出的其各种形式进行描述，其中:
[0020]图1是示出了根据常规技术，当升高燃料电池的温度时燃料电池的性能输出的变化的曲线图；
[0021]图2是示出用于估计燃料电池的功率的方法的流程图；
[0022]图3至图4是示出在用于估计燃料电池的功率的方法中，用于估计第一功率的方法的曲线图；以及
[0023]图5是示出在用于估计燃料电池的功率的方法中，用于估计第二功率的方法的曲线图。
[0024]图6是示出用于估计燃料电池的功率的设备的框图。
【具体实施方式】
[0025]在下文中，参考附图描述根据本公开的实施方式的用于估计燃料电池的功率的方法。图2是示出根据本公开的实施方式的用于估计燃料电池的功率的方法的流程图；图3至图4是示出在根据本公开的实施方式的用于估计燃料电池的功率的方法中，用于估计第一功率的方法的曲线图；图5是示出了在根据本公开的实施方式的用于估计燃料电池的功率的方法中，用于估计第二功率的方法的曲线图；以及图6是示出根据本公开的实施方式的用于估计燃料电池的功率的设备的框图。
[0026]参考图2至图6，用于估计燃料电池的功率的方法可包括:当升高燃料电池的温度时，在控制器中基于当前的电流电压特性来估计预定电压处的预计电流(S120);在5120中估计预计电流之后，基于所估计的预计电流和预定电压来估计第一功率(S130);当在S130中估计第一功率时，基于电池电压比率来估计第二功率(S140);以及在执行估计第一功率S130和估计第二功率S140之后，基于第一功率和第二功率来计算燃料电池的有效功率(S150)。在这种情况下，预定电压是能够使车辆的高压部件工作的参考电压，并且当升高燃料电池的温度时，基于由燃料电池的当前电流电压特性预先确定的电流电压梯度来估计预计电流。
[0027]本文中，如图6所示，当升高燃料电池的温度时，控制器与燃料电池连接以检测燃料电池的当前电流电压特性，由此在控制器中估计预计电流、第一功率、第二功率以及在预定电压下的燃料电池的可用功率。
[0028]首先，在通过控制器估计预计电流(S120)之前，确定发动机启动是否是冷启动(S100)。当在SlOO中确定发动机启动是冷启动时，在执行燃料电池(SllO)的温度升高操作之后，可估计预计电流(S120)。
[0029]在SlOO中，通过冷却剂的温度来确定发动机启动是否是冷启动，该冷却剂的温度通过控制器的温度传感器检测。当冷却剂的温度是预定温度以下时，由于确定发动机处于冷启动条件，所以执行向燃料电池提供氢和空气的温度升高操作(SllO)。另一方面，当冷却剂的温度高于预定温度时，由于确定发动机不处于冷启动条件，因此执行正常启动操作(S105)ο
[0030]根据常规技术，当尝试冷启动时，燃料电池的性能根据温度升高过程而改变。在点火启动开始时，输出低的电压-电流比。此后，改变燃料电池的特性以在某些电流处输出高电压，并且在温度升高过程完成时输出高的电压-电流比。
[0031]参考图3，当发动机处于冷启动条件时，控制器检查根据温度升高过程的燃料电池组的功率的变化。最下方的线指示在点火启动开始时燃料电池组的性能，并且最上方的线指示在温度升高过程结束时燃料电池组的性能。在两条线之间存在绝对电压电平的差异，但是在电压梯度方面，这两条线是相似的，该电压梯度随着电压的增加或者减少而改变。本发明将梯度设置为预定电流电压梯度。
[0032]因此，本发明可在升高燃料电池的温度时，通过应用由当前电流和电压预先确定的电流电压梯度，来估计由图3中间的线表示的性能曲线。在这种情况下，可通过性能曲线估计预计电流，该预计电流根据燃料电池的当前性能可输出预定电压。执行温度升高操作的燃料电池的可用功率的第一功率可通过将估计的预计电流乘以预定电压来估计。
[0033]图4示出了燃料电池的功率变化，其中温度升高操作执行得比图3的实施方式更长。如图4中间所示的燃料电池的性能曲线，电压-电流比高于图3。另外，因为从预定电压估计的预计电流较高，所以燃料电池组可输出对应于预计电流的预定电压。
[0034]此外，本发明可通过基于电池电压比率估计第二功率，来提高燃料电池的可用功率的精确度。本文中，电池电压比率是多个电池的最低电压与多个电池的平均电压之比，并且随着输出最低电压的电池的电压升高，电池电压比率变得更高。另外，随着电池电压比率变高，第二功率增加。
[0035]换句话说，当在温度升高过程开始时，燃料电池处于冻结状态时，由于不均匀冻结，可能存在具有相对高性能的电池，以及具有相对低性能的电池。随着温度升高过程的进行，在具有低性能的电池中产生的高热量以及该电池的性能不断恢复至正常。在温度升高过程结束时，电池电压比率具有接近I的值。
[0036]参考图5，当电池电压比率等于或大于第一参考值时，第二功率被估计为正值；当电池电压比率等于或大于第二参考值并且小于第一参考值时，第二功率被估计为零(O);以及当电池电压比率小于第二参考值时，第二功率被估计为负值。由于实际估计的第一功率是根据电池电压比率增加或减小的，所以第一功率的精确度可能降低。
[0037]燃料电池的可用功率可通过由控制器将第一功率和第二功率相加来计算。总之，可用功率可通过由控制器将第二功率加入到第一功率来准确估计，其中，第二功率通过根据电池电压比率考虑电池电压一致性获得；第一功率可以在升高燃料电池的温度时通过燃料电池的电流电压特性来估计。
[0038]根据配置为如上所述的用于估计燃料电池的功率的方法，可能估计燃料电池的可用功率，由此可在合适时间完成点火启动，并且可以最小化不必要的延迟。
[0039]另外，在估计燃料电池的可用功率时，由于考虑了电池电压比率以及电流电压特性，所以燃料电池的可用功率可被更准确地估计，由此可能计算出合适的完成时间。
[0040]本公开的描述本质上仅是示例性的，因此在不背离本公开的实质的变化的前提下，变形旨在落入本公开范围内。该变形不认为是偏离本公开的精神和范围。
【主权项】
1.一种用于估计燃料电池的功率的方法，包括以下步骤: 当升高所述燃料电池的温度时，在控制器中基于所述燃料电池的当前电流电压特性来估计预定电压处的预计电流； 在估计所述预计电流的步骤之后，基于估计的预计电流和所述预定电压来估计第一功率; 当估计所述第一功率时，基于电池电压比率来估计第二功率；以及 在执行估计所述第一功率的步骤和估计所述第二功率的步骤之后，基于所述第一功率和所述第二功率来计算所述燃料电池的可用功率。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤: 在估计所述预计电流的步骤之前，确定发动机启动是否是冷启动， 其中，当确定所述发动机启动是冷启动时，在执行所述燃料电池的温度升高操作之后，执行估计所述预计电流的步骤。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定电压是能够使车辆的高压部件工作的参考电压。4.根据权利要求1所述的方法，其中，当升高所述燃料电池的温度时，基于由所述燃料电池的所述当前电流电压特性预先确定的电流电压梯度，来估计所述预计电流。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池电压比率是多个电池的最低电压与所述多个电池的平均电压之比，并且所述电池电压比率随着输出所述最低电压的电池的电压增加而增加。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二功率随着所述电池电压比率的增加而增加。7.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述电池电压比率等于或大于第一参考值时，所述第二功率被估计为正值；当所述电池电压比率等于或大于第二参考值并且小于所述第一参考值时，所述第二功率被估计为零；并且当所述电池电压比率小于所述第二参考值时，所述第二功率被估计为负值。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料电池的所述可用功率是所述第一功率和所述第二功率的总和。
【文档编号】H01M8/04537GK105895940SQ201510674396
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年10月16日
【发明人】金大钟
【申请人】现代自动车株式会社