控制用于燃料电池车辆的鼓风机的系统和方法_2

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例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN Controller Area Network)以分布形式存储并且执行计算机可读介质。
[0028]本文所使用的术语仅仅为了说明具体实施例的目的,而非意在限制本发明。如本文所使用的,单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也包括复数形式,除非上下文另外清楚地指明。还将理解的是,当在本说明书中使用时,术语“包括”和/或“包含”意指存在所述特征、整体(整数)、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的,术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。
[0029]下文中,将参照附图描述本发明的示例性实施例。
[0030]在燃料电池系统中,如图2所示,当确定鼓风机的运行量时(例如,在什么水平运行鼓风机或者从鼓风机发出的空气的量);所需空气流量计算单元100可配置成基于燃料电池的输出电流、驱动燃料电池车辆所需的电流、基于实际电流消耗的空气增压比(目标SR:target supercharging rat1)、堆电池的数量等,计算所需的空气流量;以及进入空气流量测量单元200配置成测量进入空气的空气流量,且比较测量的空气流量与所需空气流量(需求空气流量)。所需空气流量计算单元100和进入空气流量测量单元200可通过具有处理器和存储器的控制器执行。
[0031]此外,通过反馈PID增益控制(feedback PID GAIN control) 300,基于测量的空气流量与所需空气流量之间的差,可确定鼓风机的转速。鼓风机转速的指令值可通过后处理400确定,其中后处理400考虑了运行限制范围、温度和紧急运行。
[0032]根据本发明,可保持合适的空气流量,且通过检测难以维持足够的空气流量的外部行驶条件,或检测归因于系统故障而增大的背压,可使鼓风机免于超负载(overload)。
[0033]因此,如图3所说明的,本发明的一个示例性实施例的控制用于燃料电池车辆的鼓风机的方法可包括如下步骤:确定满足在当前运行条件下空气量的需要的鼓风机的运行量(S100);当鼓风机在所确定的鼓风机的运行量下运行时,通过获得关于空气通道堵塞的信息或关于背压增大的信息,确定空气通道堵塞状态或背压增大状态(S200);以及将空气通道堵塞状态或背压增大状态考虑在内,根据检测出的状态改变最大运行范围(S300)。
[0034]具体地,在步骤S100中,可通过控制器确定在当前运行条件下可满足所需空气流量的鼓风机的运行量。可将由所需空气流量计算单元100计算的所需空气流量和由进入空气流量测量单元测量的测量空气流量相互比较,并且可确定鼓风机的运行量,以使实际空气流量(测量值)达到所需空气流量。换言之,当进入空气的测量空气流量大于所需空气流量时,鼓风机的运行量可降低。此外,当进入空气的测量空气流量小于所需空气流量时,鼓风机的运行量可增加,使得实际空气流量达到所需空气流量。
[0035]然而,当在鼓风机系统中空气通道被堵塞时,由于空气通道的堵塞,供应的空气量可能不足。因此,为了能够将足够量的空气供应到燃料电池堆,可增大鼓风机的运行量,其潜在地导致鼓风机的损坏或者叶轮从鼓风机分离,这将引起受伤风险的增大。当车辆在大气压相当低的相当高海拔行驶时,与在平地(例如相当平或平坦的表面)行驶相比,进入的空气量可能不足。
[0036]本发明可配置成确定是否发生空气通道堵塞状态或背压增大状态,并且根据当前运行条件改变最大运行范围,保持足够的空气流量。异常运行确定步骤S200可包括如下步骤:获得关于空气通道堵塞的信息或关于背压增大的消息;以及根据当前运行条件(如,空气通道堵塞状态或背压增大状态)改变最大运行范围。
[0037]根据第一示例性实施例,可通过比较从空气流量估计器导出的估计值与进入空气的当前实际空气流量的测量值,确定空气通道的堵塞。空气流量估计器可包括空气流量图(air flow rate map)的数据,其中进入空气(例如,吸入的空气)的空气流量是以在大气压和约室温下的鼓风机转速来绘制的。相对于在大气压和约室温下的鼓风机转速,可确定在当前空气压力和当前空气温度下的鼓风机转速。
[0038]具体地,空气流量估计器可配置成比较基于大气压和室温的空气流量图数据与当前空气压力和空气温度,以校正针对鼓风机的运行量的空气流量,从而更精确地确定系统的当前状态,即空气通道堵塞状态或背压增大状态是否发生。
[0039]在将基于空气流量估计器的图数据估计出的空气流量的估计值与实际空气流量的测量值进行比较之后,可基于以下的事实确定空气通道被堵塞,即估计值和测量值之间的差等于或大于第一参考值。参考值可为通过比较估计值与测量值的实验获得的值。参考值可根据车辆而变化。
[0040]另外,通过利用关于空气通道堵塞的信息,可确定估计值与测量值之间的差是否持续地等于或大于第一参考值预定的异常运行确认时段。换言之,通过设置异常运行确认时段,能够更精确地确定空气通道堵塞的发生。当空气流量的估计值与空气流量的测量值之间的差大于第一参考值时,可能无法立刻确定空气通道的堵塞,但当估计值与测量值之间的差大于第一参考值的状态维持异常运行确认时段时,可确定空气通道的堵塞。
[0041]如上描述,当估计值与测量值之间的差大于第一参考值并且可确定空气通道的堵塞时,鼓风机的最大运行范围可变为预定的安全旋转计数(safe rotat1n count)。换言之,当系统失灵(malfunct1n),如空气通道堵塞发生时,通过将鼓风机的最大运行范围改变为预定的安全旋转计数,能够在由于错误如空气通道的堵塞而发生空气流量降低时,防止鼓风机过度工作,同时确保足够的空气流量。而且,即使在空气通道堵塞发生期间,也能够保持足够的空气流量。
[0042]安全旋转计数可设置为小于鼓风机的运行量,以在当前运行条件即,空气通道堵塞状态下,满足空气流量。然而,安全旋转计数可设置成确保一定程度(如,量)的空气流量同时使鼓风机的轻微的超负载。换言之,尽管鼓风机可设置成在安全的运行范围内运行,但安全旋转计数可设置为略微超过安全运行范围的值,以即使在由于空气通道的堵塞车辆压力增大的条件下也能确保一定程度的空气流量。
[0043]具体地,安全运行范围可指鼓风机的运行量在最大值的鼓风机的旋转速度的上限。当鼓风机的旋转速度增大至超过安全运行范围时,鼓风机可受损坏。因此,安全运行范围可为用于防止鼓风机在超临界旋转速度下运行的安全范围。另外,当鼓风机的最大运行范围变为安全旋转计数时,可产生用于警告驾驶者空气通道堵塞的警告信号。警告信号可为电子仪表(instrument cluster)上光的闪烁,以使车辆驾驶者识别系统的失灵。
[0044]下文中,将参照图4更详细地描述空气通道堵塞状态。
[0045]在正常运行中,S卩,当鼓风机正常运行(如,不失灵地运行)和确保足够的空气流量时,鼓风机可在鼓风机的旋转计数设置为“a”区内的值的状态下运行。然而,当由于,例如,吸入空气通道的异物或控制空气供给系统打开的阀的失灵,鼓风机被堵塞时,车辆压力可增大。在这种情况下,鼓风机的旋转计数可增至“b”区内的值,以保持或确保足够的空气流量。换言之,鼓风机可超负载,引起对鼓风机的潜在损坏。
[0046]因此,S卩,需要通过比较从空气流量估计器导出的估计值与测量的空气流量来确定空气通道堵塞的风险,并且当空气通道确定被堵塞时,需要降低鼓风机的最大运行范围作为至“c”区内的值的预定的安全旋转计数。因此,能够防止鼓风机的超负载。当空气流量的估计值与测量值之间的差等于或小于第一参考值时,控制器可配置成确定空气流量的估计值与测量值之间的差等于或小于第一安全标准值。
[0047]第一安全标准值可为用于确定空气通道未被堵塞状态的值。第一安全标准值可基于在当前运行条件下满足的足够空气流量(例如,基于当前运行条件下确定为足够的空气流量)来设置。换言之,当空气流量的估计值与测量值之间的差等于或小于第一参考值时,可确定该差是否达到第一安全标准值。因此,能够更精确地确定是否解决了归因于空气通道堵塞的系统问题,从而能够更稳定的运行鼓风机。另外,可确定估计值与测量值之间的差等于或小于第一参考值的状态是否维持预定的安全确认时段或更长。当确定该状态维持了预定的安全确认时段时,鼓风机的最大运行范围可变为初始运行范围。
[0048]通过设置这种安全确认时段,能够更精确地确定空气通道是否成为未堵塞的以及空气是否以足够的空气流量被供应。换言之,当空气流量的估计值与测量值之间的差变得等于或小于第一安全标准值时,可能无法立刻确定空气通道变成未堵塞的判断,但当空气流量的估计值与测量值之间的差等于或小于第一安全标准值的状态维持安全确认时段时,可确
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