用于估計(jì)燃料電池的功率的方法
【專利摘要】本文中公開的是用于估計(jì)燃料電池的功率的方法。該方法包括：當(dāng)升高燃料電池的溫度時(shí)，基在控制器中于燃料電池當(dāng)前電流電壓特性來估計(jì)預(yù)定電壓處的預(yù)計(jì)電流；在估計(jì)預(yù)計(jì)電流的步驟之后，基于所估計(jì)的預(yù)計(jì)電流和預(yù)定電壓來估計(jì)第一功率；當(dāng)估計(jì)第一功率時(shí)，基于電池電壓比率估計(jì)第二功率；以及在執(zhí)行估計(jì)第一功率的步驟和估計(jì)第二功率的步驟之后，基于第一功率和第二功率計(jì)算燃料電池的可用功率。
【專利說明】
用于估計(jì)燃料電池的功率的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于估計(jì)燃料電池的功率的方法，該方法實(shí)時(shí)估計(jì)燃料電池的可用功率以確定在針對冷啟動(dòng)將燃料電池的溫度升高時(shí)，冷啟動(dòng)是否可以完成。
【背景技術(shù)】
[0002]本部分中的陳述僅提供了與本公開內(nèi)容有關(guān)的背景信息并且不可構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]當(dāng)燃料電池內(nèi)部的水由于低溫而凍結(jié)時(shí)，需要溫度升高過程以確保燃料電池的功率。
[0004]圖1是示出了根據(jù)常規(guī)技術(shù)，當(dāng)升高燃料電池的溫度時(shí)，燃料電池的性能輸出的變化的曲線圖。參考圖1，在溫度升高過程開始時(shí)，在低溫狀態(tài)下的燃料電池組輸出被表示為線①上的點(diǎn)的性能。當(dāng)溫度升高過程在進(jìn)行中時(shí)，如線②所示，組電壓以幾乎不變的電流逐漸增加。然后，當(dāng)溫度升高過程完成時(shí)，性能被表示為線③上的點(diǎn)。換句話說，當(dāng)具有由線①表示的組性能的燃料電池不能輸出驅(qū)動(dòng)車輛所需求的功率時(shí)，溫度升高過程一直進(jìn)行直至燃料電池具有表示為線③的組性能。
[0005]然而，與驅(qū)動(dòng)車輛所需求的功率相比，溫度升高過程中燃料電池的功率較低。這是因?yàn)楫?dāng)施加用于驅(qū)動(dòng)車輛的電流時(shí)，組性能降到低于高壓部件的正常工作所需要的電壓條件以下。
[0006]換句話說，繼續(xù)溫度升高操作直到燃料電池的功率達(dá)到驅(qū)動(dòng)車輛所需求的功率是不必要的。然而，由于用于確定在溫度升高操作過程中溫度增加程度或燃料電池的可用功率的技術(shù)的不足，所以點(diǎn)火啟動(dòng)可能過度延遲直至溫度足夠升高。
[0007]前述內(nèi)容僅旨在幫助理解本公開內(nèi)容的【背景技術(shù)】，而并非旨在表示本公開內(nèi)容落在本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)的范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，鑒于以上問題創(chuàng)作了本公開，并且本公開的目的在于，提供一種用于估計(jì)燃料電池的功率以最小化點(diǎn)火啟動(dòng)延遲的方法，該方法通過在針對冷啟動(dòng)而升高燃料電池的溫度時(shí)，基于電流電壓特性和電池電壓比率估計(jì)燃料電池的可用功率，來使冷啟動(dòng)能夠在合適的時(shí)間完成。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的用于估計(jì)燃料電池的功率的方法可包括:當(dāng)升高燃料電池的溫度時(shí)，在控制器中基于燃料電池當(dāng)前的電流電壓特性來估計(jì)預(yù)定電壓處的預(yù)計(jì)電流；在估計(jì)預(yù)計(jì)電流之后，基于所估計(jì)的預(yù)計(jì)電流和預(yù)定電壓來估計(jì)第一功率；當(dāng)估計(jì)第一功率時(shí)，基于電池電壓比率來估計(jì)第二功率；以及，在執(zhí)行估計(jì)第一功率和估計(jì)第二功率之后，基于第一功率和第二功率計(jì)算燃料電池的可用功率。
[0010]還包括:在估計(jì)預(yù)計(jì)電流之前，確定發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是否是冷啟動(dòng)；并且當(dāng)確定發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是冷啟動(dòng)時(shí)，在執(zhí)行升高燃料電池的溫度操作之后，可執(zhí)行預(yù)計(jì)電流的估計(jì)。
[0011 ] 預(yù)定電壓是能夠使車輛的高壓部件工作的參考電壓。
[0012]當(dāng)升高燃料電池的溫度時(shí)，基于由燃料電池的當(dāng)前電流電壓特性預(yù)先確定的電流電壓梯度來估計(jì)預(yù)計(jì)電流。
[0013]電池電壓比率是多個(gè)電池的最低電壓與多個(gè)電池的平均電壓之比，并且電池電壓比率隨著輸出最低電壓的電池的電壓增加而增加。
[0014]第二功率隨著電池電壓比率的增加而增加。
[0015]在電池電壓比率等于或大于第一參考值處，第二功率被估計(jì)為正值；在電池電壓比率等于或大于第二參考值并且小于第一參考值處，第二功率被估計(jì)為O ;以及在電池電壓比率小于第二參考值處，第二功率被估計(jì)為負(fù)值。燃料電池的可用功率是第一功率和第二功率的總和。
[0016]根據(jù)配置為如上所述的用于估計(jì)燃料電池的功率的方法，當(dāng)估計(jì)燃料電池的可用功率時(shí)，點(diǎn)火啟動(dòng)可在合適的時(shí)間完成，由此可最小化點(diǎn)火啟動(dòng)延遲。
[0017]另外，由于通過在升高燃料電池的溫度時(shí)考慮電池電壓比率以及電流電壓特性，來估計(jì)燃料電池的可用功率，所以燃料電池的可用功率可準(zhǔn)確估計(jì)以計(jì)算點(diǎn)火啟動(dòng)完成時(shí)的時(shí)間。
[0018]從本文所提供的描述中，其他適用性區(qū)域?qū)⒆兊们逦梢?。?yīng)當(dāng)理解，該描述和具體實(shí)例僅旨在說明的目的，并且不旨在限制本公開內(nèi)容的范圍。
【附圖說明】
[0019]為了良好地理解本公開內(nèi)容，現(xiàn)在將參考附圖對以通過舉例的方式給出的其各種形式進(jìn)行描述，其中:
[0020]圖1是示出了根據(jù)常規(guī)技術(shù)，當(dāng)升高燃料電池的溫度時(shí)燃料電池的性能輸出的變化的曲線圖；
[0021]圖2是示出用于估計(jì)燃料電池的功率的方法的流程圖；
[0022]圖3至圖4是示出在用于估計(jì)燃料電池的功率的方法中，用于估計(jì)第一功率的方法的曲線圖；以及
[0023]圖5是示出在用于估計(jì)燃料電池的功率的方法中，用于估計(jì)第二功率的方法的曲線圖。
[0024]圖6是示出用于估計(jì)燃料電池的功率的設(shè)備的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]在下文中，參考附圖描述根據(jù)本公開的實(shí)施方式的用于估計(jì)燃料電池的功率的方法。圖2是示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式的用于估計(jì)燃料電池的功率的方法的流程圖；圖3至圖4是示出在根據(jù)本公開的實(shí)施方式的用于估計(jì)燃料電池的功率的方法中，用于估計(jì)第一功率的方法的曲線圖；圖5是示出了在根據(jù)本公開的實(shí)施方式的用于估計(jì)燃料電池的功率的方法中，用于估計(jì)第二功率的方法的曲線圖；以及圖6是示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式的用于估計(jì)燃料電池的功率的設(shè)備的框圖。
[0026]參考圖2至圖6，用于估計(jì)燃料電池的功率的方法可包括:當(dāng)升高燃料電池的溫度時(shí)，在控制器中基于當(dāng)前的電流電壓特性來估計(jì)預(yù)定電壓處的預(yù)計(jì)電流(S120);在5120中估計(jì)預(yù)計(jì)電流之后，基于所估計(jì)的預(yù)計(jì)電流和預(yù)定電壓來估計(jì)第一功率(S130);當(dāng)在S130中估計(jì)第一功率時(shí)，基于電池電壓比率來估計(jì)第二功率(S140);以及在執(zhí)行估計(jì)第一功率S130和估計(jì)第二功率S140之后，基于第一功率和第二功率來計(jì)算燃料電池的有效功率(S150)。在這種情況下，預(yù)定電壓是能夠使車輛的高壓部件工作的參考電壓，并且當(dāng)升高燃料電池的溫度時(shí)，基于由燃料電池的當(dāng)前電流電壓特性預(yù)先確定的電流電壓梯度來估計(jì)預(yù)計(jì)電流。
[0027]本文中，如圖6所示，當(dāng)升高燃料電池的溫度時(shí)，控制器與燃料電池連接以檢測燃料電池的當(dāng)前電流電壓特性，由此在控制器中估計(jì)預(yù)計(jì)電流、第一功率、第二功率以及在預(yù)定電壓下的燃料電池的可用功率。
[0028]首先，在通過控制器估計(jì)預(yù)計(jì)電流(S120)之前，確定發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是否是冷啟動(dòng)(S100)。當(dāng)在SlOO中確定發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是冷啟動(dòng)時(shí)，在執(zhí)行燃料電池(SllO)的溫度升高操作之后，可估計(jì)預(yù)計(jì)電流(S120)。
[0029]在SlOO中，通過冷卻劑的溫度來確定發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是否是冷啟動(dòng)，該冷卻劑的溫度通過控制器的溫度傳感器檢測。當(dāng)冷卻劑的溫度是預(yù)定溫度以下時(shí)，由于確定發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷啟動(dòng)條件，所以執(zhí)行向燃料電池提供氫和空氣的溫度升高操作(SllO)。另一方面，當(dāng)冷卻劑的溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，由于確定發(fā)動(dòng)機(jī)不處于冷啟動(dòng)條件，因此執(zhí)行正常啟動(dòng)操作(S105)ο
[0030]根據(jù)常規(guī)技術(shù)，當(dāng)嘗試?yán)鋯?dòng)時(shí)，燃料電池的性能根據(jù)溫度升高過程而改變。在點(diǎn)火啟動(dòng)開始時(shí)，輸出低的電壓-電流比。此后，改變?nèi)剂想姵氐奶匦砸栽谀承╇娏魈庉敵龈唠妷?，并且在溫度升高過程完成時(shí)輸出高的電壓-電流比。
[0031]參考圖3，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷啟動(dòng)條件時(shí)，控制器檢查根據(jù)溫度升高過程的燃料電池組的功率的變化。最下方的線指示在點(diǎn)火啟動(dòng)開始時(shí)燃料電池組的性能，并且最上方的線指示在溫度升高過程結(jié)束時(shí)燃料電池組的性能。在兩條線之間存在絕對電壓電平的差異，但是在電壓梯度方面，這兩條線是相似的，該電壓梯度隨著電壓的增加或者減少而改變。本發(fā)明將梯度設(shè)置為預(yù)定電流電壓梯度。
[0032]因此，本發(fā)明可在升高燃料電池的溫度時(shí)，通過應(yīng)用由當(dāng)前電流和電壓預(yù)先確定的電流電壓梯度，來估計(jì)由圖3中間的線表示的性能曲線。在這種情況下，可通過性能曲線估計(jì)預(yù)計(jì)電流，該預(yù)計(jì)電流根據(jù)燃料電池的當(dāng)前性能可輸出預(yù)定電壓。執(zhí)行溫度升高操作的燃料電池的可用功率的第一功率可通過將估計(jì)的預(yù)計(jì)電流乘以預(yù)定電壓來估計(jì)。
[0033]圖4示出了燃料電池的功率變化，其中溫度升高操作執(zhí)行得比圖3的實(shí)施方式更長。如圖4中間所示的燃料電池的性能曲線，電壓-電流比高于圖3。另外，因?yàn)閺念A(yù)定電壓估計(jì)的預(yù)計(jì)電流較高，所以燃料電池組可輸出對應(yīng)于預(yù)計(jì)電流的預(yù)定電壓。
[0034]此外，本發(fā)明可通過基于電池電壓比率估計(jì)第二功率，來提高燃料電池的可用功率的精確度。本文中，電池電壓比率是多個(gè)電池的最低電壓與多個(gè)電池的平均電壓之比，并且隨著輸出最低電壓的電池的電壓升高，電池電壓比率變得更高。另外，隨著電池電壓比率變高，第二功率增加。
[0035]換句話說，當(dāng)在溫度升高過程開始時(shí)，燃料電池處于凍結(jié)狀態(tài)時(shí)，由于不均勻凍結(jié)，可能存在具有相對高性能的電池，以及具有相對低性能的電池。隨著溫度升高過程的進(jìn)行，在具有低性能的電池中產(chǎn)生的高熱量以及該電池的性能不斷恢復(fù)至正常。在溫度升高過程結(jié)束時(shí)，電池電壓比率具有接近I的值。
[0036]參考圖5，當(dāng)電池電壓比率等于或大于第一參考值時(shí)，第二功率被估計(jì)為正值；當(dāng)電池電壓比率等于或大于第二參考值并且小于第一參考值時(shí)，第二功率被估計(jì)為零(O);以及當(dāng)電池電壓比率小于第二參考值時(shí)，第二功率被估計(jì)為負(fù)值。由于實(shí)際估計(jì)的第一功率是根據(jù)電池電壓比率增加或減小的，所以第一功率的精確度可能降低。
[0037]燃料電池的可用功率可通過由控制器將第一功率和第二功率相加來計(jì)算?？傊捎霉β士赏ㄟ^由控制器將第二功率加入到第一功率來準(zhǔn)確估計(jì)，其中，第二功率通過根據(jù)電池電壓比率考慮電池電壓一致性獲得；第一功率可以在升高燃料電池的溫度時(shí)通過燃料電池的電流電壓特性來估計(jì)。
[0038]根據(jù)配置為如上所述的用于估計(jì)燃料電池的功率的方法，可能估計(jì)燃料電池的可用功率，由此可在合適時(shí)間完成點(diǎn)火啟動(dòng)，并且可以最小化不必要的延遲。
[0039]另外，在估計(jì)燃料電池的可用功率時(shí)，由于考慮了電池電壓比率以及電流電壓特性，所以燃料電池的可用功率可被更準(zhǔn)確地估計(jì)，由此可能計(jì)算出合適的完成時(shí)間。
[0040]本公開的描述本質(zhì)上僅是示例性的，因此在不背離本公開的實(shí)質(zhì)的變化的前提下，變形旨在落入本公開范圍內(nèi)。該變形不認(rèn)為是偏離本公開的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于估計(jì)燃料電池的功率的方法，包括以下步驟: 當(dāng)升高所述燃料電池的溫度時(shí)，在控制器中基于所述燃料電池的當(dāng)前電流電壓特性來估計(jì)預(yù)定電壓處的預(yù)計(jì)電流； 在估計(jì)所述預(yù)計(jì)電流的步驟之后，基于估計(jì)的預(yù)計(jì)電流和所述預(yù)定電壓來估計(jì)第一功率; 當(dāng)估計(jì)所述第一功率時(shí)，基于電池電壓比率來估計(jì)第二功率；以及 在執(zhí)行估計(jì)所述第一功率的步驟和估計(jì)所述第二功率的步驟之后，基于所述第一功率和所述第二功率來計(jì)算所述燃料電池的可用功率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 在估計(jì)所述預(yù)計(jì)電流的步驟之前，確定發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是否是冷啟動(dòng)， 其中，當(dāng)確定所述發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是冷啟動(dòng)時(shí)，在執(zhí)行所述燃料電池的溫度升高操作之后，執(zhí)行估計(jì)所述預(yù)計(jì)電流的步驟。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)定電壓是能夠使車輛的高壓部件工作的參考電壓。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)升高所述燃料電池的溫度時(shí)，基于由所述燃料電池的所述當(dāng)前電流電壓特性預(yù)先確定的電流電壓梯度，來估計(jì)所述預(yù)計(jì)電流。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電池電壓比率是多個(gè)電池的最低電壓與所述多個(gè)電池的平均電壓之比，并且所述電池電壓比率隨著輸出所述最低電壓的電池的電壓增加而增加。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第二功率隨著所述電池電壓比率的增加而增加。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，當(dāng)所述電池電壓比率等于或大于第一參考值時(shí)，所述第二功率被估計(jì)為正值；當(dāng)所述電池電壓比率等于或大于第二參考值并且小于所述第一參考值時(shí)，所述第二功率被估計(jì)為零；并且當(dāng)所述電池電壓比率小于所述第二參考值時(shí)，所述第二功率被估計(jì)為負(fù)值。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述燃料電池的所述可用功率是所述第一功率和所述第二功率的總和。
【文檔編號】H01M8/04537GK105895940SQ201510674396
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年10月16日
【發(fā)明人】金大鐘
【申請人】現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社