CN115714191B - 燃料电池的吹扫控制方法、装置、车辆及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种燃料电池的吹扫控制方法、装置、车辆及存储介质,其中,方法包括:在燃料电池处于吹扫模式时,采集当前车辆所处环境的环境参数,并获取当前车辆的停放时长;基于环境参数和停放时长计算初始氮气积累量,并根据初始氮气积累量计算循环管路中的氮气总积累量;基于氮气总积累量,匹配燃料电池的最佳吹扫动作,并按照最佳吹扫动作吹扫循环管路中的氮气。本申请实施例可以直观稳定地估算车辆行驶过程中的氮气总积累量,从而控制车辆进行吹扫动作,以提高车辆燃料电池的氢气利用率,从而提高燃料电池***效率。
Description
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域,特别涉及一种燃料电池的吹扫控制方法、装置、车辆及存储介质。
背景技术
燃料电池汽车由于其零碳排放特性已经成为了世界上最受关注的可持续能源,尽管已经有许多的燃料电池***在运行,但是同样存在许多的挑战阻碍了商业化的进程,其中,燃料电池***效率的提升是主要的解决途径之一。
燃料电池***的效率是电压效率、热力学效率和燃料利用效率的乘积,其中电压效率是存在上限的,及实际电压和理论电压的比值,热力学效率是一个固定值,燃料利用率即氢气的使用效率,在这三个因素中,提升燃料的利用率对于提升***的效率是具有直接的效果。
燃料的利用率即氢气的利用率,理想情况下,氢气吹扫的目的是为了提高阳极循环管路中氢气的浓度,将多余的杂质排出反应容积内,因此,在实际使用过程中,通常按照一定的频率将氢气排出阳极端,合理的计算阳极循环管路中的氮气的具体数量,作为氢气吹扫的关键指标具有重大意义。
相关技术中,申请号为:CN113555592 A,发明名称为燃料电池***的氮气浓度自适应控制方法。提出了一种燃料电池***的氮气浓度自适应控制方法,通过在线的扩散系数获取,得出电堆在不同生命周期状态下的膜的氢气气体扩散系数,通过氢气和氮气之间的转化关系,从而得到氮气的气体扩散系数,利用其调整***的标定参数,从而得到燃料电池***性能和耐久性的最优控制效果。
申请号为:CN 107946614 B,发明名称为质子交换膜燃料电池阳极氮气吹扫策略的设计方法。公开了一种质子交换膜燃料电池阳极氮气吹扫策略的设计方法,定义判断了吹扫策略优劣性的指标,在不同电池运行工况下提供合适、优异的吹扫策略。通过比较能量利用率和燃料浪费率两项指标判定扫气策略的优异性,衡量吹扫策略优劣性的指标-能量利用率和燃料浪费率。通过对实际燃料电池工况进行扫气策略设计,可以提高燃料电池能量转化效率,也减少了氢气燃料的浪费排放,实现质子交换膜燃料电池阳极内氮气吹扫策略的优化。
申请号为:CN 106549176 B,发明名称为GEN2阳极氢气浓度估算的验证和校正。提出了一种用于验证燃料电池堆的阳极中氢气浓度的估算,并且如果识别出误差,则校正该估算的***和方法,其中该方法包括将来自氢气虚拟传感器的测量与采用气体浓度估算模型确定的氢气浓度的估算进行比较。
综上所述,在燃料电池汽车运行过程中,缺乏直接稳定地估算循环管道中氮气浓度的方法,使得氢气的利用率较低,难以提高燃料电池***效率,有待改进。
发明内容
本申请提供一种燃料电池的吹扫控制方法、装置、车辆及存储介质,以解决相关技术中,缺乏直接稳定地估算循环管道中氮气浓度的方法,使得氢气的利用率较低,难以提高燃料电池***效率的技术问题。
本申请第一方面实施例提供一种燃料电池的吹扫控制方法,包括以下步骤:在燃料电池处于吹扫模式时,采集当前车辆所处环境的环境参数,并获取所述当前车辆的停放时长;基于所述环境参数和所述停放时长计算初始氮气积累量,并根据所述初始氮气积累量计算循环管路中的氮气总积累量;以及基于所述氮气总积累量,匹配所述燃料电池的最佳吹扫动作,并按照所述最佳吹扫动作吹扫循环管路中的氮气。
根据上述技术手段,本申请实施例可以直观稳定地估算车辆行驶过程中的氮气总积累量,从而控制车辆进行吹扫动作,以提高车辆燃料电池的氢气利用率,从而提高燃料电池***效率。
可选地,在本申请的一个实施例中,所述根据所述氮气总积累量匹配所述燃料电池的最佳吹扫动作,包括:计算所述循环管路中当前时刻的氮气浓度和初始时刻的氮气浓度之间的第一差值,并判断所述第一差值是否大于第一预设阈值的同时,计算所述循环管路中当前时刻的相对变化率和之前任一时刻的相对变化率之间的第二差值,并判断所述第二差值是否大于第二预设阈值;如果所述第一差值大于所述第一预设阈值且所述第二差值大于所述第二预设阈值时,则查询预设关系图,得到所述循环管路的电磁阀的最优开度。
根据上述技术手段,本申请实施例可以基于当前时刻循环管路中的氮气浓度、氮气变化率,确定相应的电磁阀开度,以实现最大程度的排出氢气内的杂质。
可选地,在本申请的一个实施例中,所述根据所述氮气总积累量匹配所述燃料电池的最佳吹扫动作,还包括:基于所述最优开度,计算任一时间段内的开度变化的平均值,以得到对应的平均值变化率;当所述平均值大于第三预设阈值,且所述平均值变化率大于第四预设阈值时,调节供氢阀总成,将阳极循环氢气管道中的循环气体和纯氢气混合通入电堆。
根据上述技术手段,本申请实施例可以基于电磁阀的开度变化的平均值得到对应的平均值变化率,以调节供氢阀总成,从而提高氢气利用率。
可选地,在本申请的一个实施例中,所述基于所述环境参数和所述停放时长计算初始氮气积累量,包括:将所述环境参数和所述停放时长输入至预先构建的积累量计算模型,输出所述初始氮气积累量,其中,所述积累量计算模型由多个时间停放段中氮气浓度训练得到。
根据上述技术手段,本申请实施例可以建立积累量计算模型,以计算初始氮气积累量。
可选地,在本申请的一个实施例中,所述氮气总积累量的计算公式为:
其中,NN2_total表示所述循环管路中的氮气总积累量,NN2_initial表示所述初始氮气积累量,mN2表示氮气的穿透速率,ΔT1表示电磁阀关闭期间的总时间,表示吹扫时刻氮气的流通速率,ΔT2表示吹扫的时间间隔。
本申请第二方面实施例提供一种燃料电池的吹扫控制装置,包括:采集模块,用于在燃料电池处于吹扫模式时,采集当前车辆所处环境的环境参数,并获取所述当前车辆的停放时长;计算模块,用于基于所述环境参数和所述停放时长计算初始氮气积累量,并根据所述初始氮气积累量计算循环管路中的氮气总积累量;以及控制模块,用于基于所述氮气总积累量,匹配所述燃料电池的最佳吹扫动作,并按照所述最佳吹扫动作吹扫循环管路中的氮气。
可选地,在本申请的一个实施例中,所述控制模块包括:第一计算单元,用于计算所述循环管路中当前时刻的氮气浓度和初始时刻的氮气浓度之间的第一差值,并判断所述第一差值是否大于第一预设阈值的同时,计算所述循环管路中当前时刻的相对变化率和之前任一时刻的相对变化率之间的第二差值,并判断所述第二差值是否大于第二预设阈值;查询单元,用于如果所述第一差值大于所述第一预设阈值且所述第二差值大于所述第二预设阈值时,则查询预设关系图,得到所述循环管路的电磁阀的最优开度。
可选地,在本申请的一个实施例中,所述控制模块还包括:第二计算单元,用于基于所述最优开度,计算任一时间段内的开度变化的平均值,以得到对应的平均值变化率;调节单元,用于当所述平均值大于第三预设阈值,且所述平均值变化率大于第四预设阈值时,调节供氢阀总成,将阳极循环氢气管道中的循环气体和纯氢气混合通入电堆。
可选地,在本申请的一个实施例中,所述计算模块包括:第三计算单元,用于将所述环境参数和所述停放时长输入至预先构建的积累量计算模型,输出所述初始氮气积累量,其中,所述积累量计算模型由多个时间停放段中氮气浓度训练得到。
可选地,在本申请的一个实施例中,所述氮气总积累量的计算公式为:
其中,NN2_total表示所述循环管路中的氮气总积累量,NN2_initial表示所述初始氮气积累量,mN2表示氮气的穿透速率,ΔT1表示电磁阀关闭期间的总时间,表示吹扫时刻氮气的流通速率,ΔT2表示吹扫的时间间隔。
本申请第三方面实施例提供一种车辆,包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序,以实现如上述实施例所述的燃料电池的吹扫控制方法。
本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上的燃料电池的吹扫控制方法。
本申请实施例的有益效果:
(1)本申请实施例可以直观稳定地估算车辆行驶过程中的氮气总积累量,从而控制车辆进行吹扫动作,以提高车辆燃料电池的氢气利用率,从而提高燃料电池***效率;
(2)本申请实施例考虑了停放过程对阳极氢气循环管路中氮气浓度的影响,考虑因素更加全面,使得估算结果更加准确;
(3)本申请实施例可以简化氮气渗透物理模型,便于实时计算;
(4)本申请实施例可以根据协调控制电磁阀的开闭协调控制阳极循环氢气管路中氮气的浓度。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为根据本申请实施例提供的一种燃料电池的吹扫控制方法的流程图;
图2为根据本申请一个实施例的燃料电池的吹扫控制方法的构建积累量计算模型的原理示意图;
图3为根据本申请一个实施例的燃料电池的吹扫控制方法的原理示意图;
图4为根据本申请一个实施例的燃料电池的吹扫控制方法的流程图;
图5为根据本申请一个实施例的估算阳极循环管路中的氮气浓度的原理示意图;
图6为根据本申请一个实施例的动态协调控制阳极循环管路中氮气浓度的原理示意图;
图7为根据本申请实施例提供的一种燃料电池的吹扫控制装置的结构示意图;
图8为根据本申请实施例提供的车辆的结构示意图。
其中,10-燃料电池的吹扫控制装置;100-采集模块、200-计算模块、300-控制模块;1-燃料电池阴极、2-燃料电池阳极、3-供氢阀总成、4-第一温压一体传感器、5-气水分离器、6-电磁阀、7-阳极氢气循环管路、8-第二温压一体传感器、9-FCCU控制器。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的燃料电池的吹扫控制方法、装置、车辆及存储介质。针对上述背景技术中心提到的相关技术中,缺乏直接稳定地估算循环管道中氮气浓度的方法,使得氢气的利用率较低,难以提高燃料电池***效率的技术问题,本申请提供了一种燃料电池的吹扫控制方法,在该方法中,可以在燃料电池处于吹扫模式时,基于环境参数和停放时长计算初始氮气积累量,并根据初始氮气积累量计算循环管路中的氮气总积累量,从而匹配燃料电池的最佳吹扫动作,进而吹扫循环管路中的氮气,可以直观稳定地估算车辆行驶过程中的氮气总积累量,从而控制车辆进行吹扫动作,以提高车辆燃料电池的氢气利用率,从而提高燃料电池***效率。由此,解决了相关技术中,缺乏直接稳定地估算循环管道中氮气浓度的方法,使得氢气的利用率较低,难以提高燃料电池***效率的技术问题。
具体而言,图1为本申请实施例所提供的一种燃料电池的吹扫控制方法的流程示意图。
如图1所示,该燃料电池的吹扫控制方法包括以下步骤:
在步骤S101中,在燃料电池处于吹扫模式时,采集当前车辆所处环境的环境参数,并获取当前车辆的停放时长。
可以理解的是,燃料电池具有阴极和阳极,其中阴极通入压缩的空气,阳极通入氢气,两种气体被膜电极非为两个部分,在催化剂的作用下发生电化学反应生成水。燃料的利用率即氢气的利用率,在实际过程中包含了两个因素:氢气的吹扫量、和氢气的使用化学计量比。其中,吹扫氢气的是直接向大气排出,在理想情况下,氢气吹扫的目的是为了提高阳极循环管路中氢气的浓度,将多余的杂质排出反应容积内,此处杂质指的是运行过程中由于阴极进入的空气中包含了大量的氮气,这些氮气会通过膜电极中各类大小的孔洞渗透到阳极端,一定时间的聚集后就会降低阳极端氢气的浓度,因此,在实际使用过程中,通常按照一定的频率将氢气排出阳极端。
在燃料电池处于吹扫模式时,本申请实施例可以采集当前车辆所处环境的环境参数,并获取当前车辆的停放时长,以便于后续计算初始氮气积累量,从而控制车辆燃料电池的吹扫动作,以提高燃料的利用率。
在步骤S102中,基于环境参数和停放时长计算初始氮气积累量,并根据初始氮气积累量计算循环管路中的氮气总积累量。
在实际执行过程中,本申请实施例可以基于获取的环境参数和停放时长,计算不同环境下,车辆下电后,在不同停放时长后的阳极循环管路内的初始氮气积累量,从而计算循环管路中的氮气总积累量。
可选地,在本申请的一个实施例中,基于环境参数和停放时长计算初始氮气积累量,包括:将环境参数和停放时长输入至预先构建的积累量计算模型,输出初始氮气积累量,其中,积累量计算模型由多个时间停放段中氮气浓度训练得到。
具体地,如图2所示,本申请实施例可以预先构建积累量计算模型,以计算获得初始氮气积累量,其中,阳极氢气循环管路内的初始浓度是时间的函数,短时段内可以通过单电池采集得到,长时段可以通过基于时间序列的预测方法得到,有利于减少实验时间:
其中,表示实时数据修正因子,也可通过标定的方法获取,t表示时间,NN2_initial表示初始氮气积累量。
可选地,在本申请的一个实施例中,氮气总积累量的计算公式为:
其中,NN2_total表示循环管路中的氮气总积累量,NN2_initial表示初始氮气积累量,mN2表示氮气的穿透速率,ΔT1表示电磁阀关闭期间的总时间,表示吹扫时刻氮气的流通速率。
作为一种可能实现的方式,氮气总积累量的计算公式为:
其中,NN2_total表示循环管路中的氮气总积累量,NN2_initial表示初始氮气积累量,mN2表示氮气的穿透速率,ΔT1表示电磁阀关闭期间的总时间,表示吹扫时刻氮气的流通速率,ΔT2表示吹扫的时间间隔。
其中,氮气的穿透速率mN2的计算公式可以如下:
其中,mN2表示氮气的穿透速率,DN2表示氮气的扩散系数,SN2表示氮气在膜中的溶解系数(通常可通过膜的相关制造商获取),PN2 C表示阴极的氮气分压,PN2 A表示阳极的氮气分压,l表示膜的厚度,n表示电堆中膜电极的片,数,表示与电堆片数相关的标定常数,R表示理想气体常数(8.314j/mol/k),A表示催化层的活性面积,T表示电堆的温度,KN2表示氮气在膜电极中的穿透系数,E表示活化能,当膜的湿度为100%时,其值为24KJ/mol。
其中,本申请实施例可以通过标定单电池膜电极的方法获取KN2,KN2是电流密度和温度的函数:其中的I表示电流,T表示单电池的温度。
进一步地,对于阳极和阴极中氮气分压的计算,可通过以下公式计算:
其中,ΔV表示的是平均单体电压的下降值,B是电堆出场设置过程中的计划曲线中欧姆区域的斜率,Pan可以通过设置在阳极循环管路中的温压一体传感器采集得到。
阴极中氮气分压的值在稳态值情况下,可以设定为一个常数,并通过标定的方法得到:
吹扫时刻的氮气流通速率的计算公式可以如下:
其中,Vvolum_anode表示阳极循环管路的体积总和,Aeqa_pipe表示循环管路中的等效直径,Panode表示阳极循环管路中的阳极压力。
循环管路中氮气的浓度可以为:
其中,表示阳极循环管路中的氮气浓度。
在步骤S103中,基于氮气总积累量,匹配燃料电池的最佳吹扫动作,并按照最佳吹扫动作吹扫循环管路中的氮气。
在实际执行过程中,本申请实施例可以基于氮气总积累量,匹配燃料电池的最佳吹扫动作,以提高车辆燃料电池的氢气利用率,从而提高燃料电池***效率。
可选地,在本申请的一个实施例中,根据氮气总积累量匹配燃料电池的最佳吹扫动作,包括:计算循环管路中当前时刻的氮气浓度和初始时刻的氮气浓度之间的第一差值,并判断第一差值是否大于第一预设阈值的同时,计算循环管路中当前时刻的相对变化率和之前任一时刻的相对变化率之间的第二差值,并判断第二差值是否大于第二预设阈值;如果第一差值大于第一预设阈值且第二差值大于第二预设阈值时,则查询预设关系图,得到循环管路的电磁阀的最优开度。
具体而言,本申请实施例可以计算循环管路中当前时刻的氮气浓度和初始时刻的氮气浓度之间的第一差值,并判断第一差值是否大于第一预设阈值:
其中,第一预设阈值可以为5%,也可以由本领域技术人员根据实际情况进行相应设置,在此不做具体限制。
同时,本申请实施例可以计算循环管路中当前时刻的相对变化率和之前任一时刻的相对变化率之间的第二差值,并判断第二差值是否大于第二预设阈值,以任一时刻为当前时刻的3s前为例:
其中,表示当前时刻阳极氢气循环管路中氮气的浓度,/>表示当前时刻的前3秒的阳极循环管路中的氮气浓度,∈表示相对变化率,第二预设阈值可以为5%,也可以由本领域技术人员根据实际情况进行相应设置,在此不做具体限制。
在第一差值大于第一预设阈值且第二差值大于第二预设阈值时,本申请实施例可以查询预设关系图,得到循环管路的电磁阀的最优开度,从而控制电磁阀的开度变化,
其中,预设关系图可以由开度变化、相对变化率和氮气浓度差值建立,并形成map关系图:
其中,ΔX表示电磁阀开度变化。
可选地,在本申请的一个实施例中,根据氮气总积累量匹配燃料电池的最佳吹扫动作,还包括:基于最优开度,计算任一时间段内的开度变化的平均值,以得到对应的平均值变化率;当平均值大于第三预设阈值,且平均值变化率大于第四预设阈值时,调节供氢阀总成,将阳极循环氢气管道中的循环气体和纯氢气混合通入电堆。
作为一种可能实现的方式,本申请实施例可以计算任一时间段内电磁阀开度变化的平均值和平均值变化率,当平均值大于第三预设阈值,且平均值变化率大于第四预设阈值时,可以调节供氢阀总成,即当电磁阀的开度变化越大时,供氢阀总成的开度随之增大,以将阳极循环氢气管道中的循环气体和纯氢气混合通入电堆,以提高氢气的利用率,其中,平均值的计算可以如下:
其中,n表示时间,δ表示第三预设阈值,第三预设阈值和第四预设阈值可以由本领域技术人员根据实际情况进行相应设置,在此不做具体限制。
结合图2至图6所示,以一个实施例对本申请实施例的燃料电池的吹扫控制方法的工作原理进行详细阐述。
举例而言,本申请实施例可以应用于如图3所示结构。
如图3所示,本申请实施例可以包括:燃料电池阴极1、燃料电池阳极2、供氢阀总成3、第一温压一体传感器4、气水分离器5、电磁阀6、阳极氢气循环管路7、第二温压一体传感器8和FCCU控制器9。
在实际应用过程中,氮气从燃料电池阴极1渗透到燃料电池阳极2,电磁阀6关闭阶段,氮气在燃料电池的阳极聚集,分散在整个阳极氢气循环管路7中;供氢阀总成3连接着阳极氢气循环管路7和氢气的进入端,第一温压一体传感器4连接在供氢阀总成3的后端,用于监测进入电堆的氢气的压力和温度,阳极氢气循环管路7中还设置有气水分离器5,目的是用于将电堆阳极出口的气水混合物进行分离,气水分离器5具有三个口,其中一个和氢气的排出口相连,另外一个和电磁阀6相连,此处的电磁阀6是控制排氢口的气体向大气排出的唯一通道,在循环管路中还设置有第二温压一体传感器8,用以监测阳极氢气循环管路7中的压力和温度,FCCU控制器9可以控制电磁阀6的开启时间和控制供氢阀总成3,从而达到控制进入电堆中的氢气的浓度。
如图4所示,本申请实施例可以包括以下步骤:
步骤S401:估算阳极循环管路中的氮气浓度。如图5所示,本申请实施例在估算阳极循环管路中的氮气浓度时,可以包括以下步骤:
S1:计算初始氮气积累量。如图2所示,本申请实施例可以预先构建积累量计算模型,以计算获得初始氮气积累量,其中,阳极氢气循环管路内的初始浓度是时间的函数,短时段内可以通过单电池采集得到,长时段可以通过基于时间序列的预测方法得到,有利于减少实验时间:
其中,表示实时数据修正因子,也可通过标定的方法获取,t表示时间,NN2_initial表示初始氮气积累量。
S2:计算氮气的穿透速率。如图5所示,氮气的穿透速率mN2的计算公式可以如下:
其中,mN2表示氮气的穿透速率,DN2表示氮气的扩散系数,SN2表示氮气在膜中的溶解系数(通常可通过膜的相关制造商获取),PN2 C表示阴极的氮气分压,PN2 A表示阳极的氮气分压,l表示膜的厚度,n表示电堆中膜电极的片,数,表示与电堆片数相关的标定常数,R表示理想气体常数(8.314j/mol/k),A表示催化层的活性面积,T表示电堆的温度,KN2表示氮气在膜电极中的穿透系数,E表示活化能,当膜的湿度为100%时,其值为24KJ/mol。
其中,本申请实施例可以通过标定单电池膜电极的方法获取KN2,KN2是电流密度和温度的函数:其中的I表示电流,T表示单电池的温度。
进一步地,对于阳极和阴极中氮气分压的计算,可通过以下公式计算:
其中,ΔV表示的是平均单体电压的下降值,B是电堆出场设置过程中的计划曲线中欧姆区域的斜率,Pan可以通过设置在阳极循环管路中的温压一体传感器采集得到。
阴极中氮气分压的值在稳态值情况下,可以设定为一个常数,并通过标定的方法得到:
S3:计算流通时刻吹扫量。吹扫时刻的氮气流通速率的计算公式可以如下:
其中,Vvolum_anode表示阳极循环管路的体积总和,Aeqa_pipe表示循环管路中的等效直径,Panode表示阳极循环管路中的阳极压力。
S4:计算循环管路中氮气浓度。氮气总积累量的计算公式为:
其中,NN2_total表示循环管路中的氮气总积累量,NN2_initial表示初始氮气积累量,mN2表示氮气的穿透速率,ΔT1表示电磁阀关闭期间的总时间,表示吹扫时刻氮气的流通速率,ΔT2表示吹扫的时间间隔。
循环管路中氮气的浓度可以为:
其中,表示阳极循环管路中的氮气浓度。
步骤S402:动态协调控制阳极循环管路中氮气浓度。如图6所示,以第一预设阈值为5%、第二预设阈值为5%、第四预设阈值为5%为例。
本申请实施例可以计算循环管路中当前时刻的氮气浓度和初始时刻的氮气浓度之间的第一差值,并判断第一差值是否大于第一预设阈值:
同时,本申请实施例可以计算循环管路中当前时刻的相对变化率和之前任一时刻的相对变化率之间的第二差值,并判断第二差值是否大于第二预设阈值,以任一时刻为当前时刻的3秒前为例:
其中,表示当前时刻阳极氢气循环管路中氮气的浓度,/>表示当前时刻的前3秒的阳极循环管路中的氮气浓度,∈表示相对变化率,第二预设阈值可以为5%,也可以由本领域技术人员根据实际情况进行相应设置,在此不做具体限制。
在第一差值大于第一预设阈值且第二差值大于第二预设阈值时,本申请实施例可以查询预设关系图,得到循环管路的电磁阀的最优开度,从而控制电磁阀的开度变化,
其中,预设关系图可以由开度变化、相对变化率和氮气浓度差值建立,并形成map关系图:
其中,ΔX表示电磁阀开度变化。
作为一种可能实现的方式,本申请实施例可以计算任一时间段内电磁阀开度变化的平均值变化率,当平均值大于第三预设阈值,且平均值变化率大于第四预设阈值时,可以调节供氢阀总成,将阳极循环氢气管道中的循环气体和纯氢气混合通入电堆,以提高氢气的利用率,具体可以如下:
其中,n表示时间,δ表示第三预设阈值。
根据本申请实施例提出的燃料电池的吹扫控制方法,可以在燃料电池处于吹扫模式时,基于环境参数和停放时长计算初始氮气积累量,并根据初始氮气积累量计算循环管路中的氮气总积累量,从而匹配燃料电池的最佳吹扫动作,进而吹扫循环管路中的氮气,可以直观稳定地估算车辆行驶过程中的氮气总积累量,从而控制车辆进行吹扫动作,以提高车辆燃料电池的氢气利用率,从而提高燃料电池***效率。由此,解决了相关技术中,缺乏直接稳定地估算循环管道中氮气浓度的方法,使得氢气的利用率较低,难以提高燃料电池***效率的技术问题。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的燃料电池的吹扫控制装置。
图7是本申请实施例的燃料电池的吹扫控制装置的方框示意图。
如图7所示,该燃料电池的吹扫控制装置10包括:采集模块100、计算模块200和控制模块300。
具体地,采集模块100,用于在燃料电池处于吹扫模式时,采集当前车辆所处环境的环境参数,并获取当前车辆的停放时长。
计算模块200,用于基于环境参数和停放时长计算初始氮气积累量,并根据初始氮气积累量计算循环管路中的氮气总积累量。
控制模块300,用于基于氮气总积累量,匹配燃料电池的最佳吹扫动作,并按照最佳吹扫动作吹扫循环管路中的氮气。
可选地,在本申请的一个实施例中,控制模块300包括:第一计算单元和查询单元。
其中,第一计算单元,用于计算循环管路中当前时刻的氮气浓度和初始时刻的氮气浓度之间的第一差值,并判断第一差值是否大于第一预设阈值的同时,计算循环管路中当前时刻的相对变化率和之前任一时刻的相对变化率之间的第二差值,并判断第二差值是否大于第二预设阈值。
查询单元,用于如果第一差值大于第一预设阈值且第二差值大于第二预设阈值时,则查询预设关系图,得到循环管路的电磁阀的最优开度。
可选地,在本申请的一个实施例中,控制模块300还包括:第二计算单元和调节单元。
其中,第二计算单元,用于基于最优开度,计算任一时间段内的开度变化的平均值,以得到对应的平均值变化率。
调节单元,用于当平均值大于第三预设阈值,且平均值变化率大于第四预设阈值时,调节供氢阀总成,将阳极循环氢气管道中的循环气体和纯氢气混合通入电堆。
可选地,在本申请的一个实施例中,计算模块200包括:第三计算单元
其中,第三计算单元,用于将环境参数和停放时长输入至预先构建的积累量计算模型,输出初始氮气积累量,其中,积累量计算模型由多个时间停放段中氮气浓度训练得到。
可选地,在本申请的一个实施例中,氮气总积累量的计算公式为:
其中,NN2_total表示循环管路中的氮气总积累量,NN2_initial表示初始氮气积累量,mN2表示氮气的穿透速率,ΔT1表示电磁阀关闭期间的总时间,表示吹扫时刻氮气的流通速率,ΔT2表示吹扫的时间间隔。
需要说明的是,前述对燃料电池的吹扫控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的燃料电池的吹扫控制装置,此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的燃料电池的吹扫控制装置,可以在燃料电池处于吹扫模式时,基于环境参数和停放时长计算初始氮气积累量,并根据初始氮气积累量计算循环管路中的氮气总积累量,从而匹配燃料电池的最佳吹扫动作,进而吹扫循环管路中的氮气,可以直观稳定地估算车辆行驶过程中的氮气总积累量,从而控制车辆进行吹扫动作,以提高车辆燃料电池的氢气利用率,从而提高燃料电池***效率。由此,解决了相关技术中,缺乏直接稳定地估算循环管道中氮气浓度的方法,使得氢气的利用率较低,难以提高燃料电池***效率的技术问题。
图8为本申请实施例提供的车辆的结构示意图。该车辆可以包括:
存储器801、处理器802及存储在存储器801上并可在处理器802上运行的计算机程序。
处理器802执行程序时实现上述实施例中提供的燃料电池的吹扫控制方法。
进一步地,车辆还包括:
通信接口803,用于存储器801和处理器802之间的通信。
存储器801,用于存放可在处理器802上运行的计算机程序。
存储器801可能包含高速RAM存储器,也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。
如果存储器801、处理器802和通信接口803独立实现,则通信接口803、存储器801和处理器802可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture,简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent,简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture,简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,图8中仅用一条粗线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选地,在具体实现上,如果存储器801、处理器802及通信接口803,集成在一块芯片上实现,则存储器801、处理器802及通信接口803可以通过内部接口完成相互间的通信。
处理器802可能是一个中央处理器(Central Processing Unit,简称为CPU),或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit,简称为ASIC),或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
本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的燃料电池的吹扫控制方法。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“N个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤,例如,可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表,可以具体实现在任何计算机可读介质中,以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用,或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言,"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或N个布线的电连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外,计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质,因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序,然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解,本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。如,如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种燃料电池的吹扫控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
在燃料电池处于吹扫模式时,采集当前车辆所处环境的环境参数,并获取所述当前车辆的停放时长;
基于所述环境参数和所述停放时长计算初始氮气积累量,并根据所述初始氮气积累量计算循环管路中的氮气总积累量;以及
基于所述氮气总积累量,匹配所述燃料电池的最佳吹扫动作,并按照所述最佳吹扫动作吹扫循环管路中的氮气;
所述根据所述氮气总积累量匹配所述燃料电池的最佳吹扫动作,包括:
计算所述循环管路中当前时刻的氮气浓度和初始时刻的氮气浓度之间的第一差值,并判断所述第一差值是否大于第一预设阈值的同时,计算所述循环管路中当前时刻的相对变化率和之前任一时刻的相对变化率之间的第二差值,并判断所述第二差值是否大于第二预设阈值;
如果所述第一差值大于所述第一预设阈值且所述第二差值大于所述第二预设阈值时,则查询预设关系图,得到所述循环管路的电磁阀的最优开度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述氮气总积累量匹配所述燃料电池的最佳吹扫动作,还包括:
基于所述最优开度,计算任一时间段内的开度变化的平均值,以得到对应的平均值变化率;
当所述平均值大于第三预设阈值,且所述平均值变化率大于第四预设阈值时,调节供氢阀总成,将阳极循环氢气管道中的循环气体和纯氢气混合通入电堆。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述环境参数和所述停放时长计算初始氮气积累量,包括:
将所述环境参数和所述停放时长输入至预先构建的积累量计算模型,输出所述初始氮气积累量,其中,所述积累量计算模型由多个时间停放段中氮气浓度训练得到。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述氮气总积累量的计算公式为:
,
其中,表示所述循环管路中的氮气总积累量,/>表示所述初始氮气积累量,/>表示氮气的穿透速率,/>表示电磁阀关闭期间的总时间,/>表示吹扫时刻氮气的流通速率,/>表示吹扫的时间间隔。
5.一种燃料电池的吹扫控制装置,其特征在于,包括:
采集模块,用于在燃料电池处于吹扫模式时,采集当前车辆所处环境的环境参数,并获取所述当前车辆的停放时长;
计算模块,用于基于所述环境参数和所述停放时长计算初始氮气积累量,并根据所述初始氮气积累量计算循环管路中的氮气总积累量;以及
控制模块,用于基于所述氮气总积累量,匹配所述燃料电池的最佳吹扫动作,并按照所述最佳吹扫动作吹扫循环管路中的氮气;
所述控制模块包括:
第一计算单元,用于计算所述循环管路中当前时刻的氮气浓度和初始时刻的氮气浓度之间的第一差值,并判断所述第一差值是否大于第一预设阈值的同时,计算所述循环管路中当前时刻的相对变化率和之前任一时刻的相对变化率之间的第二差值,并判断所述第二差值是否大于第二预设阈值;
查询单元,用于如果所述第一差值大于所述第一预设阈值且所述第二差值大于所述第二预设阈值时,则查询预设关系图,得到所述循环管路的电磁阀的最优开度。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述控制模块还包括:
第二计算单元,用于基于所述最优开度,计算任一时间段内的开度变化的平均值,以得到对应的平均值变化率;
调节单元,用于当所述平均值大于第三预设阈值,且所述平均值变化率大于第四预设阈值时,调节供氢阀总成,将阳极循环氢气管道中的循环气体和纯氢气混合通入电堆。
7.一种车辆,其特征在于,包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序,以实现如权利要求1-4任一项所述的燃料电池的吹扫控制方法。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行,以用于实现如权利要求1-4任一项所述的燃料电池的吹扫控制方法。
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