[发明专利]用于控制燃料电池车辆的系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于控制燃料电池车辆的方法，其包括：获取状态数据，通过将所获取的状态数据代入电压计算公式中来导出数学电压模型，测量燃料电池的电压，使数学电压模型近似为测量电压并且当数学电压模型近似于测量电压时导出反应面积数据，以及基于所导出的反应面积数据控制所述燃料电池车辆的所述系统以便消除或防止所述燃料电池的过度加湿情况。

技术领域

本发明涉及用于控制燃料电池车辆的系统和方法。

背景技术

由于在车辆劣化(老化)的状态下进行驾驶时，燃料电池所产生的输出功率降低，因此功率性能降低。特别地，车辆在进入高速公路时瞬间加速，并且因此在调整到其他车辆的速度流方面存在困难，使得驾驶员的安全可能面临风险。

燃料电池车辆将作为主电源的燃料电池和作为二次电源的高电压电池混合，以便改善燃油效率和功率性能。对于燃料电池车的开发，在燃料电池老化之前执行最佳功率分配。因此，如果燃料电池劣化并且因此老化，则燃料电池不在最佳功率分配内。

为了维持最佳功率分配，用于估计燃料电池中的劣化的技术是不可缺少的。在可逆劣化的情况下，低温区处的大气温度与高温区处的大气温度之间的相对湿度差异较大，并且燃料电池中的含水量取决于驾驶历史而较大地变化。特别地，取决于由于氢气和氧气的反应而产生的水是否在排放在空气中、或所产生的水是否包含在燃料电池中，性能差异较大地变化。不管燃料电池中的含水量过多还是含水量不足，燃料电池的性能都会劣化，并且当相对湿度维持在100％时，燃料电池性能是最佳的。需要含水量估计器以便取决于燃料电池中的含水量来防止性能劣化。

劣化测量方法需要实时测量劣化以便应用于真实车辆，但是不存在能够测量不可逆劣化的传感器。为了估计可逆劣化，需要在车辆中配备相对湿度传感器。然而，在这种情况下，由于相对湿度传感器可能会增加成本。因此，需要开发以下估计器，其可以在车辆中实时估计燃料电池的可逆劣化和不可逆劣化。

被描述为相关技术的事项已经仅被设置用于辅助理解本发明的背景，并且不应被认为对应于本领域技术人员已知的相关技术。

发明内容

本发明的实施方案提供一种用于控制燃料电池车辆的系统和方法，其即使在燃料电池可逆地或不可逆地劣化时也能够以最佳功率分配来驱动车辆，并且能够在最佳地维持燃料电池中的含水量的同时驱动车辆以便有助于功率性能和燃料效率的提高。

根据本发明的示例性实施方案，一种方法可以用于控制燃料电池车辆。获取状态数据，其包括膜电极组件的含水量、阴极压力、阳极压力、冷却水温度和堆电流。通过将所获取的状态数据代入电压计算公式中来导出数学电压模型。测量燃料电池的电压，并且通过改变反应面积数据使数学电压模型近似为测量电压，以及当数学电压模型近似于测量电压时导出反应面积数据。基于所导出的反应面积数据控制燃料电池车辆的系统，以便消除或防止燃料电池的过度加湿情况，由此优化燃料电池的性能。

可以根据燃料电池堆的空气出口处的相对湿度来估计膜电极组件的含水量。

数学电压模型和测量电压可以是一个曲线，其中在X轴上表示电流密度并且在Y轴上表示电池电压。

电压计算公式可以是使用反应面积数据作为参数的公式，并且在导出数学电压模型时，可以通过代入反应面积数据的初始值来导出数学电压模型；并且在导出反应面积数据时，数学电压模型可以通过将反应面积数据输入代入电压计算公式中并同时改变反应面积数据来近似于测量电压。

在优化燃料电池的性能方面，当多个电池电压之间的偏差等于或大于参考电平时，可以基于膜电极组件的含水量来控制燃料电池车辆的系统以便解决或防止燃料电池的干燥状态。

在优化燃料电池的性能方面，当多个电池电压之间的偏差等于或小于参考电平时，可以基于反应面积数据来控制燃料电池车辆的系统以便解决或防止燃料电池的过度加湿状态。