控制用于燃料電池車輛的鼓風機的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制用于燃料電池車輛的鼓風機的系統和方法，其可防止鼓風機的異常運行且根據外部空氣條件保持足夠的空氣流量。
【背景技術】
[0002]燃料電池系統的燃料電池堆通過以空氣形式供應的氧氣與作為燃料供應的氫氣的電化學反應產生電，從而所得的電可用作驅動車輛的能源。如在圖1中說明的，燃料電池車輛包括燃料電池堆，其在燃料電池堆中產生電。燃料電池車輛還包括空氣供給系統10、氫氣供給系統20和冷卻系統30，它們可用于滿足可引起產生電的電化學反應的條件。
[0003]空氣供給系統10包括加濕器12和鼓風機14，其中加濕器12配置成對空氣加濕并將燃料和加濕空氣供應到燃料電池堆S，鼓風機14配置成將含氧的空氣供應到濕氣。鼓風機14包括配置成除去存在于進入的空氣(例如，吸入的空氣)中的異物的過濾器16和配置成壓縮空氣的空氣壓縮機。氫氣供給系統20包括氫氣供應罐20、配置成調節氫氣流量(下文中，稱為氫氣流量)的氫氣供應閥24和配置成返回供應的氫氣的一部分至燃料電池的氫氣循環裝置26。冷卻系統30包括散熱器34和恒溫器(thermostat) 36。散熱器34包括配置成從冷卻水中消除熱量的散熱器風扇32。恒溫器36配置成調節冷卻水的流量。
[0004]燃料電池車輛另外包括燃料電池負載裝置40，其防止燃料電池過充。利用這種結構，由氫氣供給系統20提供的氫氣和由空氣供給系統10提供的氧氣在燃料電池堆S中發生電化學反應，產生電。該反應還產生了作為副產物的熱和水。
[0005]在空氣供給系統中，為了在任何運行條件下都保持足夠量的空氣，需要對鼓風機的運行進行精確控制。由于為了產生電而需要保持足夠的空氣流，所以鼓風機應在運行限制范圍內運行以保護鼓風機的構件并且最小化鼓風機的運行噪音。
[0006]當使用常規鼓風機，且在難以保持足夠的空氣流量的條件下，鼓風機的運行量持續地增加以保持足夠的空氣流量時，如當車輛在大氣壓相當低的相當高海拔行駛時；或當空氣通道被異物堵塞時，鼓風機可超負載。因此，對于鼓風機的控制，需要發展這樣的技術，即通過有效地處理不利的行駛條件和系統故障可保持足夠的空氣流量，同時能夠穩定運行鼓風機。
[0007]前述內容僅旨在幫助理解本發明的【背景技術】，且不旨在意指本發明在本領域技術人員已知的現有技術的范圍之內。

【發明內容】

[0008]因此，本發明提供控制用于燃料電池車輛的鼓風機的系統和方法，以在任何不利的運行條件下，例如車輛在相當高海拔下行駛時，保持供應到燃料電池的空氣的足夠的流量，且通過解決系統故障，如空氣通道的堵塞來改善鼓風機穩定的運行。
[0009]本發明的一方面提供控制燃料電池車輛中的鼓風機的方法，其可以包括如下步驟:確定所述鼓風機的運行量，以在當前運行條件下保持足夠的空氣流量；利用所確定的所述鼓風機的運行量，獲得關于空氣通道堵塞的信息或關于背壓增大的信息；以及根據確定當前狀態是空氣通道堵塞狀態還是背壓增大狀態，改變所述鼓風機的最大運行范圍。
[0010]可以通過比較由空氣流量估計器導出的空氣流量的估計值與當前空氣流量的測量值，并且確定所述估計值和所述測量值之間的差是否等于或大于第一參考值，獲得所述關于空氣通道堵塞的信息。空氣流量估計器可以為空氣流量圖數據，所述空氣流量圖數據用于參考大氣壓和室溫下的空氣流量，計算針對所述鼓風機的當前運行量的空氣流量。空氣流量估計器可以被執行為:通過參考基于大氣壓和室溫的空氣流量圖數據，校正當前空氣壓力和當前空氣溫度下的針對所述鼓風機的當前運行量的空氣流量。
[0011]可以通過確定所述空氣流量的估計值與所述空氣流量的測量值之間的差等于或大于所述第一參考值的狀態是否維持預定的異常運行確認時段，獲得所述關于空氣通道堵塞的信息。當當前狀態被確定為基于所述估計值和所述測量值之間的差等于或大于所述第一參考值的事實的空氣通道堵塞狀態時，所述鼓風機的最大運行范圍可以變為預定的安全旋轉計數。
[0012]另外，當所述鼓風機的最大運行范圍變為所述安全旋轉計數時，可以輸出用于警告駕駛者產生所述空氣通道堵塞狀態的警告信號。當所述空氣流量的估計值和所述空氣流量的測量值之間的差確定為等于或小于所述第一參考值時，可以確定所述空氣流量的估計值和所述空氣流量的測量值之間的差是否等于或小于第一安全標準值。還可以確定所述空氣流量的估計值和所述空氣流量的測量值之間的差等于或小于所述第一安全標準值的狀態是否維持預定的安全確認時段，響應于確定所述狀態維持預定的所述安全確認時段，將所述鼓風機的最大運行范圍改變為初始條件下的運行范圍。
[0013]可以通過確定所述鼓風機的運行量為初始條件下的最大運行范圍、通過比較當前運行條件下的燃料電池堆的參考最大輸出限制值與進入空氣的當前實際空氣流量下的最大輸出限制值、以及通過確定所述參考最大輸出限制值與所述當前空氣流量下的最大輸出限制值之間的差等于或大于第二參考值，獲得所述關于背壓增大狀態的信息。
[0014]當當前狀態被確定為基于所述參考最大輸出限制值與所述當前空氣流量下的最大輸出限制值之間的差等于或大于所述第二參考值的事實的背壓增大狀態時，所述鼓風機的最大運行范圍可以變為校正旋轉計數。當所述參考最大輸出限制值與所述當前實際空氣流量下的最大輸出限制值之間的差確定為等于或小于所述第二參考值時，可以確定所述差是否等于或小于第二安全標準值。
[0015]另外，可以確定所述參考最大輸出限制值與所述當前實際空氣流量下的最大輸出限制值之間的差等于或小于所述第二安全標準值的狀態是否維持正常運行確認時段或更長；以及當所述差維持正常運行確認時段或更長時，可以將所述鼓風機的最大運行范圍改變為初始最大運行范圍。
[0016]具有如上描述的結構的控制用于燃料電池車輛的鼓風機的方法，可通過檢測空氣流量應增大的條件，如在相當高的海拔下行駛，和通過根據檢測到的條件增大鼓風機的最大運行量，保持足夠的空氣流量。另外，本發明的結構，可通過檢測系統故障如空氣通道的堵塞并且降低鼓風機的最大運行量以防止鼓風機的超負載，防止鼓風機的異常運行(例如，在故障(failure)下運行或引起故障)。換言之，通過即使在不利的行駛條件下也保持足夠的空氣流量、處理系統故障和防止鼓風機的超負載，能增強鼓風機的耐用性。
【附圖說明】
[0017]當結合附圖時，將從下列詳細的描述中更清楚地理解本發明的上述內容和其他目標、特征以及其他優點，其中:
[0018]圖1為示出根據現有技術的燃料電池系統的示例性圖；
[0019]圖2為示出根據本發明的示例性實施例確定鼓風機的運行量地方法的示例性圖；
[0020]圖3為示出根據本發明的示例性實施例控制用于燃料電池車輛的鼓風機的方法的示例性流程圖；
[0021]圖4為用于描述在發生系統故障(systemic troubles)的條件下根據本發明第一示例性實施例控制用于燃料電池車輛的鼓風機的方法的示例性圖；
[0022]圖5為示出根據本發明第一示例性實施例控制用于燃料電池車輛的鼓風機的方法的示例性流程圖；
[0023]圖6至圖7為用于描述在不利的行駛條件下，根據本發明第二示例性實施例控制用于燃料電池車輛的鼓風機的方法的示例性圖；以及
[0024]圖8為示出根據本發明第二示例性實施例控制用于燃料電池車輛的鼓風機的方法的示例性流程圖。
【具體實施方式】
[0025]應當理解的是，本文所使用的術語“車輛”或“車輛的”或者其他類似術語包括一般的機動車輛，諸如包括運動型多功能車(SUV)、公交車、卡車、各種商用車輛在內的載客車輛，包括多種艇和船在內的水運工具、航空器等等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、插電式混合電動車輛、氫動力車輛和其他替代燃料車輛(例如，從石油以外的資源獲得的燃料)。如本文所提及的，混合動力車輛是具有兩種或更多種動力源的車輛。例如具有汽油動力和電動力兩者的車輛。
[0026]盡管示例性實施方式描述為使用多個單元來執行上述示例性處理，然而應當理解的是，也可以由一個或多個單元來執行上述示例性處理。另外，應當理解的是，術語控制器/控制單元是指包括存儲器和處理器的硬件設備。存儲器被配置成存儲上述模塊，而處理器具體被配置成執行所述模塊以完成一個或更多下面進一步說明的處理。
[0027]而且，本發明的控制邏輯可實施為含有通過處理器、控制器/控制單元等執行的可執行程序指令的計算機可讀介質上的非暫時性計算機可讀介質。計算機可讀介質的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盤(CD)-ROMs、磁帶、軟盤、閃存盤、智能卡和光學數據存儲器件。計算機可讀記錄介質還能夠分布在連接到網絡的計算機系統中，使得