控制用于燃料电池车辆的鼓风机的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制用于燃料电池车辆的鼓风机的系统和方法，其可防止鼓风机的异常运行且根据外部空气条件保持足够的空气流量。
【背景技术】
[0002]燃料电池系统的燃料电池堆通过以空气形式供应的氧气与作为燃料供应的氢气的电化学反应产生电，从而所得的电可用作驱动车辆的能源。如在图1中说明的，燃料电池车辆包括燃料电池堆，其在燃料电池堆中产生电。燃料电池车辆还包括空气供给系统10、氢气供给系统20和冷却系统30，它们可用于满足可引起产生电的电化学反应的条件。
[0003]空气供给系统10包括加湿器12和鼓风机14，其中加湿器12配置成对空气加湿并将燃料和加湿空气供应到燃料电池堆S，鼓风机14配置成将含氧的空气供应到湿气。鼓风机14包括配置成除去存在于进入的空气(例如，吸入的空气)中的异物的过滤器16和配置成压缩空气的空气压缩机。氢气供给系统20包括氢气供应罐20、配置成调节氢气流量(下文中，称为氢气流量)的氢气供应阀24和配置成返回供应的氢气的一部分至燃料电池的氢气循环装置26。冷却系统30包括散热器34和恒温器(thermostat) 36。散热器34包括配置成从冷却水中消除热量的散热器风扇32。恒温器36配置成调节冷却水的流量。
[0004]燃料电池车辆另外包括燃料电池负载装置40，其防止燃料电池过充。利用这种结构，由氢气供给系统20提供的氢气和由空气供给系统10提供的氧气在燃料电池堆S中发生电化学反应，产生电。该反应还产生了作为副产物的热和水。
[0005]在空气供给系统中，为了在任何运行条件下都保持足够量的空气，需要对鼓风机的运行进行精确控制。由于为了产生电而需要保持足够的空气流，所以鼓风机应在运行限制范围内运行以保护鼓风机的构件并且最小化鼓风机的运行噪音。
[0006]当使用常规鼓风机，且在难以保持足够的空气流量的条件下，鼓风机的运行量持续地增加以保持足够的空气流量时，如当车辆在大气压相当低的相当高海拔行驶时；或当空气通道被异物堵塞时，鼓风机可超负载。因此，对于鼓风机的控制，需要发展这样的技术，即通过有效地处理不利的行驶条件和系统故障可保持足够的空气流量，同时能够稳定运行鼓风机。
[0007]前述内容仅旨在帮助理解本发明的【背景技术】，且不旨在意指本发明在本领域技术人员已知的现有技术的范围之内。
【发明内容】
[0008]因此，本发明提供控制用于燃料电池车辆的鼓风机的系统和方法，以在任何不利的运行条件下，例如车辆在相当高海拔下行驶时，保持供应到燃料电池的空气的足够的流量，且通过解决系统故障，如空气通道的堵塞来改善鼓风机稳定的运行。
[0009]本发明的一方面提供控制燃料电池车辆中的鼓风机的方法，其可以包括如下步骤:确定所述鼓风机的运行量，以在当前运行条件下保持足够的空气流量；利用所确定的所述鼓风机的运行量，获得关于空气通道堵塞的信息或关于背压增大的信息；以及根据确定当前状态是空气通道堵塞状态还是背压增大状态，改变所述鼓风机的最大运行范围。
[0010]可以通过比较由空气流量估计器导出的空气流量的估计值与当前空气流量的测量值，并且确定所述估计值和所述测量值之间的差是否等于或大于第一参考值，获得所述关于空气通道堵塞的信息。空气流量估计器可以为空气流量图数据，所述空气流量图数据用于参考大气压和室温下的空气流量，计算针对所述鼓风机的当前运行量的空气流量。空气流量估计器可以被执行为:通过参考基于大气压和室温的空气流量图数据，校正当前空气压力和当前空气温度下的针对所述鼓风机的当前运行量的空气流量。
[0011]可以通过确定所述空气流量的估计值与所述空气流量的测量值之间的差等于或大于所述第一参考值的状态是否维持预定的异常运行确认时段，获得所述关于空气通道堵塞的信息。当当前状态被确定为基于所述估计值和所述测量值之间的差等于或大于所述第一参考值的事实的空气通道堵塞状态时，所述鼓风机的最大运行范围可以变为预定的安全旋转计数。
[0012]另外，当所述鼓风机的最大运行范围变为所述安全旋转计数时，可以输出用于警告驾驶者产生所述空气通道堵塞状态的警告信号。当所述空气流量的估计值和所述空气流量的测量值之间的差确定为等于或小于所述第一参考值时，可以确定所述空气流量的估计值和所述空气流量的测量值之间的差是否等于或小于第一安全标准值。还可以确定所述空气流量的估计值和所述空气流量的测量值之间的差等于或小于所述第一安全标准值的状态是否维持预定的安全确认时段，响应于确定所述状态维持预定的所述安全确认时段，将所述鼓风机的最大运行范围改变为初始条件下的运行范围。
[0013]可以通过确定所述鼓风机的运行量为初始条件下的最大运行范围、通过比较当前运行条件下的燃料电池堆的参考最大输出限制值与进入空气的当前实际空气流量下的最大输出限制值、以及通过确定所述参考最大输出限制值与所述当前空气流量下的最大输出限制值之间的差等于或大于第二参考值，获得所述关于背压增大状态的信息。
[0014]当当前状态被确定为基于所述参考最大输出限制值与所述当前空气流量下的最大输出限制值之间的差等于或大于所述第二参考值的事实的背压增大状态时，所述鼓风机的最大运行范围可以变为校正旋转计数。当所述参考最大输出限制值与所述当前实际空气流量下的最大输出限制值之间的差确定为等于或小于所述第二参考值时，可以确定所述差是否等于或小于第二安全标准值。
[0015]另外，可以确定所述参考最大输出限制值与所述当前实际空气流量下的最大输出限制值之间的差等于或小于所述第二安全标准值的状态是否维持正常运行确认时段或更长；以及当所述差维持正常运行确认时段或更长时，可以将所述鼓风机的最大运行范围改变为初始最大运行范围。
[0016]具有如上描述的结构的控制用于燃料电池车辆的鼓风机的方法，可通过检测空气流量应增大的条件，如在相当高的海拔下行驶，和通过根据检测到的条件增大鼓风机的最大运行量，保持足够的空气流量。另外，本发明的结构，可通过检测系统故障如空气通道的堵塞并且降低鼓风机的最大运行量以防止鼓风机的超负载，防止鼓风机的异常运行(例如，在故障(failure)下运行或引起故障)。换言之，通过即使在不利的行驶条件下也保持足够的空气流量、处理系统故障和防止鼓风机的超负载，能增强鼓风机的耐用性。
【附图说明】
[0017]当结合附图时，将从下列详细的描述中更清楚地理解本发明的上述内容和其他目标、特征以及其他优点，其中:
[0018]图1为示出根据现有技术的燃料电池系统的示例性图；
[0019]图2为示出根据本发明的示例性实施例确定鼓风机的运行量地方法的示例性图；
[0020]图3为示出根据本发明的示例性实施例控制用于燃料电池车辆的鼓风机的方法的示例性流程图；
[0021]图4为用于描述在发生系统故障(systemic troubles)的条件下根据本发明第一示例性实施例控制用于燃料电池车辆的鼓风机的方法的示例性图；
[0022]图5为示出根据本发明第一示例性实施例控制用于燃料电池车辆的鼓风机的方法的示例性流程图；
[0023]图6至图7为用于描述在不利的行驶条件下，根据本发明第二示例性实施例控制用于燃料电池车辆的鼓风机的方法的示例性图；以及
[0024]图8为示出根据本发明第二示例性实施例控制用于燃料电池车辆的鼓风机的方法的示例性流程图。
【具体实施方式】
[0025]应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多功能车(SUV)、公交车、卡车、各种商用车辆在内的载客车辆，包括多种艇和船在内的水运工具、航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源获得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆。例如具有汽油动力和电动力两者的车辆。
[0026]尽管示例性实施方式描述为使用多个单元来执行上述示例性处理，然而应当理解的是，也可以由一个或多个单元来执行上述示例性处理。另外，应当理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储上述模块，而处理器具体被配置成执行所述模块以完成一个或更多下面进一步说明的处理。
[0027]而且，本发明的控制逻辑可实施为含有通过处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROMs、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储器件。计算机可读记录介质还能够分布在连接到网络的计算机系统中，使得