燃料电池系统的控制方法、装置、燃料电池系统及车辆与流程

本技术涉及燃料电池，特别涉及一种燃料电池系统的控制方法、装置、燃料电池系统及车辆。

背景技术：

1、燃料电池系统在输出电能的同时会产生大量的热，如何及时散去此部分热量，保持燃料电池合理的运行温度范围是尤为重要的一步，当前各大主机厂给燃料电池系统散热多采用低压风扇。实际过程中，控制器计算或预估所需风扇转速并发出指令，风扇转速随着燃料电池系统功率及周边环境的变化而不断发生变化，但风扇转速却无反馈信息，此举严重制约了控制器对于燃料电池系统瞬时温度变化的控制。

2、相关技术中，燃料电池系统散热风扇的转速由vcu(vehicle control unit，整车控制器)或fcu(fuel cell control unit，风扇控制单元)控制。然而，由于控制器无多余pin脚处置反馈信号，在发出风扇转速的命令之后，控制器无法确定风扇是否按照既定转速运转。若散热风扇出现故障，燃料电池系统会在一定时间内依照程序继续加载，直至燃料电池系统过温才执行关机命令，极大地损害了燃料电池系统及其余部件的寿命。

3、另外，散热风扇出现故障最终会导致燃料电池系统过温，但散热风扇故障的原因可能会有很多，如整车dcdc(direct current，直流-直流转换器)供电故障、风扇线束问题及风扇自身损坏等原因，在试验及售后排查问题过程中会出现每次都需全面逐个梳理才可找出问题的情形。

4、综上，目前缺少一种用于试验、运行及售后过程中监测燃料电池系统散热风扇转速的策略，亟待解决。

技术实现思路

1、本技术提供一种燃料电池系统的控制方法、装置、燃料电池系统及车辆，以解决因燃料电池系统控制器无法获取散热风扇反馈信号，在散热风扇故障时，引起燃料电池过温等问题，为燃料电池系统在运行中监测散热风扇转速状态以及故障处理提供方案，保证了燃料电池系统及其部件的使用寿命。

2、本技术第一方面实施例提供一种燃料电池系统的控制方法，包括以下步骤：

3、获取燃料电池组的当前时刻pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号和上一时刻pwm信号、燃料电池系统中散热风扇的当前功率增量和需求功率增量、散热器的瞬态散出热量；

4、根据所述当前时刻pwm信号和所述上一时刻pwm信号确定所述散热风扇的第一状态，并根据所述当前转速增量和所述需求转速增量确定所述散热风扇的第二状态，并根据所述散热器的瞬态散出热量确定所述散热风扇的第三状态；

5、根据所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态确定所述散热风扇的故障等级，并根据所述故障等级匹配燃料电池系统的控制策略，且根据所述控制策略对所述燃料电池系统进行控制。

6、可选地，在一些实施例中，所述根据所述当前时刻pwm信号和所述上一时刻pwm信号确定所述散热风扇的第一状态，包括：

7、获取所述当前时刻pwm信号对应的直流变换器的当前时刻电压值和当前时刻电流值，以及所述上一时刻pwm信号对应的直流变换器的上一时刻电压值和上一时刻电流值；

8、获取所述当前时刻pwm信号对应的第一理论功率和所述上一时刻pwm信号对应的第二理论功率；

9、根据所述当前时刻电压值和所述当前时刻电流值的乘积得到当前时刻功率，并根据所述上一时刻电压值和所述上一时刻电流值的乘积得到上一时刻功率；

10、根据所述当前时刻功率、所述第一理论功率、所述上一时刻功率和所述第二理论功率确定所述散热风扇的第一状态。

11、可选地，在一些实施例中，所述根据所述当前时刻功率、所述第一理论功率、所述上一时刻功率和所述第二理论功率确定所述散热风扇的第一状态，包括：

12、计算所述第一理论功率和所述当前时刻功率的第一差值，并计算所述第二理论功率和所述上一时刻功率的第二差值；

13、若所述第一差值与所述当前时刻功率的第一比值和所述第二差值与所述上一时刻功率的第二比值均小于第一预设阈值，则判定所述第一状态为正常运行状态，否则，判定所述第一状态为异常运行状态。

14、可选地，在一些实施例中，所述根据所述当前转速增量和所述需求转速增量确定所述散热风扇的第二状态，包括：

15、获取散热风扇的当前时刻功率、散热风扇的上一时刻功率、当前时刻总功率、上一时刻总功率、当前时刻多个器件功率之和、以及上一时刻多个器件功率之和；

16、计算所述当前时刻总功率与上一时刻总功率的第一差值、所述当前时刻功率与所述上一时刻功率的第二差值、所述当前时刻多个器件功率之和与上一时刻多个器件功率之和的第三差值；

17、根据所述第一差值、所述第二差值和所述第三差值确定所述当前转速增量，并在所述当前转速增量与转速需求增量不一致时，判定所述散热风扇的第二状态为异常运行状态。

18、可选地，在一些实施例中，所述根据所述散热器的瞬态散出热量确定所述散热风扇的第三状态，包括：

19、获取空气密度、空气比热和所述散热器的正反面空气温差；

20、根据所述散热器的瞬态散出热量、所述空气比热和所述散热器的正反面空气温差得到空气质量；

21、根据所述空气质量和所述空气密度得到空气流量，并根据所述空气流量确定所述散热风扇的当前风扇转速，并根据所述当前风扇转速确定当前时刻占空比，并根据所述当前时刻占空比和上一时刻占空比差值大于第三预设阈值时，判定所述散热风扇的第三状态为异常运行状态。

22、可选地，在一些实施例中，在根据所述散热器的瞬态散出热量确定所述散热风扇的第三状态之前，还包括：

23、获取燃料电池防冻液比热、流经散热器防冻液的质量和所述散热器的进出口水温温差；

24、根据所述燃料电池防冻液比热、所述流经散热器防冻液的质量和所述散热器的进出口水温温差得到所述瞬态散出热量。

25、可选地，在一些实施例中，所述根据所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态确定所述散热风扇的故障等级，并根据所述故障等级匹配燃料电池系统的控制策略，包括：

26、若所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态均为正常运行状态，则判定所述散热风扇的故障等级为0级，所述控制策略为维持所述燃料电池系统的运行状态；

27、若所述第一状态为所述正常运行状态，所述第二状态或所述第三状态为所述异常运行状态，则判定所述散热风扇的故障等级为第一等级，所述控制策略为维持所述燃料电池系统的运行状态的同时，发出声学报警提醒和/或光学报警提醒；

28、若所述第一状态为所述正常运行状态，或者所述第二状态和所述第三状态均为所述异常运行状态，则判定所述散热风扇的故障等级为第二等级，所述控制策略为按照预设限制策略限制所述燃料电池系统的运行功率；

29、若所述第一状态和所述第二状态均为所述异常运行状态，所述第三状态为所述正常运行状态，或者，所述第一状态和所述第三状态均为所述异常运行状态，所述第二状态为所述正常运行状态，或者，所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态均为所述异常运行状态，则判定所述散热风扇的故障等级为第三等级，所述控制策略为按照预设限制策略控制所述燃料电池系统停机。

30、本技术第二方面实施例提供一种燃料电池系统的控制装置，包括：

31、获取模块，用于获取燃料电池组的当前时刻脉冲宽度调制pwm信号和上一时刻pwm信号、燃料电池系统中散热风扇的当前功率增量和需求功率增量、散热器的瞬态散出热量；

32、确定模块，用于根据所述当前时刻pwm信号和所述上一时刻pwm信号确定所述散热风扇的第一状态，并根据所述当前转速增量和所述需求转速增量确定所述散热风扇的第二状态，并根据所述散热器的瞬态散出热量确定所述散热风扇的第三状态；

33、控制模块，用于根据所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态确定所述散热风扇的故障等级，并根据所述故障等级匹配燃料电池系统的控制策略，且根据所述控制策略对所述燃料电池系统进行控制。

34、可选地，在一些实施例中，所述确定模块，具体用于：

35、获取所述当前时刻pwm信号对应的直流变换器的当前时刻电压值和当前时刻电流值，以及所述上一时刻pwm信号对应的直流变换器的上一时刻电压值和上一时刻电流值；

36、获取所述当前时刻pwm信号对应的第一理论功率和所述上一时刻pwm信号对应的第二理论功率；

37、根据所述当前时刻电压值和所述当前时刻电流值的乘积得到当前时刻功率，并根据所述上一时刻电压值和所述上一时刻电流值的乘积得到上一时刻功率；

38、根据所述当前时刻功率、所述第一理论功率、所述上一时刻功率和所述第二理论功率确定所述散热风扇的第一状态。

39、可选地，在一些实施例中，所述确定模块，还用于：

40、计算所述第一理论功率和所述当前时刻功率的第一差值，并计算所述第二理论功率和所述上一时刻功率的第二差值；

41、在所述第一差值与所述当前时刻功率的第一比值和所述第二差值与所述上一时刻功率的第二比值均小于第一预设阈值的情况下，判定所述第一状态为正常运行状态，否则，判定所述第一状态为异常运行状态。

42、可选地，在一些实施例中，所述确定模块，具体用于：

43、获取散热风扇的当前时刻功率、散热风扇的上一时刻功率、当前时刻总功率、上一时刻总功率、当前时刻多个器件功率之和、以及上一时刻多个器件功率之和；

44、计算所述当前时刻总功率与上一时刻总功率的第一差值、所述当前时刻功率与所述上一时刻功率的第二差值、所述当前时刻多个器件功率之和与上一时刻多个器件功率之和的第三差值；

45、根据所述第一差值、所述第二差值和所述第三差值确定所述当前转速增量，并在所述当前转速增量与转速需求增量不一致时，判定所述散热风扇的第二状态为异常运行状态。

46、可选地，在一些实施例中，所述确定模块，具体用于：

47、获取空气密度、空气比热和所述散热器的正反面空气温差；

48、根据所述散热器的瞬态散出热量、所述空气比热和所述散热器的正反面空气温差得到空气质量；

49、根据所述空气质量和所述空气密度得到空气流量，并根据所述空气流量确定所述散热风扇的当前风扇转速，并根据所述当前风扇转速确定当前时刻占空比，并根据所述当前时刻占空比和上一时刻占空比差值大于第三预设阈值时，判定所述散热风扇的第三状态为异常运行状态。

50、可选地，在一些实施例中，在根据所述散热器的瞬态散出热量确定所述散热风扇的第三状态之前，所述确定模块，还用于：

51、获取燃料电池防冻液比热、流经散热器防冻液的质量和所述散热器的进出口水温温差；

52、根据所述燃料电池防冻液比热、所述流经散热器防冻液的质量和所述散热器的进出口水温温差得到所述瞬态散出热量。

53、可选地，在一些实施例中，所述控制模块，具体用于：

54、在所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态均为正常运行状态的情况下，判定所述散热风扇的故障等级为0级，所述控制策略为维持所述燃料电池系统的运行状态；

55、在所述第一状态为所述正常运行状态，所述第二状态或所述第三状态为所述异常运行状态的情况下，判定所述散热风扇的故障等级为第一等级，所述控制策略为维持所述燃料电池系统的运行状态的同时，发出声学报警提醒和/或光学报警提醒；

56、在所述第一状态为所述正常运行状态，或者所述第二状态和所述第三状态均为所述异常运行状态的情况下，判定所述散热风扇的故障等级为第二等级，所述控制策略为按照预设限制策略限制所述燃料电池系统的运行功率；

57、在所述第一状态和所述第二状态均为所述异常运行状态，所述第三状态为所述正常运行状态，或者，所述第一状态和所述第三状态均为所述异常运行状态，所述第二状态为所述正常运行状态，或者，所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态均为所述异常运行状态的情况下，判定所述散热风扇的故障等级为第三等级，所述控制策略为按照预设限制策略控制所述燃料电池系统停机。

58、本技术第三方面实施例提供一种燃料电池系统，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系统的控制方法。

59、本技术第四方面实施例提供一种车辆，包括如上述实施例所述的燃料电池系统。

60、由此，本技术通过获取得到的燃料电池组当前时刻pwm信号和上一时刻pwm信号确定散热风扇的第一状态，并根据散热风扇的当前转速增量和需求转速增量确定散热风扇的第二状态，并根据散热器的瞬态散出热量确定散热风扇的第三状态，根据第一状态、第二状态和第三状态确定散热风扇的故障等级，并根据故障等级匹配燃料电池系统的控制策略，且根据控制策略对燃料电池系统进行控制。由此，本技术有效地解决了因燃料电池系统控制器无法获取散热风扇反馈信号，在散热风扇故障时，引起燃料电池过温等问题，为燃料电池系统在运行中监测散热风扇转速状态以及故障处理提供方案，保证了燃料电池系统及其部件的使用寿命。

61、本技术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，或通过本技术的实践了解到。