用于估計燃料電池的功率的方法
【專利摘要】本文中公開的是用于估計燃料電池的功率的方法。該方法包括：當升高燃料電池的溫度時，基在控制器中于燃料電池當前電流電壓特性來估計預定電壓處的預計電流；在估計預計電流的步驟之后，基于所估計的預計電流和預定電壓來估計第一功率；當估計第一功率時，基于電池電壓比率估計第二功率；以及在執行估計第一功率的步驟和估計第二功率的步驟之后，基于第一功率和第二功率計算燃料電池的可用功率。
【專利說明】
用于估計燃料電池的功率的方法
技術領域
[0001 ] 本發明涉及一種用于估計燃料電池的功率的方法，該方法實時估計燃料電池的可用功率以確定在針對冷啟動將燃料電池的溫度升高時，冷啟動是否可以完成。
【背景技術】
[0002]本部分中的陳述僅提供了與本公開內容有關的背景信息并且不可構成現有技術。
[0003]當燃料電池內部的水由于低溫而凍結時，需要溫度升高過程以確保燃料電池的功率。
[0004]圖1是示出了根據常規技術，當升高燃料電池的溫度時，燃料電池的性能輸出的變化的曲線圖。參考圖1，在溫度升高過程開始時，在低溫狀態下的燃料電池組輸出被表示為線①上的點的性能。當溫度升高過程在進行中時，如線②所示，組電壓以幾乎不變的電流逐漸增加。然后，當溫度升高過程完成時，性能被表示為線③上的點。換句話說，當具有由線①表示的組性能的燃料電池不能輸出驅動車輛所需求的功率時，溫度升高過程一直進行直至燃料電池具有表示為線③的組性能。
[0005]然而，與驅動車輛所需求的功率相比，溫度升高過程中燃料電池的功率較低。這是因為當施加用于驅動車輛的電流時，組性能降到低于高壓部件的正常工作所需要的電壓條件以下。
[0006]換句話說，繼續溫度升高操作直到燃料電池的功率達到驅動車輛所需求的功率是不必要的。然而，由于用于確定在溫度升高操作過程中溫度增加程度或燃料電池的可用功率的技術的不足，所以點火啟動可能過度延遲直至溫度足夠升高。
[0007]前述內容僅旨在幫助理解本公開內容的【背景技術】，而并非旨在表示本公開內容落在本領域的技術人員已知的相關技術的范圍內。
【發明內容】
[0008]因此，鑒于以上問題創作了本公開，并且本公開的目的在于，提供一種用于估計燃料電池的功率以最小化點火啟動延遲的方法，該方法通過在針對冷啟動而升高燃料電池的溫度時，基于電流電壓特性和電池電壓比率估計燃料電池的可用功率，來使冷啟動能夠在合適的時間完成。
[0009]為了實現以上目的，根據本發明的用于估計燃料電池的功率的方法可包括:當升高燃料電池的溫度時，在控制器中基于燃料電池當前的電流電壓特性來估計預定電壓處的預計電流；在估計預計電流之后，基于所估計的預計電流和預定電壓來估計第一功率；當估計第一功率時，基于電池電壓比率來估計第二功率；以及，在執行估計第一功率和估計第二功率之后，基于第一功率和第二功率計算燃料電池的可用功率。
[0010]還包括:在估計預計電流之前，確定發動機啟動是否是冷啟動；并且當確定發動機啟動是冷啟動時，在執行升高燃料電池的溫度操作之后，可執行預計電流的估計。
[0011 ] 預定電壓是能夠使車輛的高壓部件工作的參考電壓。
[0012]當升高燃料電池的溫度時，基于由燃料電池的當前電流電壓特性預先確定的電流電壓梯度來估計預計電流。
[0013]電池電壓比率是多個電池的最低電壓與多個電池的平均電壓之比，并且電池電壓比率隨著輸出最低電壓的電池的電壓增加而增加。
[0014]第二功率隨著電池電壓比率的增加而增加。
[0015]在電池電壓比率等于或大于第一參考值處，第二功率被估計為正值；在電池電壓比率等于或大于第二參考值并且小于第一參考值處，第二功率被估計為O ;以及在電池電壓比率小于第二參考值處，第二功率被估計為負值。燃料電池的可用功率是第一功率和第二功率的總和。
[0016]根據配置為如上所述的用于估計燃料電池的功率的方法，當估計燃料電池的可用功率時，點火啟動可在合適的時間完成，由此可最小化點火啟動延遲。
[0017]另外，由于通過在升高燃料電池的溫度時考慮電池電壓比率以及電流電壓特性，來估計燃料電池的可用功率，所以燃料電池的可用功率可準確估計以計算點火啟動完成時的時間。
[0018]從本文所提供的描述中，其他適用性區域將變得清晰可見。應當理解，該描述和具體實例僅旨在說明的目的，并且不旨在限制本公開內容的范圍。
【附圖說明】
[0019]為了良好地理解本公開內容，現在將參考附圖對以通過舉例的方式給出的其各種形式進行描述，其中:
[0020]圖1是示出了根據常規技術，當升高燃料電池的溫度時燃料電池的性能輸出的變化的曲線圖；
[0021]圖2是示出用于估計燃料電池的功率的方法的流程圖；
[0022]圖3至圖4是示出在用于估計燃料電池的功率的方法中，用于估計第一功率的方法的曲線圖；以及
[0023]圖5是示出在用于估計燃料電池的功率的方法中，用于估計第二功率的方法的曲線圖。
[0024]圖6是示出用于估計燃料電池的功率的設備的框圖。
【具體實施方式】
[0025]在下文中，參考附圖描述根據本公開的實施方式的用于估計燃料電池的功率的方法。圖2是示出根據本公開的實施方式的用于估計燃料電池的功率的方法的流程圖；圖3至圖4是示出在根據本公開的實施方式的用于估計燃料電池的功率的方法中，用于估計第一功率的方法的曲線圖；圖5是示出了在根據本公開的實施方式的用于估計燃料電池的功率的方法中，用于估計第二功率的方法的曲線圖；以及圖6是示出根據本公開的實施方式的用于估計燃料電池的功率的設備的框圖。
[0026]參考圖2至圖6，用于估計燃料電池的功率的方法可包括:當升高燃料電池的溫度時，在控制器中基于當前的電流電壓特性來估計預定電壓處的預計電流(S120);在5120中估計預計電流之后，基于所估計的預計電流和預定電壓來估計第一功率(S130);當在S130中估計第一功率時，基于電池電壓比率來估計第二功率(S140);以及在執行估計第一功率S130和估計第二功率S140之后，基于第一功率和第二功率來計算燃料電池的有效功率(S150)。在這種情況下，預定電壓是能夠使車輛的高壓部件工作的參考電壓，并且當升高燃料電池的溫度時，基于由燃料電池的當前電流電壓特性預先確定的電流電壓梯度來估計預計電流。
[0027]本文中，如圖6所示，當升高燃料電池的溫度時，控制器與燃料電池連接以檢測燃料電池的當前電流電壓特性，由此在控制器中估計預計電流、第一功率、第二功率以及在預定電壓下的燃料電池的可用功率。
[0028]首先，在通過控制器估計預計電流(S120)之前，確定發動機啟動是否是冷啟動(S100)。當在SlOO中確定發動機啟動是冷啟動時，在執行燃料電池(SllO)的溫度升高操作之后，可估計預計電流(S120)。
[0029]在SlOO中，通過冷卻劑的溫度來確定發動機啟動是否是冷啟動，該冷卻劑的溫度通過控制器的溫度傳感器檢測。當冷卻劑的溫度是預定溫度以下時，由于確定發動機處于冷啟動條件，所以執行向燃料電池提供氫和空氣的溫度升高操作(SllO)。另一方面，當冷卻劑的溫度高于預定溫度時，由于確定發動機不處于冷啟動條件，因此執行正常啟動操作(S105)ο
[0030]根據常規技術，當嘗試冷啟動時，燃料電池的性能根據溫度升高過程而改變。在點火啟動開始時，輸出低的電壓-電流比。此后，改變燃料電池的特性以在某些電流處輸出高電壓，并且在溫度升高過程完成時輸出高的電壓-電流比。
[0031]參考圖3，當發動機處于冷啟動條件時，控制器檢查根據溫度升高過程的燃料電池組的功率的變化。最下方的線指示在點火啟動開始時燃料電池組的性能，并且最上方的線指示在溫度升高過程結束時燃料電池組的性能。在兩條線之間存在絕對電壓電平的差異，但是在電壓梯度方面，這兩條線是相似的，該電壓梯度隨著電壓的增加或者減少而改變。本發明將梯度設置為預定電流電壓梯度。
[0032]因此，本發明可在升高燃料電池的溫度時，通過應用由當前電流和電壓預先確定的電流電壓梯度，來估計由圖3中間的線表示的性能曲線。在這種情況下，可通過性能曲線估計預計電流，該預計電流根據燃料電池的當前性能可輸出預定電壓。執行溫度升高操作的燃料電池的可用功率的第一功率可通過將估計的預計電流乘以預定電壓來估計。
[0033]圖4示出了燃料電池的功率變化，其中溫度升高操作執行得比圖3的實施方式更長。如圖4中間所示的燃料電池的性能曲線，電壓-電流比高于圖3。另外，因為從預定電壓估計的預計電流較高，所以燃料電池組可輸出對應于預計電流的預定電壓。
[0034]此外，本發明可通過基于電池電壓比率估計第二功率，來提高燃料電池的可用功率的精確度。本文中，電池電壓比率是多個電池的最低電壓與多個電池的平均電壓之比，并且隨著輸出最低電壓的電池的電壓升高，電池電壓比率變得更高。另外，隨著電池電壓比率變高，第二功率增加。
[0035]換句話說，當在溫度升高過程開始時，燃料電池處于凍結狀態時，由于不均勻凍結，可能存在具有相對高性能的電池，以及具有相對低性能的電池。隨著溫度升高過程的進行，在具有低性能的電池中產生的高熱量以及該電池的性能不斷恢復至正常。在溫度升高過程結束時，電池電壓比率具有接近I的值。
[0036]參考圖5，當電池電壓比率等于或大于第一參考值時，第二功率被估計為正值；當電池電壓比率等于或大于第二參考值并且小于第一參考值時，第二功率被估計為零(O);以及當電池電壓比率小于第二參考值時，第二功率被估計為負值。由于實際估計的第一功率是根據電池電壓比率增加或減小的，所以第一功率的精確度可能降低。
[0037]燃料電池的可用功率可通過由控制器將第一功率和第二功率相加來計算。總之，可用功率可通過由控制器將第二功率加入到第一功率來準確估計，其中，第二功率通過根據電池電壓比率考慮電池電壓一致性獲得；第一功率可以在升高燃料電池的溫度時通過燃料電池的電流電壓特性來估計。
[0038]根據配置為如上所述的用于估計燃料電池的功率的方法，可能估計燃料電池的可用功率，由此可在合適時間完成點火啟動，并且可以最小化不必要的延遲。
[0039]另外，在估計燃料電池的可用功率時，由于考慮了電池電壓比率以及電流電壓特性，所以燃料電池的可用功率可被更準確地估計，由此可能計算出合適的完成時間。
[0040]本公開的描述本質上僅是示例性的，因此在不背離本公開的實質的變化的前提下，變形旨在落入本公開范圍內。該變形不認為是偏離本公開的精神和范圍。
【主權項】
1.一種用于估計燃料電池的功率的方法，包括以下步驟: 當升高所述燃料電池的溫度時，在控制器中基于所述燃料電池的當前電流電壓特性來估計預定電壓處的預計電流； 在估計所述預計電流的步驟之后，基于估計的預計電流和所述預定電壓來估計第一功率; 當估計所述第一功率時，基于電池電壓比率來估計第二功率；以及 在執行估計所述第一功率的步驟和估計所述第二功率的步驟之后，基于所述第一功率和所述第二功率來計算所述燃料電池的可用功率。2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟: 在估計所述預計電流的步驟之前，確定發動機啟動是否是冷啟動， 其中，當確定所述發動機啟動是冷啟動時，在執行所述燃料電池的溫度升高操作之后，執行估計所述預計電流的步驟。3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述預定電壓是能夠使車輛的高壓部件工作的參考電壓。4.根據權利要求1所述的方法，其中，當升高所述燃料電池的溫度時，基于由所述燃料電池的所述當前電流電壓特性預先確定的電流電壓梯度，來估計所述預計電流。5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述電池電壓比率是多個電池的最低電壓與所述多個電池的平均電壓之比，并且所述電池電壓比率隨著輸出所述最低電壓的電池的電壓增加而增加。6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述第二功率隨著所述電池電壓比率的增加而增加。7.根據權利要求5所述的方法，其中，當所述電池電壓比率等于或大于第一參考值時，所述第二功率被估計為正值；當所述電池電壓比率等于或大于第二參考值并且小于所述第一參考值時，所述第二功率被估計為零；并且當所述電池電壓比率小于所述第二參考值時，所述第二功率被估計為負值。8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述燃料電池的所述可用功率是所述第一功率和所述第二功率的總和。
【文檔編號】H01M8/04537GK105895940SQ201510674396
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年10月16日
【發明人】金大鐘
【申請人】現代自動車株式會社