一种氢堆的调制谐波在线生成方法以及一种状态检测方法与流程

1.本发明涉及氢燃料电池的控制领域，尤其涉及一种氢堆的调制谐波在线自生成方法以及一种氢堆的状态检测方法。


背景技术：

2.2019年以来，国内氢能产业发展速度显著加快，对中央及地方政府在氢能领域的相关政策进行整理发现：中央关于氢能相关的政策文件超过10个，同时有超过17个省份22个城市及地区发布了氢能相关的地方政策，其中包括了两份白皮书与一份汽车产业报告。从政策数量看，无论是中央还是地方，均对氢能产业予以了高度重视。目前，国内外市面上的氢燃料电动车辆主要以商用车、客车为主，少数厂家推出有少量的乘用车。
3.图1示出了典型的燃料电池车辆(fuel cell vehicles，fcv)的动力系统架构示意图。如图1所示，氢燃料电池堆(简称氢堆)作为整个动力系统的电源部分，dcf(dcdc for fuel，燃料的dcdc变换器)是动力系统不可缺少的关键部件。氢堆作为动力系统最核心的部分，由于其质子交换膜的设计结构的特殊性，氢堆在应用过程中不可避免的存在电极水淹或者水干状态，而氢堆的含水量严重影响氢堆的内阻，即氢堆的工作状态。
4.当氢堆处于水淹或水干状态时，氢堆不能正常对外输出功率。如不能及时发现氢堆正处于水淹或水干状态则很可能造成氢堆损坏。由于氢堆的成本很高，因此，能不能实时监控氢堆的工作状态成为了保护氢堆的关键技术。
5.为解决上述问题，本发明旨在提出一种氢堆的调制谐波在线自生成方法以及一种氢堆的状态检测方法。


技术实现要素：

6.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
7.根据本发明的一方面，提供了一种氢堆的调制谐波在线自生成方法，适用于氢燃料电动车辆中的氢堆，所述氢堆包括dcdc变换器，所述dcdc变换器用于将所述氢堆输出的电压转换为固定电压，所述dcdc变换器采用多相交错并联升压变换器结构，所述在线谐波自生成方法包括：将所述dcdc变换器的输入电流控制为i
set
i0*sinθ，其中，i
set
为所述氢堆的输出设定电流值，i0*sinθ为所述氢堆的调制谐波。
8.在一实施例中，所述调制谐波在线自生成方法还包括：采集所述氢堆的输出电流；以及分离出所述输出电流中的调制谐波，所述调制谐波用于指示所述氢堆的工作状态。
9.较优地，i0远小于i
set
。
10.根据本发明的另一个方面，还提供了一种氢堆的调制谐波在线自生成装置，适用于氢燃料电动车辆中的氢堆，所述氢堆包括dcdc变换器，所述dcdc变换器用于将所述氢堆
输出的电压转换为固定电压，所述dcdc变换器采用多相交错并联升压变换器结构，所述在线谐波自生成装置包括：存储器；以及与所述存储器连接的处理器，所述处理器被配置成：将所述dcdc变换器的输入电流控制为i
set
i0*sinθ，其中，i
set
为所述氢堆的输出设定电流值，i0*sinθ为所述氢堆的调制谐波。
11.在一实施例中，所述处理器还被配置成：获取所述氢堆的输出电流；以及分离出所述输出电流中的调制谐波，所述调制谐波用于指示所述氢堆的工作状态。
12.较优地，i0远小于i
set
。
13.根据本发明的另一个方面，还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一实施例所述的氢堆的调制谐波在线自生成方法的步骤。
14.根据本发明的另一个方面，还提供了一种氢堆的状态检测方法，适用于氢燃料电动车辆中的氢堆，所述氢堆包括dcdc变换器，所述dcdc变换器用于将所述氢堆输出的电压转换为固定电压，所述dcdc变换器采用多相交错并联升压变换器结构，所述状态检测方法包括：将所述dcdc变换器的输入电流控制为i
set
i0*sinθ，其中，i
set
为所述氢堆的输出设定电流值，i0*sinθ为所述氢堆的调制谐波；采集所述氢堆的输出电流和输出电压；分离出所述输出电流中的调制谐波；以及利用所述调制谐波以及所述输出电压计算出所述氢堆的实时内阻，所述实时内阻用于指示所述氢堆的工作状态。
15.较优地，i0远小于i
set
。
16.根据本发明的另一个方面，还提供了一种氢堆的状态检测装置，适用于氢燃料电动车辆中的氢堆，所述氢堆包括dcdc变换器，所述dcdc变换器用于将所述氢堆输出的电压转换为固定电压，所述dcdc变换器采用多相交错并联升压变换器结构，所述状态检测装置包括：存储器；以及与所述存储器连接的处理器，所述处理器被配置成：将所述dcdc变换器的输入电流控制为i
set
i0*sinθ，其中，i
set
为所述氢堆的输出设定电流值，i0*sinθ为所述氢堆的调制谐波；采集所述氢堆的输出电流和输出电压；分离出所述输出电流中的调制谐波；以及利用所述调制谐波以及所述输出电压计算出所述氢堆的实时内阻，所述实时内阻用于指示所述氢堆的工作状态。
17.较优地，i0远小于i
set
。
18.根据本发明的另一个方面，还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一实施例所述的氢堆的状态检测方法的步骤。
附图说明
19.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本发明的上述特征和优点。
20.图1是根据典型的燃料电池车辆的动力系统绘示的一动力系统架构示意图；
21.图2是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的氢堆的调制谐波在线生成方法的流程示意图；
22.图3是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的四相交错并联升压变换器的电路结构示意图；
23.图4是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的氢堆的调制谐波在线生成装
置的模块框图；
24.图5是根据本发明的又一个方面绘示的一实施例中的氢堆的状态检测方法的流程示意图；
25.图6是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的氢堆的状态检测装置的模块框图。
具体实施方式
26.给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。
27.在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。
28.请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。
29.注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。
32.以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
33.根据本发明的一个方面，提供一种氢堆的调制谐波在线自生成方法，适用于氢燃料电动车辆的动力系统。所述氢燃料电动车辆的动力系统可具有图1所示的相同或相似的结构，至少包括氢堆以及氢堆的dcdc变换器。该氢堆的dcdc变换器用于将氢堆输出的不稳定的电压转换为稳定的电压，比如固定电压。该dcdc变换器采用多相交错并联升压变换器结构。可以理解，多相交错并联升压变换器结构可提高控制电流的精度并减小氢堆的输出
总电流的纹波。
34.在一实施例中，如图2所示，氢堆的在线谐波自生成方法包括步骤s110：将所述dcdc变换器的输入电流控制为i
set
i0*sinθ，其中，i
set
为所述氢堆的输出设定电流值即氢堆的直流输出电流，i0*sinθ为所述氢堆的调制谐波，为交流电流。
35.较优地，i0可设置地远小于i
set
，则可不影响氢堆的在线稳定运行。
36.图3示出了一实施例中的四相交错并联升压变换器的结构示意图。以图3所示的四相交错并联升压变换器为例，dcdc变换器的输入端与氢堆的输出端连接，其中，dcdc变换器的输入电流为i
in0
，输入电压为u
in1
，同时，采集到的氢堆的输出端的电压和电流为氢堆的工作电压和工作电流。
37.则对应于图3所示的氢堆的在线谐波自生成方法的步骤s110可具化为：将dcdc变换器的输入电流i
in0
控制为i
set
i0*sinθ。
38.进一步地，如图2所示，氢堆的在线谐波自生成方法还包括步骤s120～s130。
39.步骤s120为：采集氢堆的输出电流。
40.步骤s130为：分离出输出电流中的调制谐波即i0*sinθ。
41.可以理解，虽然dcdc变换器的输入端的输入电流被控制为i
set
i0*sinθ，但实际上采集到的氢堆的输出电流与dcdc变换器的输入电流的设计值可能会存在出入，因此需要采集实际的氢堆的输出电流，并分离出输出电流的调制谐波。该调制谐波可用于计算氢堆的实时内阻，从而指示氢堆的工作状态。
42.具体地，可通过硬件滤波电路或软件滤波器进行交直流分离得到氢堆的输出电流中的调制谐波。
43.根据本发明的另一个方面，还提供一种氢堆的调制谐波在线自生成装置，适用于氢燃料电动车辆的动力系统。所述氢燃料电动车辆的动力系统可具有图1所示的相同或相似的结构，至少包括氢堆以及氢堆的dcdc变换器。该氢堆的dcdc变换器用于将氢堆输出的不稳定的电压转换为稳定的电压，比如固定电压。该dcdc变换器采用多相交错并联升压变换器结构。可以理解，多相交错并联升压变换器结构可提高控制电流的精度并减小氢堆的输出总电流的纹波。
44.在一实施例中，如图4所示，氢堆的在线谐波自生成装置400可包括存储器410和处理器420。
45.其中，存储器410用于存储计算机程序。
46.处理器420与存储器410连接，用于执行存储器410上存储的计算机程序。在存储器410的配置下，处理器420被配置成：将dcdc变换器的输入电流控制为i
set
i0*sinθ。
47.其中，i
set
为所述氢堆的输出设定电流值即氢堆的直流输出电流，i0*sinθ为所述氢堆的调制谐波，为交流电流。
48.较优地，i0可配置地远小于i
set
，则可不影响氢堆的在线稳定运行。
49.图3示出了一实施例中的四相交错并联升压变换器的结构示意图。以图3所示的四相交错并联升压变换器为例，dcdc变换器的输入端与氢堆的输出端连接，其中，dcdc变换器的输入电流为i
in0
，输入电压为u
in1
，同时，采集到的氢堆的输出端的电压和电流为氢堆的工作电压和工作电流。
50.则对应于图3所示的氢堆的在线谐波自生成装置的处理器420可具体被配置为：将
dcdc变换器的输入电流i
in0
控制为i
set
i0*sinθ。
51.进一步地，处理器420还被配置成：获取氢堆的输出电流；以及分离出输出电流中的调制谐波即i0*sinθ。
52.可以理解，虽然dcdc变换器的输入端的输入电流被控制为i
set
i0*sinθ，但实际上采集到的氢堆的输出电流与dcdc变换器的输入电流的设计值可能会存在出入，因此需要采集实际的氢堆的输出电流，并分离出输出电流的调制谐波。该调制谐波可用于计算氢堆的实时内阻，从而指示氢堆的工作状态。
53.具体地，可通过软件滤波器进行交直流分离以得到氢堆的输出电流中的调制谐波。
54.根据本发明的再一个方面，还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被执行时实现上述任一实施例所述的氢堆的在线谐波自生成方法的步骤。
55.根据本发明的另一个方面，还提供一种氢堆的状态检测方法，适用于氢燃料电动车辆的动力系统。所述氢燃料电动车辆的动力系统可具有图1所示的相同或相似的结构，至少包括氢堆以及氢堆的dcdc变换器。该氢堆的dcdc变换器用于将氢堆输出的不稳定的电压转换为稳定的电压，比如固定电压。该dcdc变换器采用多相交错并联升压变换器结构。可以理解，多相交错并联升压变换器结构可提高控制电流的精度并减小氢堆的输出总电流的纹波。
56.在一实施例中，如图5所示，氢堆的状态检测方法包括步骤s510～s540。
57.其中，步骤s510为：将所述dcdc变换器的输入电流控制为i
set
i0*sinθ。其中，i
set
为所述氢堆的输出设定电流值即氢堆的直流输出电流，i0*sinθ为所述氢堆的调制谐波，为交流电流。
58.较优地，i0可设置地远小于i
set
，则可不影响氢堆的在线稳定运行。
59.步骤s520为：采集所述氢堆的输出电流和输出电压。
60.图3示出了一实施例中的四相交错并联升压变换器的结构示意图。以图3所示的四相交错并联升压变换器为例，dcdc变换器的输入端与氢堆的输出端连接，其中，dcdc变换器的输入电流为i
in0
，输入电压为u
in1
，同时，采集到的氢堆的输出端的电压和电流为氢堆的工作电压和工作电流。具体地，可通过设置于氢堆的输出端的电流传感器和电压传感器来采集氢堆的输出电压和输出电流。
61.可以理解，虽然dcdc变换器的输入端的输入电流被控制为i
set
i0*sinθ，但实际上采集到的氢堆的输出电流与dcdc变换器的输入电流的设计值可能会存在出入，因此需要采集实际的氢堆的输出电流，并分离出输出电流的调制谐波。该调制谐波可用于计算氢堆的实时内阻，从而指示氢堆的工作状态。
62.步骤s530为：分离出所述输出电流中的调制谐波。
63.具体地，可通过硬件滤波电路或软件滤波器进行交直流分离得到氢堆的输出电流中的调制谐波。
64.步骤s540为：利用所述调制谐波以及所述输出电压计算出所述氢堆的实时内阻，所述实时内阻用于指示所述氢堆的工作状态。
65.根据本发明的另一个方面，还提供一种氢堆的状态检测装置，适用于氢燃料电动车辆的动力系统。所述氢燃料电动车辆的动力系统可具有图1所示的相同或相似的结构，至
少包括氢堆以及氢堆的dcdc变换器。该氢堆的dcdc变换器用于将氢堆输出的不稳定的电压转换为稳定的电压，比如固定电压。该dcdc变换器采用多相交错并联升压变换器结构。可以理解，多相交错并联升压变换器结构可提高控制电流的精度并减小氢堆的输出总电流的纹波。
66.在一实施例中，如图6所示，氢堆的在线谐波自生成装置600可包括存储器610和处理器420。
67.其中，存储器610用于存储计算机程序。
68.处理器620与存储器610连接，用于执行存储器610上存储的计算机程序。在存储器610的配置下，处理器620被配置成：将所述dcdc变换器的输入电流控制为i
set
i0*sinθ；采集所述氢堆的输出电流和输出电压；分离出所述输出电流中的调制谐波；以及利用所述调制谐波以及所述输出电压计算出所述氢堆的实时内阻，所述实时内阻用于指示所述氢堆的工作状态。
69.其中，i
set
为所述氢堆的输出设定电流值即氢堆的直流输出电流，i0*sinθ为所述氢堆的调制谐波，为交流电流。
70.较优地，i0可设置地远小于i
set
，则可不影响氢堆的在线稳定运行。
71.图3示出了一实施例中的四相交错并联升压变换器的结构示意图。以图3所示的四相交错并联升压变换器为例，dcdc变换器的输入端与氢堆的输出端连接，其中，dcdc变换器的输入电流为i
in0
，输入电压为u
in1
，同时，采集到的氢堆的输出端的电压和电流为氢堆的工作电压和工作电流。具体地，可通过设置于氢堆的输出端的电流传感器和电压传感器来采集氢堆的输出电压和输出电流。
72.可以理解，虽然dcdc变换器的输入端的输入电流被控制为i
set
i0*sinθ，但实际上采集到的氢堆的输出电流与dcdc变换器的输入电流的设计值可能会存在出入，因此需要采集实际的氢堆的输出电流，并分离出输出电流的调制谐波。该调制谐波可用于计算氢堆的实时内阻，从而指示氢堆的工作状态。
73.具体地，可通过硬件滤波电路或软件滤波器进行交直流分离得到氢堆的输出电流中的调制谐波。
74.根据本发明的再一个方面，还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被执行时实现上述实施例所述的氢堆的状态检测方法的步骤。
75.本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
76.本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
77.结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、
数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
78.结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
79.在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
80.提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。