一种燃料电池功率爬升的控制方法、系统与车辆与流程

1.本技术实施例涉及汽车技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池功率爬升的控制方法、系统与车辆。


背景技术：

2.燃料电池汽车是电动汽车中的一种类型的车辆，其电池的能量是通过氢气与氧气的化学作用产生的，燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，是一种“零污染，零排放”的载运工具。
3.现有技术中，用户对车辆的需求功率越大，需要燃料电池提供的电能也就越大。当燃料电池为车辆提供电能时，为了更快地满足用户的需求功率，车辆均会充入过量的氢气与空气来快速反应，为用户提供需求功率。
4.然而，在充入过量的氢气与空气后，则会导致燃料电池出现过充现象，使得燃料电池的转化效率降低。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种燃料电池功率爬升的控制方法、系统与车辆，旨在解决过充现象导致的燃料电池的转化效率降低的问题。
6.本技术实施例第一方面提供一种燃料电池功率爬升的控制方法，所述方法包括：
7.获取车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率；
8.根据所述车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率，确定分配给所述燃料电池的功率为第一设定功率；
9.在所述加速踏板开度的变化率小于预设阈值时，控制所述燃料电池以第一功率爬升速率增加至所述第一设定功率；
10.在所述加速踏板开度的变化率大于预设阈值时，控制所述燃料电池以第二功率爬升速率增加至所述第一设定功率；其中，所述第一功率爬升速率小于所述第二功率爬升速率。
11.可选地，所述方法还包括：
12.根据所述车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率，确定所述车辆的总功率；
13.根据所述车辆的总功率和所述第一设定功率，确定分配给所述动力电池的功率为第二设定功率；
14.在控制所述燃料电池以第一功率爬升速率或所述第二功率爬升速率增加至所述第一设定功率的过程中，控制动力电池输出第二设定功率。
15.可选地，在所述加速踏板开度的变化率大于预设阈值时，控制所述燃料电池当前的功率以第二功率爬升速率增加至第一设定功率的过程中：
16.所述第二功率爬升速率是所述第一功率爬升速率的倍数；其中，所述倍数随着加速踏板开度的变化率的增大而增大。
17.可选地，所述方法还包括：
18.在识别到所述车辆上与车辆安全性能相关的功能被触发时，获取所述车辆所需的安全需求功率；
19.判断所述动力电池所能提供的最大功率是否小于所述安全需求功率；
20.在所述动力电池所能提供的最大功率小于所述安全需求功率的情况下，将所述额外需求功率分配至所述燃料电池；其中，所述额外需求功率为所述安全需求功率与所述动力电池提供的最大功率之间的差值。
21.可选地，在所述动力电池所能提供的最大功率小于所述安全需求功率的情况下，将所述额外需求功率分配至所述燃料电池之后，包括：
22.计算所述燃料电池的当前功率与所述额外需求功率之间的差值；
23.基于所述燃料电池的当前功率与所述额外需求功率之间的差值，控制所述燃料电池以第三功率爬升速率增加至额外需求功率；其中，所述第三功率爬升速率随着所述燃料电池的当前功率与所述额外需求功率之前的差值的增大而增大。
24.本技术实施例第二方面提供一种燃料电池功率爬升的控制系统，所述系统包括：
25.获取单元，获取车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率；
26.第一确定单元，根据所述车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率，确定分配给所述燃料电池的功率为第一设定功率；
27.第一控制单元，在所述加速踏板开度的变化率小于预设阈值时，控制所述燃料电池以第一功率爬升速率增加至所述第一设定功率；
28.第二控制单元，在所述加速踏板开度的变化率大于预设阈值时，控制所述燃料电池以第二功率爬升速率增加至所述第一设定功率；其中，所述第一功率爬升速率小于所述第二功率爬升速率。
29.可选地，所述系统还包括：
30.总功率确定单元，根据所述车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率，确定所述车辆的总功率；
31.第二确定单元，根据所述车辆的总功率和所述第一设定功率，确定分配给所述动力电池的功率为第二设定功率；
32.输出单元，在控制所述燃料电池以第一功率爬升速率或所述第二功率爬升速率增加至所述第一设定功率的过程中，控制动力电池输出第二设定功率。
33.可选地，在所述加速踏板开度的变化率大于预设阈值时，控制所述燃料电池当前的功率以第二功率爬升速率增加至第一设定功率的过程中：
34.所述第二功率爬升速率是所述第一功率爬升速率的倍数；其中，所述倍数随着加速踏板开度的变化率的增大而增大。
35.可选地，所述系统还包括：
36.安全需求功率获取单元，在识别到所述车辆上与车辆安全性能相关的功能被触发时，获取所述车辆所需的安全需求功率；
37.判断单元，判断所述动力电池所能提供的最大功率是否小于所述安全需求功率；
38.分配单元，在所述动力电池所能提供的最大功率小于所述安全需求功率的情况下，将所述额外需求功率分配至所述燃料电池；其中，所述额外需求功率为所述安全需求功
率与所述动力电池提供的最大功率之间的差值。
39.本技术实施例第三方面提供一种汽车，包括本技术实施例第二方面提供的燃料电池功率爬升的控制系统。
40.采用本技术提供的电池功率爬升的控制方法，可以基于加速踏板开度的变化率，来判断对电池需求功率的迫切程度，若加速踏板开度的变化率小于预设阈值，则代表驾驶员对电池需求功率的迫切程度不高，此时，可以控制燃料电池以第一功率爬升速率慢速增加至第一设定功率，在燃料电池以第一功率爬升速率慢速增加至第一设定功率的过程中，汽车会基于第一功率爬升速率，对应地控制充入的氢气与空气较少，以此使得氢气与空气的反应速度较慢，从而减少燃料电池因充入大量的氢气与空气而出现的过充现象。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1是本技术一实施例提出的燃料电池功率爬升的控制方法；
43.图2是本技术另一实施例提出的燃料电池功率爬升的控制系统；
44.图3是本技术一实施例提出的燃料电池当前功率与额外需求功率之间的差值和第三功率爬升速率之间的关系图。
具体实施方式
45.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.相关技术中，为了更快地满足用户的需求功率，车辆均会充入过量的氢气与空气来快速反应，为用户提供需求功率。然而，在充入过量的氢气与空气后，则会导致燃料电池出现过充现象，使得燃料电池的转化效率降低。另外，在充入过量的氢气与空气进行反应后，会快速提升燃料电池的功率，功率的快速增高会导致燃料电池电压增高，从而对燃料电池内的电堆材料产生冲击。
47.为了减少燃料电池出现过充现象，可以基于加速踏板开度的变化率，来判断对电池需求功率的迫切程度，若加速踏板开度的变化率小于预设阈值，则代表驾驶员对电池需求功率的迫切程度不高，此时，可以控制燃料电池以第一功率爬升速率慢速增加至第一设定功率，在燃料电池以第一功率爬升速率慢速增加至第一设定功率的过程中，汽车会基于第一功率爬升速率，对应地控制充入的氢气与空气较少，以此使得氢气与空气的反应速度较慢，从而减少燃料电池因充入大量的氢气与空气而出现的过充现象。并且，由于在控制了燃料电池的反应速度，使其增加较慢后，使得功率的增加速度较慢，从而减少对电堆材料的冲击。
48.实施例一
49.一种燃料电池功率爬升的控制方法，所述方法包括：
50.步骤s1:获取车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率。
51.本步骤中，当前车速下的加速踏板开度的变化率可以表征驾驶员对电池需求功率的迫切程度。
52.加速踏板开度的变化率越大，驾驶员对电池需求功率的迫切程度越高；加速踏板越小，驾驶员对电池需求功率的迫切程度越低。
53.步骤s2:根据所述车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率，确定分配给所述燃料电池的功率为第一设定功率。
54.本步骤中，根据当前车速下的加速踏板开度的变化率，可以确定出驾驶员对电池需求的总功率。
55.在应用至燃料电池汽车中时，燃料电池汽车通过燃料电池与动力电池共同为汽车提供能量，因此，驾驶员对电池需求的总功率可以在燃料电池与动力电池之间分配，具体地，可以将总功率中的第一设定功率分配给燃料电池，将总功率中的第二设定功率分配给动力电池。
56.那么，在确定第二设定功率时，可以根据所述车辆的总功率和所述第一设定功率，确定分配给所述动力电池的功率为第二设定功率。
57.其中，第二设定功率等于总功率减去第二设定功率。
58.另外，在满足用户所需求的总功率的过程中，总功率始终是在第一设定功率与第二设定功率之间分配，而由于燃料电池通过氢气与氧气的反应过程中，燃料电池无法在极短的时间内瞬间到达第一设定功率，因此为了满足用户需求的总功率，在后续步骤s3与步骤s4，控制所述燃料电池以第一功率爬升速率或所述第二功率爬升速率增加至所述第一设定功率的过程中，控制动力电池输出第二设定功率，以此补偿燃料电池输出的功率在未达到第一设定功率的期间内所缺失的功率，从而使得基于燃料电池与动力电池共同输出的总功率，能够用户需求。
59.其中，在燃料电池输出的功率增加至第一设定功率的过程中，燃料电池输出的功率越多，动力电池输出的功率越少。
60.步骤s3:在所述加速踏板开度的变化率小于预设阈值时，控制所述燃料电池以第一功率爬升速率增加至所述第一设定功率。
61.本步骤中，加速踏板的开度的变化率小于预设阈值时，表明驾驶员对电池需求功率的迫切程度不高，为了减少燃料电池的过充现象，可以控制燃料电池以第一功率爬升速率增加至第一设定功率，使得燃料电池的功率慢速增加至第一设定功率，从而减少燃料电池的过充现象。
62.步骤s4:在所述加速踏板开度的变化率大于预设阈值时，控制所述燃料电池以第二功率爬升速率增加至所述第一设定功率；其中，所述第一功率爬升速率小于所述第二功率爬升速率。
63.本步骤中，加速踏板的开度的变化率大于预设阈值时，表明驾驶员对电池需求功率的迫切程度较高，为了快速满足用户需求，可以控制燃料电池以第二功率爬升速率增加至第一设定功率，使得燃料电池的功率快速地增加至第一设定功率，以快速满足用户对电池需求功率的需求。
64.其中，功率爬升速率表征燃料电池从当前功率增加至第一设定功率的快慢，第一功率爬升速率表征从当前功率增加至第一设定功率的速度较慢，第二功率爬升速率表征从当前功率增加至第一设定功率的速度较快。
65.另外，第二功率爬升速率为第一功率爬升速率的m倍，在识别到加速踏板开度的变化率小于预设阈值时，控制燃料电池始终以第一功率爬升速率缓慢地增加至第一设定功率；在识别到加速踏板开度的变化率大于预设阈值时，控制燃料电池以第二功率爬升速率快速地增加至第一设定功率，并且m值随着加速踏板开度的变化率的增大而增大。
66.例如，预设阈值为40％，在识别到汽车的车速为0，且加速踏板开度的变化率为10％小于预设阈值时，表明此时驾驶员对燃料电池的需求功率的迫切程度较低，此时，为了减少过充现象，可以控制燃料电池以第一功率爬升速率10kw/s，慢速地爬升至第一设定功率。
67.在识别到汽车的车速为0，且加速踏板开度的变化率为60％时，表明此时驾驶员对燃料电池的需求功率的迫切程度较高，此时为了满足用户需求，可以控制燃料电池以第二功率爬升速率20kw/s增加至第一设定功率，第二功率爬升速率是第一功率爬升速率的2倍。
68.在识别到汽车的车速为0，且加速踏板开度的变化率为80％时，表明此时驾驶员对燃料电池的需求功率的迫切程度较高，此时为了满足用户需求，可以控制燃料电池以第二功率爬升速率30kw/s增加至第一设定功率，第二功率爬升速率是第一功率爬升速率的3倍。
69.通过本技术提供的电池功率爬升的控制方法，可以基于加速踏板开度的变化率，来判断对电池需求功率的迫切程度，若加速踏板开度的变化率小于预设阈值，则代表驾驶员对电池需求功率的迫切程度不高，此时，可以控制燃料电池以第一功率爬升速率慢速增加至第一设定功率，在燃料电池以第一功率爬升速率慢速增加至第一设定功率的过程中，汽车会基于第一功率爬升速率，对应地控制充入的氢气与空气较少，以此使得氢气与空气的反应速度较慢，从而减少燃料电池因充入大量的氢气与空气而出现的过充现象。且，由于在控制了燃料电池的反应速度，使其增加较慢后，使得功率的增加速度较慢，从而减少对电堆材料的冲击。
70.在一种可行的实施方式中，所述方法还包括：
71.步骤s5：在识别到所述车辆上与车辆安全性能相关的功能被触发时，获取所述车辆所需的安全需求功率。
72.本步骤中，与车辆安全性能相关的功能包括esp(electronic stability program)功能，需要汽车提供esp所需求的安全需求功率时，由于此时车辆往往需要快速满足安全需求功率，来为车辆提供安全保障，因此在这种情况下，基于动力电池的快速反应机制，动力电池使用的优先级高于燃料电池使用的优先级，系统优先考虑将安全需求功率分配给动力电池，再将多余的功率分配给燃料电池。
73.步骤s6：判断所述动力电池所能提供的最大功率是否小于所述安全需求功率。
74.本步骤中，动力电池的最大功率会随着动力电池剩余电量与温度的变化而变化，在判断出动力电池所能提供的最大功率小于安全需求功率时，表明此时动力电池所能提供的最大功率无法满足安全需求功率。
75.步骤s7：在所述动力电池所能提供的最大功率小于所述安全需求功率的情况下，将所述额外需求功率分配至所述燃料电池；其中，所述额外需求功率为所述安全需求功率
与所述动力电池提供的最大功率之间的差值。
76.本步骤中，在判断出动力电池所能提供的最大功率小于安全需求功率时，表明此时动力电池所能提供的最大功率无法满足安全需求功率，此时为了满足安全需求功率，需要将安全需求功率多余动力电池所能提供的最大功率的额外需求功率分配给燃料电池，以此保障动力电池与燃料电池能够给车辆提供足够的安全需求功率，保障行车安全。在判断出动力电池所能提供的最大功率大于安全需求功率时，表明此时动力电池所能提供的最大功率能够满足安全需求功率，此时则无需将分配功率给燃料电池，仅有动力电池提供为汽车提供能量即可。
77.步骤s8：计算所述燃料电池的当前功率与所述额外需求功率之间的差值。
78.本步骤中，在将额外需求功率分配给燃料电池时，需考虑燃料电池当前功率与额外需求功率之间的差值，若差值越大，表明燃料电池需要提升的功率越多；若差值越小，表明燃料电池需要提升的功率越少。
79.步骤s9：基于所述燃料电池的当前功率与所述额外需求功率之间的差值，控制所述燃料电池以第三功率爬升速率增加至额外需求功率；其中，所述第三功率爬升速率随着所述燃料电池的当前功率与所述额外需求功率之间的差值的增大而增大。
80.本步骤中，参照图3所示，第三功率爬升速率随着所述燃料电池的当前功率与所述额外需求功率之间的差值的增大而增大，从而使得燃料电池能够快速响应用户需求，以保证行车安全。
81.实施例二
82.基于同一发明构思，本技术另一实施例提供一种燃料电池功率爬升的控制系统，所述系统包括：
83.获取单元，获取车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率；
84.第一确定单元，根据所述车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率，确定分配给所述燃料电池的功率为第一设定功率；
85.第一控制单元，在所述加速踏板开度的变化率小于预设阈值时，控制所述燃料电池以第一功率爬升速率增加至所述第一设定功率；
86.第二控制单元，在所述加速踏板开度的变化率大于预设阈值时，控制所述燃料电池以第二功率爬升速率增加至所述第一设定功率；其中，所述第一功率爬升速率小于所述第二功率爬升速率。
87.在一种可行的实施方式中，所述系统还包括：
88.总功率确定单元，根据所述车辆当前车速下的加速踏板开度的变化率，确定所述车辆的总功率；
89.第二确定单元，根据所述车辆的总功率和所述第一设定功率，确定分配给所述动力电池的功率为第二设定功率；
90.输出单元，在控制所述燃料电池以第一功率爬升速率或所述第二功率爬升速率增加至所述第一设定功率的过程中，控制动力电池输出第二设定功率。
91.在一种可行的实施方式中，在所述加速踏板开度的变化率大于预设阈值时，控制所述燃料电池当前的功率以第二功率爬升速率增加至第一设定功率的过程中：
92.所述第二功率爬升速率是所述第一功率爬升速率的倍数；其中，所述倍数随着加
速踏板开度的变化率的增大而增大。
93.在一种可行的实施方式中，所述系统还包括：
94.安全需求功率获取单元，在识别到所述车辆上与车辆安全性能相关的功能被触发时，获取所述车辆所需的安全需求功率；
95.判断单元，判断所述动力电池所能提供的最大功率是否小于所述安全需求功率；
96.分配单元，在所述动力电池所能提供的最大功率小于所述安全需求功率的情况下，将所述额外需求功率分配至所述燃料电池；其中，所述额外需求功率为所述安全需求功率与所述动力电池提供的最大功率之间的差值。
97.在一种可行的实施方式中，所述系统还包括：
98.计算单元，计算所述燃料电池的当前功率与所述额外需求功率之间的差值；
99.第三控制单元，基于所述燃料电池的当前功率与所述额外需求功率之间的差值，控制所述燃料电池以第三功率爬升速率增加至额外需求功率；其中，所述第三功率爬升速率随着所述燃料电池的当前功率与所述额外需求功率之前的差值的增大而增大。
100.实施例三
101.基于同一发明构思，本技术另一实施例提供一种车辆，包括如本技术实施例二提供的一种燃料电池功率爬升的控制系统。
102.对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
103.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
104.本领域内的技术人员应明白，本技术实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本技术实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
105.本技术实施例是参照根据本技术实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
106.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
107.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程
和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
108.尽管已描述了本技术实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术实施例范围的所有变更和修改。
109.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
110.以上对本技术所提供的一种燃料电池功率爬升的控制方法、系统与车辆，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。