基于燃料电池系统的环境自检测方法、装置、系统及汽车与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体地涉及一种基于燃料电池系统的环境自检测方法、一种基于燃料电池系统的环境自检测装置、一种基于燃料电池系统的环境自检测系统及一种汽车。


背景技术：

2.燃料电池系统主要由电堆、氢气、空气、冷却液回路及电器部分组成，各个部分匹配协助使得燃料电池系统在满足整车需求的前提下，使电堆运行在适宜的工作环境下。然而目前对于检测燃料电池系统在错综复杂的外界环境中是否还可以匹配电堆适宜的工作区间，往往通过在整车增加一环境压力传感器用于检测环境压力的变化来实现，但是人为增加传感器涉及额外费用，并会造成布置空间不紧凑以及emc电磁干扰等问题。


技术实现要素：

3.本发明实施方式的目的是提供一种基于燃料电池系统的环境自检测方法、装置、系统及汽车，以解决现有燃料电池系统对外部环境的检测需人为增加传感器的问题。
4.为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供一种基于燃料电池系统的环境自检测方法，所述燃料电池系统包括用于冷却燃料电池电堆的冷却液回路及与所述冷却液回路连通的溢水罐，所述冷却液回路包括用于驱动冷却液在所述冷却液回路中循环的冷却水泵，所述方法包括：
5.在所述溢水罐与大气连通的情况下：
6.获取所述冷却液回路中的第一压力值及所述冷却水泵的第一转速；
7.获取与所述第一转速对应的第一标定压力值，所述第一标定压力值为所述第一转速在预设条件下对应的所述冷却液回路的压力值；
8.计算所述第一压力值与所述第一标定压力值的第一差值；
9.以在所述第一转速下与所述第一差值对应的第一海拔高度作为当前海拔高度。
10.可选地，所述预设条件为海拔零点或标准大气压力值。
11.可选地，所述冷却水泵驱动所述冷却液由所述燃料电池电堆的进水口流入，由所述燃料电池电堆的出水口流出；所述第一压力值及所述第一标定压力值均为所述燃料电池电堆的进水口处的压力值。
12.可选地，获取与所述第一转速对应的第一标定压力值，包括：
13.通过第一关系表格或第一拟合曲线确定所述第一转速所对应的第一标定压力值，其中，所述第一关系表格或所述第一拟合曲线至少具有所述冷却水泵在所述预设条件下的不同转速所对应的第一标定压力值。
14.可选地，以在所述第一转速下与所述第一差值对应的第一海拔高度作为当前海拔高度，包括：
15.通过第二关系表格或第二拟合曲线确定所述第一差值所对应的第一海拔高度，以
所述第一海拔高度作为当前海拔高度，其中，所述第二关系表格或所述第二拟合曲线至少具有所述冷却水泵在同一转速的不同大气压力值下所述冷却液回路对应的第二标定压力值与当前转速对应的基准标定压力值的差值所对应的海拔高度；
16.所述当前转速对应的基准标定压力值为所述冷却水泵在当前转速及所述预设条件下，所述冷却液回路所对应的压力值。
17.在本发明的第二方面，提供一种基于燃料电池系统的环境自检测方法，所述燃料电池系统包括用于冷却燃料电池电堆的冷却液回路及与所述冷却液回路连通的溢水罐，所述冷却液回路包括用于驱动冷却液在所述冷却液回路中循环的冷却水泵，其特征在于，所述方法包括：
18.在所述溢水罐与大气连通的情况下：
19.获取所述冷却液回路中的第二压力值及所述冷却水泵的第二转速；
20.以在所述第二转速下与所述第二压力值对应的第二海拔高度作为当前海拔高度。
21.可选地，以在所述第二转速下与所述第二压力值对应的第二海拔高度作为当前海拔高度，包括：
22.通过第三关系表格或第三拟合曲线确定与所述第二压力值所对应的大气压力值，通过第四关系表格或第四拟合曲线确定与所述第二压力值对应的大气压力值所对应的第二海拔高度，以所述第二海拔高度作为当前海拔高度；
23.其中，所述第三关系表格或所述第三拟合曲线至少具有所述冷却水泵在某一转速下，不同大气压力值所对应的所述冷却液回路中的压力值；所述第四关系表格或所述第四拟合曲线至少具有不同大气压力值所对应的海拔高度。
24.在本发明的第三方面，提供一种基于燃料电池系统的环境自检测装置，应用上述的基于燃料电池系统的环境自检测方法，所述装置包括：
25.第一数据获取模块，被配置为获取所述冷却液回路中的第一压力值及所述冷却水泵的第一转速；
26.第二数据获取模块，被配置为获取与所述第一转速对应的第一标定压力值，所述第一标定压力值为所述第一转速在预设条件下对应的所述冷却液回路的压力值；
27.第一计算模块，被配置为计算所述第一压力值与所述第一标定压力值的第一差值；
28.第二计算模块，被配置为以在所述第一转速下与所述第一差值对应的第一海拔高度作为当前海拔高度。
29.在本发明的第四方面，提供一种基于燃料电池系统的环境自检测系统，包括：
30.上述的基于燃料电池系统的环境自检测装置；
31.用于检测所述冷却液回路中的压力值的压力传感器；以及
32.用于检测所述冷却水泵转速的转速传感器。
33.在本发明的第五方面，提供一种汽车，包括上述的基于燃料电池系统的环境自检测系统。
34.本发明上述技术方案利用燃料电池系统内部的自身传感器采集到的准确的冷却液回路的压力值得到对应的环境绝对压力，并基于环境绝对压力得到对应的海拔高度，从而能在不增加额外的环境压力传感器的前提下，有效的检测外部环境压力变化及运行海拔
高度等参量。
35.本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
36.附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
37.图1是本发明优选实施方式提供的一种基于燃料电池系统的环境自检测方法的方法流程图；
38.图2是本发明优选实施方式提供的燃料电池系统系统结构示意图；
39.图3是本发明优选实施方式提供的一种基于燃料电池系统的环境自检测装置的装置结构框图。
具体实施方式
40.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
41.如图1所示，在本发明的第一方面，提供一种基于燃料电池系统的环境自检测方法，燃料电池系统包括用于冷却燃料电池电堆的冷却液回路及与冷却液回路连通的溢水罐，冷却液回路包括用于驱动冷却液在冷却液回路中循环的冷却水泵，如图2所示，所述方法包括，在所述溢水罐与大气连通的情况下：
42.s100、获取冷却液回路中的第一压力值及冷却水泵的第一转速；
43.s200、获取与第一转速对应的第一标定压力值，第一标定压力值为第一转速在预设条件下对应的冷却液回路的压力值；
44.s300、计算第一压力值与第一标定压力值的第一差值；
45.s400、以在第一转速下与第一差值对应的第一海拔高度作为当前海拔高度。
46.本实施方式利用燃料电池系统内部的自身传感器采集到的准确的冷却液回路的压力值得到对应的环境绝对压力，并基于环境绝对压力得到对应的海拔高度，从而能在不增加额外的环境压力传感器的前提下，有效的检测外部环境压力变化及运行海拔高度等参量。
47.具体的，燃料电池系统的输出能力直接关系到整车动力性能与安全性能，其中，燃料电池电堆的稳定性是保持燃料电池系统输出能力的关键。但是燃料电池电堆的性能对空气压力、过量系数等十分敏感，尤其在高功率输出条件下，燃料电池的性能需要恰当的空气控制策略来保证燃料电池的性能稳定，特别是在高海拔地区，由于空气稀薄、气压较低，可能导致燃料电池电堆阴极欠气，单片电压过低等问题，如果不及时根据外部环境调整空气控制策略，则会影响燃料电池的输出能力及寿命，因此，实时检测车辆外部环境有利于及时调整空气控制策略，从而保持燃料电池的性能稳定。现有的燃料电池系统中，冷却液回路包括依次连接的冷却水泵、电堆、节温器、散热器及压力传感器，同时，冷却液回路上连接有溢水罐，冷却水泵驱动回路中的冷却液在回路中循环以对电堆进行冷却。现有的燃料电池系统中，溢水罐通常带有一定开启压力的蒸汽阀，当冷却液回路中的压力过大时，溢水罐的蒸
汽阀门打开以便于回路中的气体能顺利排出，从而维持回路中压力稳定。而本实施方式的溢水罐为常压开启溢水罐，即保持溢水罐的阀门常开，这样，冷却液回路能直接和外部大气连通，从而排除了冷却液回路中由于温度变化造成的压力变化。在此基础上，冷却液回路中的压力变化仅和水泵转速及外部环境压力相关，而外部环境压力与海拔高度直接相关，因此，通过对燃料电池系统的改进，本实施方式能够在不额外增加环境压力传感器的情况下，通过预先标定在某一预设条件下，冷却水泵在不同转速时对应的冷却液回路中的第一标定压力值，并以第一标定压力值为基准，标定在每个不同的转速下，在不同海拔高度，即不同的大气压力环境下冷却液回路中的压力与第一标定压力值的差值，这样，将同一转速在不同海拔高度下，冷却液回路中的压力与第一标定压力值的差值关联，即能根据实时获取的第一压力值与第一标定压力值之间的第一差值得到第一差值对应的海拔高度，该海拔高度即当前环境的海拔高度。
48.其中，预设条件为海拔零点或标准大气压力值，即在海平面或大气压力为101.325kpa时标定各转速对应的第一标定压力值作为计算基准。
49.冷却液回路中，冷却水泵驱动冷却液由燃料电池电堆的进水口流入，由燃料电池电堆的出水口流出，为了进一步保证冷却液回路中压力检测的准确性，本实施方式中，第一压力值及第一标定压力值均为燃料电池电堆的进水口处的压力值。
50.其中，获取与第一转速对应的第一标定压力值，包括：
51.通过第一关系表格或第一拟合曲线确定第一转速所对应的第一标定压力值，其中，第一关系表格或第一拟合曲线至少具有冷却水泵在预设条件下的不同转速所对应的第一标定压力值。例如，预先建立转速为v1时，在大气压力为标准大气压力下，冷却液回路对应的第一标定压力值p1、转速为v2时，在大气压力为标准大气压力下，冷却液回路对应的第一标定压力值p2以及转速为vn时，在大气压力为标准大气压力下，冷却液回路对应的第一标定压力值pn的关系表格并存储在存储器中，以便于在本实施方式的方法执行时从中读取相关数据。
52.同样的，以在第一转速下与第一差值对应的第一海拔高度作为当前海拔高度，包括：
53.通过第二关系表格或第二拟合曲线确定第一差值所对应的第一海拔高度，以第一海拔高度作为当前海拔高度，其中，第二关系表格或第二拟合曲线至少具有冷却水泵在同一转速的不同大气压力值下冷却液回路对应的第二标定压力值与当前转速对应的基准标定压力值的差值所对应的海拔高度；当前转速对应的基准标定压力值为冷却水泵在当前转速及预设条件下，冷却液回路所对应的压力值。
54.例如，预先标定大气压力为ap1时对应的海拔高度h1，以及在冷却水泵的转速为v1及大气压力为ap1时，冷却液回路对应的第二标定压力值p1，以及转速为v1、大气压力为标准大气压力时冷却液回路中的基准标定压力值bp1，计算p1与bp1之间的差值
△
p1，建立δp1-ap1-h1的对应关系，同理，建立δpn-apn-hn的对应关系，基于所建立的所有对应关系，构建第二关系表格并并存储在存储器中，这样，在实时获取到冷却液回路的第一压力值及冷却水泵的当前转速后，读取第一关系表格中对应的第一标定压力值，从而计算得到第一差值，将第一差值与第二关系表格进行匹配，从而得到目前环境的海拔高度，进而能在不额外增加外部环境传感器的情况下，准确检测当前外部的海拔高度，该海拔高度可进一步对
应为大气压力，从而能以该海拔高度或大气压力作为输入参量对燃料电池系统进行空气控制策略的实时调整，保证燃料电池系统的性能稳定。为了减小计算量，在对第二关系表格进行标定时，可以给定冷却液回路对应的第二标定压力值与当前转速对应的基准标定压力值的差值一个合理的范围，例如，当实时得到的第一差值在δp1
±
x的范围内时，均认为第一差值与δp1匹配。
55.在本实施方式的第二方面，提供一种基于燃料电池系统的环境自检测方法，燃料电池系统包括用于冷却燃料电池电堆的冷却液回路及与冷却液回路连通的溢水罐，冷却液回路包括用于驱动冷却液在冷却液回路中循环的冷却水泵，所述方法包括：
56.在所述溢水罐与大气连通的情况下：
57.获取冷却液回路中的第二压力值及冷却水泵的第二转速；以在第二转速下与第二压力值对应的第二海拔高度作为当前海拔高度。
58.其中，以在第二转速下与第二压力值对应的第二海拔高度作为当前海拔高度，包括：
59.通过第三关系表格或第三拟合曲线确定与第二压力值所对应的大气压力值，通过第四关系表格或第四拟合曲线确定与第二压力值对应的大气压力值所对应的第二海拔高度，以第二海拔高度作为当前海拔高度；其中，第三关系表格或第三拟合曲线至少具有冷却水泵在某一转速下，不同大气压力值所对应的冷却液回路中的压力值；第四关系表格或第四拟合曲线至少具有不同大气压力值所对应的海拔高度。
60.这样，通过预先标定在冷却水泵的转速为某一转速下，外部环境为不同大气压力时，每一大气压力值与冷却液回路中的第二压力值的对应关系，以及各大气压力值与海拔高度的对应关系，进而能快速得到在某一转速下，当前冷却液回路中的第二压力值对应的海拔高度。例如，当转速为v1时，外部大气压力为ap1时，此时冷却液回路中的第二压力值为pa1，当转速为v1时，外部大气压力为ap2时，此时冷却液回路中的第二压力值为pa2，依次类推，建立在转速为vn时，外部大气压力与第二压力值的对应关系，从而构建第三关系表格，这样，通过第三关系表格及第四关系表格，将第二压力值与海拔高度对应，进而能够快速获取当前外部环境的海拔高度及大气压力。
61.如图3所示，在本实施方式的第三方面，还提供一种基于燃料电池系统的环境自检测装置，应用上述的基于燃料电池系统的环境自检测方法，装置包括：
62.第一数据获取模块，被配置为获取冷却液回路中的第一压力值及冷却水泵的第一转速；
63.第二数据获取模块，被配置为获取与第一转速对应的第一标定压力值，第一标定压力值为第一转速在预设条件下对应的冷却液回路的压力值；
64.第一计算模块，被配置为计算第一压力值与第一标定压力值的第一差值；
65.第二计算模块，被配置为以在第一转速下与第一差值对应的第一海拔高度作为当前海拔高度。
66.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可
以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
67.在本实施方式的第四方面，还提供一种基于燃料电池系统的环境自检测系统，包括：
68.上述的基于燃料电池系统的环境自检测装置；
69.用于检测冷却液回路中的压力值的压力传感器；以及
70.用于检测所述冷却水泵转速的转速传感器。
71.在本实施方式的第五方面，还提供一种汽车，包括上述的基于燃料电池系统的环境自检测系统。
72.综上所述，本实施方式利用燃料电池系统内部的自身传感器采集冷却液回路的实时压力值，通过在保持溢水罐为常压开启状态的条件下使得冷却液回路中的压力仅受冷却水泵转速和大气压力的影响，建立实时压力值与海拔高度、大气压力及冷却水泵转速的对应关系，从而能仅根据冷却水泵转速及冷却液回路实时压力准确得到当前环境海拔高度及大气压力，无需额外增加环境压力传感器，在当前车辆内部布置空间有限的情况下，能有效的减少系统布置空间的使用，节约车辆内部布置空间，同时能减少系统电磁干扰，提高系统集成化程度，节约成本。
73.以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
74.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
75.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。