一种空气滤芯污染的控制方法及系统、燃料电池系统、车辆与流程

1.本发明涉及燃料电池系统领域，具体涉及一种空气滤芯污染的控制方法及系统、燃料电池系统、车辆。


背景技术：

2.空气滤芯是燃料电池空气子系统的重要组成部分，它的作用是过滤空气中的粉尘等杂质，为了保证除尘效果，空气滤芯需要在使用一段时间以后更换，从而为了保证进入电堆中空气的杂质达到要求，空滤的更换时间也不相同。
3.现有技术方案中一般凭借人工经验判断空气滤芯的状态，然后决定是否更换；或者定期进行更换；或者在空滤上增加硬件，如压力传感器，通过识别空滤前后的压差，识别空滤是否污染；上述方法中的至少存在如下不足：
4.(1)凭借人工经验判断更换时间，没有明确的判断标准，可靠性差，且需要定期检验，耗费的人工成本较大。
5.(2)不同的地理位置环境及不同的使用工况空气滤芯的污染程度不一样，定期跟换可能会出现浪费或者不能及时发现滤芯已经污染需要更换。
6.(3)空气传感器增加压力传感器硬件，通过识别空滤前后的压差，识别空滤是否污染，成本增加，且精度不准。


技术实现要素：

7.鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种空气滤芯污染的控制方法及系统、燃料电池系统、车辆，能够自动评估燃料电池系统中空气滤芯器的污染等级，并及时精准的输出更换提示信号。
8.作为本发明实施例的一个方面，提供了一种空气滤芯污染的控制方法，所述控制方法包括，
9.确定燃料电池系统中空压机相同转速条件下空气滤芯器无污染状态及实际运行状态的空气流量偏差；
10.通过所述空气流量偏差确定所述空气滤芯器的污染等级；
11.根据所述污染等级输出更换所述空气滤芯器的提示信号。
12.进一步地，所述控制方法包括，
13.在空气滤芯器无污染状态的条件下，设定空压机转速为设定转速，检测所述空气滤芯器的空气流量并记录为初始空气流量；
14.在空气滤芯器运行至预设时段且空压机的转速为设定转速的条件下，检测所述空气滤芯器的空气流量并记录为实际空气流量；
15.通过所述初始空气流量与实际空气流量计算空气流量偏差；
16.进一步地，所述控制方法包括，
17.在空气滤芯器无污染状态的条件下，调节空压机转速及检测获得与所述空压机转
速对应的空气滤芯器初始空气流量，获得转速与初始空气流量的关系曲线；
18.在空气滤芯器运行至预设时段时，获得空压机的实际转速及检测获得的空气滤芯器的实际空气流量；
19.根据空压机实际转速确定对应的初始空气流量；
20.通过所述初始空气流量与实际空气流量计算空气流量偏差。
21.进一步地，所述空气流量偏差＝(初始空气流量-实际空气流量)/初始空气流量。
22.进一步地，所述“通过所述空气流量偏差确定所述空气滤芯器的污染等级”的步骤包括，
23.预设空气流量偏差的第一阈值、第二阈值及第三阈值；
24.当所述空气流量偏差大于第一阈值且小于第二阈值时，输出所述空气滤芯器为轻度污染状态；
25.当所述空气流量偏差不小于第二阈值且小于第三阈值时，输出所述空气滤芯器为中度污染状态及警告信号；
26.当所述空气流量偏差不小于第三阈值内，输出所述空气滤芯器为重度污染状态及报警信号。
27.进一步地，所述第一阈值设置为8％-15％，所述第二阈值设置为15％-25％，所述第三阈值设置为25％-40％。
28.进一步地，所述控制方法还包括，
29.记录所述空气滤芯器的实际空气流量、空气流量偏差及与所述实际空气流量对应的运行时间；
30.生成所述空气滤芯器的空气流量偏差及运行时间的对应关系；
31.根据所述对应关系实时更新检测所述空气滤芯器的实际空气流量的预设时段。
32.作为本发明实施例的再一方面，提供了一种空气滤芯污染的控制系统，所述空气滤芯污染的控制系统包括，
33.转速控制模块，用于获得或控制空压机转速；
34.流量获取模块，用于获取空气滤芯器无污染状态及实际运行状态的初始空气流量及实际空气流量；
35.偏差计算模块，用于根据所述初始空气流量及实际空气流量计算空气流量偏差；
36.污染分级模块，用于通过所述空气流量偏差确定所述空气滤芯器的污染等级；
37.信号输出模块，用于根据所述污染等级输出更换所述空气滤芯器的提示信号。
38.作为本发明实施例的又一方面，提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括空气子系统，其特征在于，所述空气子系统通过如上述任意一项实施例所述的空气滤芯污染的控制方法获得更换空气滤芯器滤芯的提示信号。
39.进一步地，所述空气子系统中电堆的空气路入口与空压机出口连通，空压机入口与空气滤芯器连通，所述空气滤芯器上设置流量器，所述流量器及空压机与燃料电池系统的控制系统电连接。
40.作为本发明实施例的另一方面，提供了一种车辆，所述车辆如上述实施例所述的燃料电池系统。
41.本发明实施例至少实现了至少如下技术效果：
42.本发明实施例通过在燃料电池系统中空压机相同转速条件下获得空气滤芯器无污染状态及实际运行状态的空气流量偏差，确定所述空气滤芯器的污染等级，再根据所述污染等级输出更换所述空气滤芯器的提示信号；能够实现实时监测燃料电池系统中的空气滤芯器的污染程度，及时提醒用户更换空气滤芯，既能够保证最大限度的使用空气滤芯器中的滤芯，避免浪费，又能够保证进入燃料电池的空气达到要求，另外，本发明不需要人工的定期检测，可靠性好，减少了人工成本；且能够不受地理位置环境及使用工况的影响，避免了定期跟换可能会出现浪费或者不能及时发现滤芯已经污染的限制；通过流量器直接检测空滤内空气流量，准确度高，且结构简单。
43.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图等中所记载的结构来实现和获得。
44.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
45.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
46.图1为本发明一实施例的空气滤芯污染的控制方法流程图；
47.图2为本发明又一实施例的空气滤芯污染的控制方法流程图。
48.图3为本发明一实施例的空气滤芯污染的控制系统示意图；
49.图4为本发明一实施例的燃料电池系统示意图。
具体实施方式
50.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
51.附图和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
52.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种空气滤芯污染的控制方法，所述控制方法包括，
53.s11确定燃料电池系统中空压机相同转速条件下空气滤芯器无污染状态及实际运行状态的空气流量偏差；
54.s12通过所述空气流量偏差确定所述空气滤芯器的污染等级；
55.s13根据所述污染等级输出更换所述空气滤芯器的提示信号。
56.在本实施例中，s11中的空气滤芯器无污染状态可以是空气滤芯器初始安装在燃料电池系统，也可以是空气滤芯器清洗过后的状态，实际运行状态可以是燃料电池运动一段时间后，空气滤芯器也随之进行过滤工作一段时间，空气滤芯器与空压机也是是直接通过管路连接，空压机的转速直接影响空气滤芯器的空气流量，故在空压机相同转速的条件
下，对空气滤芯器的空气流量标定能够保证数据的准确性，通过不同状态下空气滤芯器的空气流量计算空气流量偏差，从而体现运行后，空滤的空气流量的变化值及相对变化值，当变化值或相对变化值较大时，表明空气滤芯器出现阻滞现象，滤芯过滤的功能会受影响。在s12步骤中建立多种空气流量偏差与污染等级的关系，例如当绝对差大于一定阈值时，即可确定为高污染等级，也可以利用相对偏差，如比值、平方差等不同的数学关系确定不同的污染等级，其中污染等级可以包括两种、三种或多种；在s13中，输出更换所述空气滤芯器的提示信号可以是在图形用户界面中显示的图形或色彩的提示，也可以是声音的提示，也可以是二者的结合，不同的污染等级输出的提示可以是不同的。
57.在一个实施例中，如图2所示，所述控制方法包括，
58.s21确定空气滤芯器无污染状态；
59.s22设定空压机转速为设定转速r，测得所述空气滤芯器的空气流量为初始空气流量；
60.s23获得计时信息，确定空气滤芯器运行至预设时段；
61.s24在空压机转速为设定转速r时，测得所述空气滤芯器的空气流量为实际空气流量；
62.s25通过所述初始空气流量与实际空气流量计算空气流量偏差；
63.s26根据空气流量偏差确定污染等级
64.s27根据污染等级判定是否输出更换所述空气滤芯器的提示信号，如是，则转至s28，若否，则转至s23；
65.s28输出污染等级及警告信号或报警信号。
66.在本实施例中，测量初始空气流量与实际空气流量时，空压机转速均为设定转速r，在转速不变的情况下直接对空气流量进行测量，保证数据的准确性，且操作方便简单。
67.在一个实施例中，所述控制方法包括，
68.在空气滤芯器无污染状态的条件下，调节空压机转速及检测获得与所述空压机转速对应的空气滤芯器初始空气流量，获得转速与初始空气流量的关系曲线；
69.在空气滤芯器运行至预设时段时，获得空压机的实际转速及检测获得的空气滤芯器的实际空气流量；
70.根据空压机实际转速确定对应的初始空气流量；
71.通过所述初始空气流量与实际空气流量计算空气流量偏差。
72.在本实施例中，在空气滤芯器无污染状态的条件下，通过调节不同的转速，对空压机的转速及空滤的空气流量进行标定，获得转速与空气流量的对应关系，从而可以获得任意转速下的初始空气流量，则在实际运行中，实时测量空压机转速，推算初始空气流量；本实施例方法更加灵活，适用不同空压机转速的条件。
73.在一个实施例中，优选地所述空气流量偏差＝(初始空气流量-实际空气流量)/初始空气流量，该算法计算简单，划分污染等级精确性高，标定空滤没有污染时，空压机r转速对应的流量q，对比燃料电池实际运行时，空压机转速r对应的流量值q,计算偏差p＝(q-q)/q，定义污染等级，报警。
74.当然也可以直接通过初始空气流量减去实际空气流量获得空气流量偏差，或者其他的算法。
75.在一个实施例中，所述“通过所述空气流量偏差确定所述空气滤芯器的污染等级”的步骤包括，
76.预设空气流量偏差的第一阈值、第二阈值及第三阈值；
77.当所述空气流量偏差大于第一阈值且小于第二阈值时，输出所述空气滤芯器为轻度污染状态；
78.当所述空气流量偏差不小于第二阈值且小于第三阈值时，输出所述空气滤芯器为中度污染状态及警告信号；
79.当所述空气流量偏差不小于第三阈值内，输出所述空气滤芯器为重度污染状态及报警信号。
80.在本实施例中，燃料电池空气滤芯器没有污染时，空压机转速为r1时，对应的空气流量为q1；燃料电池系统运行一段时间后，空气滤芯器可能污染时，空压机转速为r1时，对应的空气流量为q1，则空压机转速为r1，实际运行时，空气流量偏差p1＝(q1-q1)/q1；通过本实施例制定污染等级判定策略，如：第一阈值为10％，第二阈值为20％；第三阈值为30％，则p1＞10％，一般污染，；p1＞20％，中度污染，警告；p1＞30％，重度污染，报警，需更换空滤；优选地，所述第一阈值设置为8％-15％，所述第二阈值设置为15％-25％，所述第三阈值设置为25％-40％。
81.在一个实施例中，所述控制方法还包括，
82.记录所述空气滤芯器的实际空气流量、空气流量偏差及与所述实际空气流量对应的运行时间；
83.生成所述空气滤芯器的空气流量偏差及运行时间的对应关系；
84.根据所述对应关系实时更新检测所述空气滤芯器的实际空气流量的预设时段。
85.在本实施例中，建立了实际空气流量、空气流量偏差、污染等级及与所述实际空气流量对应的运行时间的关系模型，能够自学习预计可能会达到污染的时间，从而可以自动更新测量空气流量的时段，对到达污染等级提供一个预估的时间段，减少计算的运算量及资源的浪费。
86.基于同一发明构思，在一个实施例中，如图3所示，提供了一种空气滤芯污染的控制系统，所述空气滤芯污染的控制系统包括，
87.转速控制模块11，用于获得或控制空压机转速；
88.流量获取模块12，用于获取空气滤芯器无污染状态及实际运行状态的初始空气流量及实际空气流量；
89.偏差计算模块13，用于根据所述初始空气流量及实际空气流量计算空气流量偏差；
90.污染分级模块14，用于通过所述空气流量偏差确定所述空气滤芯器的污染等级；
91.信号输出模块15，用于根据所述污染等级输出更换所述空气滤芯器的提示信号。
92.在本实施例中，转速控制模块11与空压机相连接，流量获取模块12将由空气过滤器的流量器获得的空气流量传输给偏差计算模块13；偏差计算模块13将计算后的数据传输给污染分级模块14并根据数据确定污染等级，信号输出模块15根据污染分级模块14传输的污染等级输出提示信号。
93.基于同一发明构思，在一个实施例中，提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系
统包括空气子系统，其特征在于，所述空气子系统通过如上述任意一项实施例所述的空气滤芯污染的控制方法获得更换空气滤芯器滤芯的提示信号。
94.在本实施例中，燃料电池系统工作时，空气子系统如图4所示，空气从空气入口流经空滤，通过空压机增压，进入电堆，然后在燃料电池中空气和氢气进行反应，剩余的空气和反应生成的水分从空气出口排出，根据空滤的实际空气流量与初始空气流量的空气流量偏差确定空滤的污染等级，当到达一定污染等级时，显示更换提示，则可以根据更换提示进行燃料电池系统中空滤的更换。
95.在一个实施例中，所述空气子系统中电堆2的空气路入口与空压机3出口连通，空压机3入口与空气滤芯器4连通，所述空气滤芯器4上设置流量器5，所述流量器5及空压机3与燃料电池系统的控制系统电连接。本实施例提供燃料电池系统能够自动及时提醒更换空气过滤器，节约成本，保证进入电堆的空气质量，增加其使用寿命。
96.基于同一发明构思，在一个实施例中，提供了一种车辆，所述车辆如上述实施例所述的燃料电池系统。本实施例提供的车辆可以及时提示更换滤芯，减少由此带来的电池故障，提供用户体验。
97.说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
98.类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
99.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。