用于确定燃料电池系统的老化的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于确定燃料电池系统的老化的方法，尤其是一种用于确定车辆的燃料电池系统的老化的方法，该方法包括：

【技术实现步骤摘要】
用于确定燃料电池系统的老化的方法


[0001]本专利技术涉及用于确定车辆的燃料电池系统的老化的方法、以及用于控制在燃料电池系统与电能存储单元之间的功率分配(power split)的方法。本专利技术还涉及计算机程序、计算机可读介质、控制单元和车辆。
[0002]本专利技术可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。虽然将针对卡车来描述本专利技术，但本专利技术不限于这种特定车辆，而是也可以用在其它车辆中，例如乘用轿车。

技术介绍

[0003]燃料电池系统可以用作蓄电池的替代品或补充。近年来，已经考虑用燃料电池系统为电动车辆供电。通常，为此目的，燃料电池系统可以与电能存储单元(例如蓄电池)一起使用，以用于为燃料电池电动车辆供电。在这种情况下，推进功率可以由燃料电池系统和蓄电池中的一者或两者根据用于驱动车辆的功率需求而提供。因此，由燃料电池系统产生的多余电力以及例如通过再生制动生成的电力可以存储在蓄电池中，以减少燃料消耗并提高能量效率。可以根据控制策略来控制在燃料电池系统与蓄电池之间的功率分配，以便例如使燃料消耗最小化。为了能够准确地控制功率分配，分别了解燃料电池系统和蓄电池的效率是至关重要的。
[0004]燃料电池电动车辆中出现的问题与燃料电池系统随着时间的推移而发生的老化(即，劣化)有关。老化降低了燃料电池效率，从而导致燃料消耗的直接增加。此外，副效应以冷却需求增加(由此，燃料电池系统的冷却风扇的功率要求增加)的形式出现。此外，由于功率分配策略可能是针对未老化的燃料电池系统确定的，所以燃料电池系统的效率降低可能导致在蓄电池与燃料电池系统之间的非最佳的功率分配。
[0005]因此，需要努力开发考虑到上述问题中的至少一些问题的替代的和/或改进的燃料电池相关技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的是提供用于确定燃料电池老化的方法，该方法提供了相对于已知的确定燃料电池系统的老化的方法的替代方案和/或改进。特别地，目的是提供可以在由燃料电池系统供电的车辆的操作期间应用的这种方法。本专利技术的另一目的是提供用于控制在燃料电池系统与电能存储单元之间的功率分配的、在至少一些方面得到改进的方法。本专利技术的其它目的是提供计算机程序、计算机可读介质、控制单元和车辆。
[0007]根据本专利技术的第一方面，通过下文所述的方法来实现上述目的中的至少一个。该方法可以在计算机上实现并由计算机系统或控制系统的至少一个处理器设备执行。
[0008]因此，提供了一种用于确定车辆的燃料电池系统的老化的方法。
[0009]该方法包括：
[0010]‑
在所述车辆的操作期间，识别在时间或距离方面的未来间隔，在所述间隔期间，所述燃料电池系统预计以固定操作条件操作；
[0011]‑
在所识别出的间隔期间，获取与指示所述燃料电池系统劣化的至少一个燃料电池参数有关的测量值；
[0012]‑
使用所述测量值来确定所述燃料电池系统的老化状态。
[0013]通过识别出燃料电池系统在其期间预计以固定操作条件操作的未来时间间隔或距离间隔，可以预测适用于确定燃料电池系统的劣化的条件。可用于表征燃料电池老化的燃料电池参数包括电流、电压、功率、阻抗和效率。与用于表征的燃料电池参数无关，在对其测量期间，燃料电池系统的固定操作条件是必要的。本专利技术的专利技术人已经认识到，通过识别出在其期间预计有固定条件的、即将到来的道路或时间段，可以在车辆的操作期间(即，车辆的行驶期间)确定燃料电池系统的老化。由此，可以更新燃料电池系统的劣化模型，并且可以根据燃料电池系统的实际老化状态来控制在燃料电池系统与电能存储单元之间的功率分配。因此，可以降低燃料消耗和能量效率。此外，因为不需要在车辆的维修期间执行测量来确定老化，所以可以提高车辆的正常运行时间。
[0014]“固定操作条件”在本文中是指在压力、质量流量、燃料电池膜含水量等方面的燃料电池操作条件，它们是恒定的或者偏离恒定值不超过预定量(例如7％、5％或3％)。
[0015]获取与至少一个燃料电池参数有关的测量值可以包括测量所述至少一个燃料电池参数。它还可以包括接收被通信给执行该方法的控制单元的测量值，其中，可选地，接收测量值的该控制单元可以是位于车辆外部的非车载控制单元。在这种情况下，可以通过从该控制单元向被配置成收集测量值的一个或多个设备发送控制信号来发起测量。以这种方式，对老化的实际确定可以由非车载控制单元在车辆外部执行并通信给车载控制单元，从而减少对车载计算能力的需求。
[0016]在一些实施例中，可以与车辆的维修关联地执行使用所述测量值来确定燃料电池系统的老化状态的步骤。在这些情况下，在行驶期间执行识别所述未来时间间隔的步骤和获取测量值的步骤，并且单独地执行确定老化状态的步骤。然而，所有步骤也可以在行驶期间执行，无论是在车上还是在车外。
[0017]可选地，所述未来间隔是所述燃料电池系统在其期间预计以恒定或接近恒定的操作功率操作或能够以恒定或接近恒定的操作功率操作的间隔。在这样的间隔期间，燃料电池的固定操作条件被启用。“燃料电池系统在其期间能够以恒定的操作功率操作的间隔”在本文中应被理解为在所行驶的时间距离方面的间隔，在该间隔期间，燃料电池系统能够以恒定功率操作而不中断运输任务，这意味着车辆的操作员将不会遇到动力损失。“接近恒定的操作功率”在本文中是指与恒定值之间的差异不超过7％或5％或3％的操作功率。
[0018]可选地，所述恒定操作功率在燃料电池系统的线性功率范围内。该线性功率范围是这样的功率范围：在该功率范围内，燃料电池系统的极化曲线(其描述了作为电流的函数的极化电池电压)是线性的，和/或描述了作为功率的函数的燃料电池效率是线性的。
[0019]可选地，该方法进一步包括确定所确定出的老化状态的可靠性，其中，该可靠性是至少根据燃料电池系统的预定低功率操作范围、预定中等功率操作范围和预定高功率操作范围中的每个操作范围内的测量时机(measurement occasions)的数量而确定的。“测量时机的数量”在本文中是指在所识别出的间隔期间已执行的对指示燃料电池系统劣化的至少一个燃料电池参数进行测量的时机的数量。低操作功率范围、中等操作功率范围和高操作功率范围应当优选处于燃料电池系统的线性功率范围内，使得三次测量时机(每个操作功
率范围内各一个)在假设的直线上产生三个点。因此，当在车辆的预定时间范围或行驶范围内已经执行了所有三个功率操作范围内的测量时，能够确定较高的可靠性，而当仅可以在三个功率操作范围中的一个或两个功率操作范围内执行了测量时，能够确定较低的可靠性。
[0020]确定可靠性还可以包括确定在测量时机期间收集测量值所在的所识别出的间隔的实际持续时间，其中，取决于相对于所识别出的间隔的预期持续时间而言的实际持续时间来确定测量时机的可靠性值。换言之，由测量产生的极化曲线或效率曲线上的点的权重取决于实际持续时间与预期持续时间的比率。例如，当实际持续时间与预期持续时间一致时，可以将该点设定为高可靠(例如100％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定车辆(100)的燃料电池系统(1)的老化的方法，包括：在所述车辆的操作期间，识别(S1)在时间或距离方面的未来间隔(dt1、dt2、dx1、dx2)，在所述间隔(dt1、dt2、dx1、dx2)期间，所述燃料电池系统(1)预计以固定操作条件操作，在所识别出的间隔(dt1、dt2、dx1、dx2)期间，获取(S2)与指示所述燃料电池系统(1)劣化的至少一个燃料电池参数有关的测量值，使用所述测量值来确定(S4)所述燃料电池系统(1)的老化状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述未来间隔(dt1、dt2、dx1、dx2)是这样的间隔(dt1、dt2、dx1、dx2)：在该间隔(dt1、dt2、dx1、dx2)期间，所述燃料电池系统(1)预计以恒定或接近恒定的操作功率(P)或能够以恒定或接近恒定的操作功率(P)操作。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述恒定的操作功率(P)在所述燃料电池系统(1)的线性功率范围内。4.根据权利要求1
‑
3中的任一项所述的方法，进一步包括：确定(S5)所确定出的老化状态的可靠性，其中，所述可靠性是至少根据所述燃料电池系统(1)的预定低功率操作范围(L)、预定中等功率操作范围(M)和预定高功率操作范围(H)中的每一个操作范围内的测量时机的数量而确定的。5.根据权利要求1
‑
3中的任一项所述的方法，其中，识别所述未来间隔(dt1、dt2、dx1、dx2)包括：预测所述燃料电池系统(1)在预测时域(Δt、Δx)期间的操作功率(P)。6.根据权利要求5所述的方法，其中，预测所述操作功率(P)包括：接收车辆相关信息，所述车辆相关信息包括以下信息中的至少一种：用于所述车辆(100)在所述预测时域(Δt、Δx)期间的预期行驶路线的交通信息、用于所述预测时域(Δt、Δx)期间的所述预期行驶路线的地势信息、用于所述预测时域(Δt、Δx)期间的所述预期行驶路线的地形信息、用于所述预测时域(Δt、Δx)期间的所述预期行驶路线的天气信息、以及所述预测时域(Δt、Δx)期间的车辆总重量信息，使用所接收到的所述车辆相关信息来预测所述预测时域(Δt、Δx)期间的所述操作功率(P)。7.根据权利要求1
‑
3中的任一项所述的方法，其中，识别所述未来间隔(dt1、dt2、dx1、dx2)包括：使用基于与所述燃料电池系统(1)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：