燃料电池空气系统控制方法及装置与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及燃料电池空气系统控制方法及装置。


背景技术：

2.燃料电池质子交换膜的湿度直接影响燃料电池的性能，当质子交换膜湿度适中时，燃料电池内阻低、负载能力强；当质子交换膜过于干燥时，燃料电池内阻增加、负载能力降低；当质子交换膜水份含量过多时，会导致阴极水淹，造成燃料电池系统性能衰减，同时也会影响燃料电池系统寿命。目前燃料电池系统湿度控制为开环控制，存在控制精度差的问题，无法使燃料电池内部湿度适中。


技术实现要素：

3.本发明通过提供燃料电池空气系统控制方法及装置，解决了如何使燃料电池内部湿度适中的技术问题。
4.一方面，本发明提供如下技术方案：
5.一种燃料电池空气系统控制方法，包括：
6.获取整车需求功率，根据所述整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率；
7.根据预设的电堆功率-空气进气湿度的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标空气进气湿度；
8.获取燃料电池的电堆高频阻抗；
9.根据预设的所述目标电堆功率下电堆阻抗-电堆内部湿度的对应关系，确定所述电堆高频阻抗对应的电堆内部实际湿度；
10.根据所述目标空气进气湿度和所述电堆内部实际湿度确定调湿阀控制开度；
11.根据所述调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，以使所述电堆内部实际湿度达到所述目标空气进气湿度。
12.优选的，所述获取燃料电池的电堆高频阻抗，包括：
13.对燃料电池的直流升压变压器施加不同频率的交流激励；
14.获取每个所述交流激励下的电堆输出电压和电堆输出电流；
15.提取每个所述电堆输出电压中的电压分量和每个所述电堆输出电流中的电流分量；
16.计算每个所述交流激励对应的所述电压分量与所述电流分量的比值，得到该交流激励对应的阻抗；
17.利用阻抗分析法对多个所述交流激励对应的多个阻抗进行分析，得到所述电堆高频阻抗。
18.优选的，所述根据所述目标空气进气湿度和所述电堆内部实际湿度确定调湿阀控制开度，包括：
19.将所述目标空气进气湿度与所述电堆内部实际湿度的偏差输入湿度pid控制器，
输出所述调湿阀控制开度。
20.优选的，所述获取整车需求功率，根据所述整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率之后、所述根据所述调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度之前，还包括：
21.根据预设的电堆功率-调湿阀开度的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标调湿阀开度；
22.将所述目标调湿阀开度输入湿度前馈控制器，输出调湿阀前馈开度；
23.所述根据所述调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，还包括：
24.若所述调湿阀控制开度与所述调湿阀前馈开度之和低于第一开度阈值，则控制所述调湿阀的开度为所述调湿阀控制开度与所述调湿阀前馈开度之和；
25.若所述调湿阀控制开度与所述调湿阀前馈开度之和高于第一开度阈值，则控制所述调湿阀的开度为所述第一开度阈值。
26.优选的，所述获取整车需求功率，根据所述整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率之后，还包括：
27.根据预设的电堆功率-进堆空气流量的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标进堆空气流量；
28.获取空气系统的实际进堆空气流量；
29.将所述目标进堆空气流量与所述实际进堆空气流量的偏差输入流量pid控制器，输出空压机控制转速；
30.根据所述空压机控制转速控制空气系统空压机的转速，以使所述实际进堆空气流量达到所述目标进堆空气流量。
31.优选的，所述根据所述空压机控制转速控制空气系统空压机的转速，包括：
32.控制所述空压机的转速为所述空压机控制转速。
33.优选的，所述根据预设的电堆功率-进堆空气流量的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标进堆空气流量之后、所述根据所述空压机控制转速控制空气系统空压机的转速之前，还包括：
34.根据预设的进堆空气流量-空压机转速的对应关系，确定所述目标进堆空气流量对应的目标空压机转速；
35.将所述目标空压机转速输入流量前馈控制器，输出空压机前馈转速；
36.所述根据所述空压机控制转速控制空气系统空压机的转速，包括：
37.若所述空压机控制转速与所述空压机前馈转速之和低于转速阈值，则控制所述空压机的转速为所述空压机控制转速与所述空压机前馈转速之和；
38.若所述空压机控制转速与所述空压机前馈转速之和高于转速阈值，则控制所述空压机的转速为所述转速阈值。
39.优选的，所述获取整车需求功率，根据所述整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率之后，还包括：
40.根据预设的电堆功率-进堆空气压力的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标进堆空气压力；
41.获取空气系统的实际进堆空气压力；
42.将所述目标进堆空气压力与所述实际进堆空气压力的偏差输入压力pid控制器，
输出背压阀控制开度；
43.根据所述背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度，以使所述实际进堆空气压力达到所述目标进堆空气压力。
44.优选的，所述根据所述背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度，包括：
45.控制所述背压阀的开度为所述背压阀控制开度。
46.优选的，所述根据预设的电堆功率-进堆空气压力的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标进堆空气压力之后、所述根据所述背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度之前，还包括：
47.根据预设的进堆空气压力-背压阀开度的对应关系，确定所述目标进堆空气压力对应的目标背压阀开度；
48.将所述目标背压阀开度输入压力前馈控制器，输出背压阀前馈开度；
49.所述根据所述背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度，包括：
50.若所述背压阀控制开度与所述背压阀前馈开度之和低于第二开度阈值，则控制所述背压阀的开度为所述背压阀控制开度与所述背压阀前馈开度之和；
51.若所述背压阀控制开度与所述背压阀前馈开度之和高于第二开度阈值，则控制所述背压阀的开度为所述第二开度阈值。
52.优选的，所述获取空气系统的实际进堆空气压力之后，还包括：
53.若所述实际进堆空气压力高于安全阈值，则打开空气系统的泄流阀。
54.优选的，所述获取空气系统的实际进堆空气压力之后，还包括：
55.若所述实际进堆空气压力高于实际进堆空气流量对应的压力值，则打开空气系统的泄流阀；
56.若所述实际进堆空气压力低于所述实际进堆空气流量对应的压力值，则关闭所述泄流阀。
57.另一方面，本发明还提供如下技术方案：
58.一种燃料电池空气系统控制装置，包括：
59.第一确定模块，用于获取整车需求功率，根据所述整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率；
60.第二确定模块，用于根据预设的电堆功率-空气进气湿度的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标空气进气湿度；
61.获取模块，用于获取燃料电池的电堆高频阻抗；
62.第三确定模块，用于根据预设的所述目标电堆功率下电堆阻抗-电堆内部湿度的对应关系，确定所述电堆高频阻抗对应的电堆内部实际湿度；
63.第四确定模块，用于根据所述目标空气进气湿度和所述电堆内部实际湿度确定调湿阀控制开度；
64.调湿阀控制模块，用于根据所述调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，以使所述电堆内部实际湿度达到所述目标空气进气湿度。
65.另一方面，本发明还提供如下技术方案：
66.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一燃料电池空气系统控制方法。
67.另一方面，本发明还提供如下技术方案：
68.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现上述任一燃料电池空气系统控制方法。
69.本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
70.本发明根据整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率，根据目标电堆功率确定目标空气进气湿度，根据目标电堆功率和电堆高频阻抗确定电堆内部实际湿度，根据目标空气进气湿度和电堆内部实际湿度确定调湿阀控制开度，根据调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，以使电堆内部实际湿度达到目标空气进气湿度，由于目标空气进气湿度为目标电堆功率下使燃料电池负载能力最佳的电堆内部湿度，这样可以使燃料电池内部湿度适中，提高燃料电池的负载能力。
附图说明
71.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
72.图1为本发明实施例中燃料电池的部分结构示意图；
73.图2为本发明实施例中燃料电池空气系统控制方法的流程图；
74.图3为本发明实施例中燃料电池空气系统控制装置的示意图。
具体实施方式
75.本发明实施例通过提供燃料电池空气系统控制方法及装置，解决了如何使燃料电池内部湿度适中的技术问题。
76.为了更好的理解本发明的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明。
77.如图1所示，本实施例的燃料电池包括电堆、空气系统和直流升压变压器，空气系统包括空压机、调湿阀、背压阀和泄流阀，空压机的空气出口分别连接泄流阀、经调湿阀连接电堆的空气进口，电堆的空气出口连接背压阀，直流升压变压器连接电堆和整车高压系统。其中，空压机用于控制进堆空气流量，调湿阀用于调节进堆空气湿度，背压阀和泄流阀共同控制进堆空气压力，直流升压变压器用于将电堆的输出电压升压至整车母线电压为整车提供动力。正常情况下，泄流阀处于关闭状态。
78.如图2所示，本实施例的燃料电池空气系统控制方法，包括：
79.步骤s1，获取整车需求功率，根据整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率；
80.步骤s2，根据预设的电堆功率-空气进气湿度的对应关系，确定目标电堆功率对应的目标空气进气湿度；
81.步骤s3，获取燃料电池的电堆高频阻抗；
82.步骤s4，根据预设的目标电堆功率下电堆阻抗-电堆内部湿度的对应关系，确定电堆高频阻抗对应的电堆内部实际湿度；
83.步骤s5，根据目标空气进气湿度和电堆内部实际湿度确定调湿阀控制开度；
84.步骤s6，根据调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，以使电堆内部实际湿度达到目标空气进气湿度。
85.步骤s1中，整车需求功率决定了电堆功率，整车需求功率与目标电堆功率之间的关系为目标电堆功率＝整车需求功率/电堆能量转换效率。
86.步骤s2中，电堆功率-空气进气湿度的对应关系可以是一个表格，表格中记录了每个电堆功率对应的空气进气湿度，代表该电堆功率下空气进气湿度为多大才最合适。
87.步骤s4之前，本实施例会控制电堆功率处于不同值，在每个电堆功率下，获取燃料电池的大量电堆阻抗数据和检测每个电堆阻抗时的电堆内部湿度数据，根据每个电堆功率下大量电堆阻抗-电堆内部湿度数据建立起该电堆功率下电堆阻抗-电堆内部湿度的对应关系，这样可以得到每个电堆功率下的电堆阻抗-电堆内部湿度对应关系。这样步骤s1确定目标电堆功率、步骤s3获取燃料电池的电堆高频阻抗后，便可以根据目标电堆功率下的电堆阻抗-电堆内部湿度对应关系确定电堆高频阻抗对应的电堆内部实际湿度。
88.步骤s6根据调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，以使电堆内部实际湿度达到目标空气进气湿度，由于目标空气进气湿度为目标电堆功率下使燃料电池负载能力最佳的电堆内部湿度，这样可以使燃料电池内部湿度适中，提高燃料电池的负载能力。
89.本实施例中步骤s3可以包括：对燃料电池的直流升压变压器施加不同频率的交流激励；获取每个交流激励下的电堆输出电压和电堆输出电流；提取每个电堆输出电压中的电压分量和每个电堆输出电流中的电流分量；计算每个交流激励对应的电压分量与电流分量的比值，得到该交流激励对应的阻抗；利用阻抗分析法对多个交流激励对应的多个阻抗进行分析，得到电堆高频阻抗。
90.直流升压变压器包含内阻检测模块、输出电流传感器、输出电压传感器以及升压dcdc模块，内阻检测模块可以提供用于燃料电池内阻检测的交流激励扰动，交流激励作用于升压dcdc模块的boost升压电路，可以改变升压dcdc模块的输入电流。输出电流传感器可以检测电堆输出电流，输出电压传感器可以检测电堆输出电压。可以采用交流信号提取算法提取每个频率下电堆输出电压中的电压分量和电堆输出电流中的电流分量，该激励频率下的阻抗＝该激励频率对应的电压分量/该激励频率对应的电流分量。不断改变交流激励的频率，可以得到不同激励频率下的阻抗，利用阻抗分析法对多个交流激励对应的多个阻抗进行分析，可以得到电堆高频阻抗。
91.本实施例的步骤s5可以包括：将目标空气进气湿度与电堆内部实际湿度的偏差输入湿度pid控制器，输出调湿阀控制开度。pid控制为成熟技术，由于调湿阀控制开度通过pid控制得到，pid控制为闭环控制，控制精度高，可以使调湿阀控制开度更加精准。
92.可以理解的是，若控制空气系统调湿阀的开度为调湿阀控制开度，则电堆内部实际湿度会逐渐靠近目标空气进气湿度并稳定在目标空气进气湿度附近。因此，为使电堆内部实际湿度达到目标空气进气湿度，步骤s6中，根据调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，可以包括：控制调湿阀的开度为调湿阀控制开度。
93.这里还提供一种根据调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度的方式。步骤s1之后、步骤s6之前，本实施例的燃料电池空气系统控制方法包括：根据预设的电堆功率-空气进气湿度-调湿阀开度的对应关系，确定目标电堆功率对应的目标调湿阀开度；将目标调湿阀开度输入湿度前馈控制器，输出调湿阀前馈开度。步骤s6中，根据调湿阀控制开度控制
空气系统调湿阀的开度，还包括：若调湿阀控制开度与调湿阀前馈开度之和低于第一开度阈值，则控制调湿阀的开度为调湿阀控制开度与调湿阀前馈开度之和；若调湿阀控制开度与调湿阀前馈开度之和高于第一开度阈值，则控制调湿阀的开度为第一开度阈值。
94.其中，调湿阀控制开度通过pid控制得到，调湿阀前馈开度通过前馈控制得到，pid控制为闭环控制，前馈控制为开环控制，控制调湿阀的开度为调湿阀控制开度与调湿阀前馈开度之和，可以通过闭环控制和开环控制协作提高电堆内部实际湿度的控制精度，使燃料电池内部湿度更加适中。若调湿阀控制开度与调湿阀前馈开度之和高于第一开度阈值，代表调湿阀控制开度与调湿阀前馈开度之和超过了调湿阀所允许或所能达到的最大开度，则控制调湿阀的开度为调湿阀所允许或所能达到的最大开度。
95.本实施例不仅需要控制燃料电池内部湿度适中，还需要控制空气系统的实际进堆空气流量适中来提高燃料电池的负载能力。因此步骤s1之后，本实施例的燃料电池空气系统控制方法还包括：根据预设的电堆功率-进堆空气流量的对应关系，确定目标电堆功率对应的目标进堆空气流量；获取空气系统的实际进堆空气流量；将目标进堆空气流量与实际进堆空气流量的偏差输入流量pid控制器，输出空压机控制转速；根据空压机控制转速控制空气系统空压机的转速，以使实际进堆空气流量达到目标进堆空气流量。
96.同样，电堆功率-进堆空气流量的对应关系可以是一个表格，表格中记录了每个电堆功率对应的进堆空气流量，代表该电堆功率下进堆空气流量为多大才最合适。pid控制为成熟技术，可以理解的是，若控制空气系统空压机的转速为空压机控制转速，则空气系统的实际进堆空气流量会逐渐靠近目标进堆空气流量并稳定在目标进堆空气流量附近。根据空压机控制转速控制空气系统空压机的转速，由于空压机控制转速通过pid控制得到，pid控制为闭环控制，控制精度高，可以使实际进堆空气流量更加接近目标进堆空气流量，可以使空气系统的实际进堆空气流量适中。
97.上文中提到，若控制空气系统空压机的转速为空压机控制转速，则空气系统的实际进堆空气流量会逐渐靠近目标进堆空气流量并稳定在目标进堆空气流量附近。因此，根据空压机控制转速控制空气系统空压机的转速，可以包括：控制空压机的转速为空压机控制转速。
98.这里还提供一种根据空压机控制转速控制空气系统空压机的转速的方式。根据预设的电堆功率-进堆空气流量的对应关系，确定目标电堆功率对应的目标进堆空气流量之后、根据空压机控制转速控制空气系统空压机的转速之前，本实施例的燃料电池空气系统控制方法还可以包括：根据预设的进堆空气流量-空压机转速的对应关系，确定目标进堆空气流量对应的目标空压机转速；将目标空压机转速输入流量前馈控制器，输出空压机前馈转速。根据空压机控制转速控制空气系统空压机的转速，可以包括：若空压机控制转速与空压机前馈转速之和低于转速阈值，则控制空压机的转速为空压机控制转速与空压机前馈转速之和；若空压机控制转速与空压机前馈转速之和高于转速阈值，则控制空压机的转速为转速阈值。
99.其中，空压机控制转速通过pid控制得到，空压机前馈转速通过前馈控制得到，pid控制为闭环控制，前馈控制为开环控制，控制空压机的转速为空压机控制转速与空压机前馈转速之和，可以通过闭环控制和开环控制协作提高实际进堆空气流量的控制精度，使实际进堆空气流量更加适中。若空压机控制转速与空压机前馈转速之和高于转速阈值，代表
空压机控制转速与空压机前馈转速之和超过了空压机所允许或所能达到的最大转速，则控制空压机的转速为空压机所允许或所能达到的最大转速。
100.本实施例不仅需要控制燃料电池内部湿度适中，还需要控制空气系统的实际进堆空气压力适中来提高燃料电池的负载能力。因此步骤s1之后，本实施例的燃料电池空气系统控制方法还包括：根据预设的电堆功率-进堆空气压力的对应关系，确定目标电堆功率对应的目标进堆空气压力；获取空气系统的实际进堆空气压力；将目标进堆空气压力与实际进堆空气压力的偏差输入压力pid控制器，输出背压阀控制开度；根据背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度，以使实际进堆空气压力达到目标进堆空气压力。
101.同样，电堆功率-进堆空气压力的对应关系可以是一个表格，表格中记录了每个电堆功率对应的进堆空气压力，代表该电堆功率下进堆空气压力为多大才最合适。pid控制为成熟技术，可以理解的是，若控制空气系统背压阀的开度为背压阀控制开度，则空气系统的实际进堆空气压力会逐渐靠近目标进堆空气压力并稳定在目标进堆空气压力附近。根据背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度，由于背压阀控制开度通过pid控制得到，pid控制为闭环控制，控制精度高，可以使实际进堆空气压力更加接近目标进堆空气压力，可以使空气系统的实际进堆空气压力适中。
102.上文中提到，若控制空气系统背压阀的开度为背压阀控制开度，则空气系统的实际进堆空气压力会逐渐靠近目标进堆空气压力并稳定在目标进堆空气压力附近。因此，根据背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度，可以包括：控制背压阀的开度为背压阀控制开度。
103.这里还提供一种根据背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度的方式。根据预设的电堆功率-进堆空气压力的对应关系，确定目标电堆功率对应的目标进堆空气压力之后、根据背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度之前，本实施例的燃料电池空气系统控制方法还可以还包括：根据预设的进堆空气压力-背压阀开度的对应关系，确定目标进堆空气压力对应的目标背压阀开度；将目标背压阀开度输入压力前馈控制器，输出背压阀前馈开度。根据背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度，包括：若背压阀控制开度与背压阀前馈开度之和低于第二开度阈值，则控制背压阀的开度为背压阀控制开度与背压阀前馈开度之和；若背压阀控制开度与背压阀前馈开度之和高于第二开度阈值，则控制背压阀的开度为第二开度阈值。
104.其中，背压阀控制开度通过pid控制得到，背压阀前馈开度通过前馈控制得到，pid控制为闭环控制，前馈控制为开环控制，控制背压阀的开度为背压阀控制开度与背压阀前馈开度之和，可以通过闭环控制和开环控制协作提高实际进堆空气压力的控制精度，使实际进堆空气压力更加适中。若背压阀控制开度与背压阀前馈开度之和高于第二开度阈值，代表背压阀控制开度与背压阀前馈开度之和超过了背压阀所允许或所能达到的最大开度，则控制背压阀的开度为压阀所允许或所能达到的最大开度。
105.考虑到空气系统的实际进堆空气压力过大存在安全风险，本实施例中，获取空气系统的实际进堆空气压力之后，燃料电池空气系统控制方法还可以包括：若实际进堆空气压力高于安全阈值，则打开空气系统的泄流阀；若实际进堆空气压力高于实际进堆空气流量对应的压力值，则打开空气系统的泄流阀；若实际进堆空气压力低于实际进堆空气流量对应的压力值，则关闭泄流阀。
106.如图3所示，本实施例还提供一种燃料电池空气系统控制装置，包括：
107.第一确定模块，用于获取整车需求功率，根据整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率；
108.第二确定模块，用于根据预设的电堆功率-空气进气湿度的对应关系，确定目标电堆功率对应的目标空气进气湿度；
109.获取模块，用于获取燃料电池的电堆高频阻抗；
110.第三确定模块，用于根据预设的目标电堆功率下电堆阻抗-电堆内部湿度的对应关系，确定电堆高频阻抗对应的电堆内部实际湿度；
111.第四确定模块，用于根据目标空气进气湿度和电堆内部实际湿度确定调湿阀控制开度；
112.调湿阀控制模块，用于根据调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，以使电堆内部实际湿度达到目标空气进气湿度。
113.基于与前文所述的燃料电池空气系统控制方法同样的发明构思，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前文所述的燃料电池空气系统控制方法的任一方法的步骤。
114.其中，总线架构(用总线来代表)，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将包括由处理器代表的一个或多个处理器和存储器代表的存储器的各种电路链接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和接收器和发送器之间提供接口。接收器和发送器可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器负责管理总线和通常的处理，而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
115.由于本实施例所介绍的电子设备为实施本发明实施例中燃料电池空气系统控制方法所采用的电子设备，故而基于本发明实施例中所介绍的燃料电池空气系统控制方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本发明实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本发明实施例中燃料电池空气系统控制方法所采用的电子设备，都属于本发明所欲保护的范围。
116.基于与上述燃料电池空气系统控制方法同样的发明构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现上述任一燃料电池空气系统控制方法。
117.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
118.本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
119.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。
120.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设备上，使得在计算机或其他可编程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。
121.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作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发明范围的所有变更和修改。
122.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，包括：获取整车需求功率，根据所述整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率；根据预设的电堆功率-空气进气湿度的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标空气进气湿度；获取燃料电池的电堆高频阻抗；根据预设的所述目标电堆功率下电堆阻抗-电堆内部湿度的对应关系，确定所述电堆高频阻抗对应的电堆内部实际湿度；根据所述目标空气进气湿度和所述电堆内部实际湿度确定调湿阀控制开度；根据所述调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，以使所述电堆内部实际湿度达到所述目标空气进气湿度。2.如权利要求1所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述获取燃料电池的电堆高频阻抗，包括：对燃料电池的直流升压变压器施加不同频率的交流激励；获取每个所述交流激励下的电堆输出电压和电堆输出电流；提取每个所述电堆输出电压中的电压分量和每个所述电堆输出电流中的电流分量；计算每个所述交流激励对应的所述电压分量与所述电流分量的比值，得到该交流激励对应的阻抗；利用阻抗分析法对多个所述交流激励对应的多个阻抗进行分析，得到所述电堆高频阻抗。3.如权利要求1所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述根据所述目标空气进气湿度和所述电堆内部实际湿度确定调湿阀控制开度，包括：将所述目标空气进气湿度与所述电堆内部实际湿度的偏差输入湿度pid控制器，输出所述调湿阀控制开度。4.如权利要求3所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述获取整车需求功率，根据所述整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率之后、所述根据所述调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度之前，还包括：根据预设的电堆功率-调湿阀开度的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标调湿阀开度；将所述目标调湿阀开度输入湿度前馈控制器，输出调湿阀前馈开度；所述根据所述调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，还包括：若所述调湿阀控制开度与所述调湿阀前馈开度之和低于第一开度阈值，则控制所述调湿阀的开度为所述调湿阀控制开度与所述调湿阀前馈开度之和；若所述调湿阀控制开度与所述调湿阀前馈开度之和高于第一开度阈值，则控制所述调湿阀的开度为所述第一开度阈值。5.如权利要求1所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述获取整车需求功率，根据所述整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率之后，还包括：根据预设的电堆功率-进堆空气流量的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标进堆空气流量；获取空气系统的实际进堆空气流量；
将所述目标进堆空气流量与所述实际进堆空气流量的偏差输入流量pid控制器，输出空压机控制转速；根据所述空压机控制转速控制空气系统空压机的转速，以使所述实际进堆空气流量达到所述目标进堆空气流量。6.如权利要求5所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述根据所述空压机控制转速控制空气系统空压机的转速，包括：控制所述空压机的转速为所述空压机控制转速。7.如权利要求5所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述根据预设的电堆功率-进堆空气流量的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标进堆空气流量之后、所述根据所述空压机控制转速控制空气系统空压机的转速之前，还包括：根据预设的进堆空气流量-空压机转速的对应关系，确定所述目标进堆空气流量对应的目标空压机转速；将所述目标空压机转速输入流量前馈控制器，输出空压机前馈转速；所述根据所述空压机控制转速控制空气系统空压机的转速，包括：若所述空压机控制转速与所述空压机前馈转速之和低于转速阈值，则控制所述空压机的转速为所述空压机控制转速与所述空压机前馈转速之和；若所述空压机控制转速与所述空压机前馈转速之和高于转速阈值，则控制所述空压机的转速为所述转速阈值。8.如权利要求1所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述获取整车需求功率，根据所述整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率之后，还包括：根据预设的电堆功率-进堆空气压力的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标进堆空气压力；获取空气系统的实际进堆空气压力；将所述目标进堆空气压力与所述实际进堆空气压力的偏差输入压力pid控制器，输出背压阀控制开度；根据所述背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度，以使所述实际进堆空气压力达到所述目标进堆空气压力。9.如权利要求8所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述根据所述背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度，包括：控制所述背压阀的开度为所述背压阀控制开度。10.如权利要求8所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述根据预设的电堆功率-进堆空气压力的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标进堆空气压力之后、所述根据所述背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度之前，还包括：根据预设的进堆空气压力-背压阀开度的对应关系，确定所述目标进堆空气压力对应的目标背压阀开度；将所述目标背压阀开度输入压力前馈控制器，输出背压阀前馈开度；所述根据所述背压阀控制开度控制空气系统背压阀的开度，包括：若所述背压阀控制开度与所述背压阀前馈开度之和低于第二开度阈值，则控制所述背压阀的开度为所述背压阀控制开度与所述背压阀前馈开度之和；
若所述背压阀控制开度与所述背压阀前馈开度之和高于第二开度阈值，则控制所述背压阀的开度为所述第二开度阈值。11.如权利要求8所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述获取空气系统的实际进堆空气压力之后，还包括：若所述实际进堆空气压力高于安全阈值，则打开空气系统的泄流阀。12.如权利要求8所述的燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，所述获取空气系统的实际进堆空气压力之后，还包括：若所述实际进堆空气压力高于实际进堆空气流量对应的压力值，则打开空气系统的泄流阀；若所述实际进堆空气压力低于所述实际进堆空气流量对应的压力值，则关闭所述泄流阀。13.一种燃料电池空气系统控制装置，其特征在于，包括：第一确定模块，用于获取整车需求功率，根据所述整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率；第二确定模块，用于根据预设的电堆功率-空气进气湿度的对应关系，确定所述目标电堆功率对应的目标空气进气湿度；获取模块，用于获取燃料电池的电堆高频阻抗；第三确定模块，用于根据预设的所述目标电堆功率下电堆阻抗-电堆内部湿度的对应关系，确定所述电堆高频阻抗对应的电堆内部实际湿度；第四确定模块，根据所述目标空气进气湿度和所述电堆内部实际湿度确定调湿阀控制开度；调湿阀控制模块，用于根据所述调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，以使所述电堆内部实际湿度达到所述目标空气进气湿度。14.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-12中任一项权利要求所述的燃料电池空气系统控制方法。15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现权利要求1-12中任一项权利要求所述的燃料电池空气系统控制方法。

技术总结
本发明公开了燃料电池空气系统控制方法及装置，涉及燃料电池技术领域。本发明根据整车需求功率确定燃料电池的目标电堆功率，根据目标电堆功率确定目标空气进气湿度，根据目标电堆功率和电堆高频阻抗确定电堆内部实际湿度，根据目标空气进气湿度和电堆内部实际湿度确定调湿阀控制开度，根据调湿阀控制开度控制空气系统调湿阀的开度，以使电堆内部实际湿度达到目标空气进气湿度，由于目标空气进气湿度为目标电堆功率下使燃料电池负载能力最佳的电堆内部湿度，这样可以使燃料电池内部湿度适中，提高燃料电池的负载能力。提高燃料电池的负载能力。提高燃料电池的负载能力。


技术研发人员：熊洁 张剑 苟斌 熊成勇 吴昊
受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/10/15