1.本發(fā)明屬于氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

2.氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將氫能直接轉(zhuǎn)化為電能，具備清潔、高效、燃料來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是面向未來(lái)的終極清潔能源。

3.準(zhǔn)確計(jì)算空氣壓縮機(jī)的實(shí)際輸出空氣流量對(duì)維持燃料電池系統(tǒng)電堆的安全高效運(yùn)行至關(guān)重要，如果空氣流量計(jì)算出現(xiàn)偏差將導(dǎo)致電堆輸出功率下降、氫氣消耗量增加等問(wèn)題。

4.對(duì)于氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)在穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)運(yùn)行工況下的實(shí)際輸出空氣流量的計(jì)算，現(xiàn)有技術(shù)往往采用穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)臺(tái)架測(cè)試，結(jié)合估算推測(cè)的方法，該方法，在空氣壓縮機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)性能評(píng)估、空氣流量計(jì)算等方面，存在較大的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.為了克服背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，可更精確的計(jì)算空氣壓縮機(jī)在穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)運(yùn)行工況下的實(shí)際輸出空氣流量，具有準(zhǔn)確度高、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

6.為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

7.所述的氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法包括以下步驟：

8.s1，收集空氣壓縮機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括需求轉(zhuǎn)速、入口溫度、參考溫度；

9.s2，根據(jù)空氣壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間確定轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速；

10.s3，根據(jù)轉(zhuǎn)換速率、參考溫度和空氣壓縮機(jī)入口溫度，得出修正轉(zhuǎn)速；

11.s4，根據(jù)修正轉(zhuǎn)速、空氣壓縮機(jī)出口空氣流量值、空氣壓縮機(jī)的壓縮比得出空氣壓縮機(jī)空氣流量曲線；

12.s5，根據(jù)空氣壓縮機(jī)空氣流量曲線得出修正流量。

13.進(jìn)一步的，轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：

[0014][0015]

式中：n

*

為轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速；δt為計(jì)算步長(zhǎng)；n

*(-1)

為在上一計(jì)算步長(zhǎng)時(shí)計(jì)算得出的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速；k為修正系數(shù)；t

response time

為空氣壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

[0016]

進(jìn)一步的，修正轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：

[0017][0018]

式中，t

ref

為參考溫度；t

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口溫度

[0019]

進(jìn)一步的，還包括以下步驟：

[0020]

s6，根據(jù)空氣壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力，計(jì)算空氣壓縮機(jī)壓縮比，計(jì)算公式為

[0021][0022]

式中，pr為空氣壓縮機(jī)壓縮比；p

out,g

為空氣壓縮機(jī)出口壓力；p

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口壓力；

[0023]

s7，計(jì)算壓力修正系數(shù)和溫度修正系數(shù)，計(jì)算公式為：

[0024][0025][0026]

式中，p

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口壓力；p

ref

為參考?jí)毫?；t

ref

為參考溫度；t

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口溫度；

[0027]

s8，計(jì)算空氣壓縮機(jī)的空氣流量，計(jì)算公式為：

[0028]

mg＝m

corr

×

t

corr

×

p

corr

式中，pcoor為修正流量。

[0029]

進(jìn)一步的，修正系數(shù)為壓力修正系數(shù)(p

corr

)和溫度修正系數(shù)(t

corr

)的乘積。

[0030]

進(jìn)一步的，所述參考溫度為空氣壓縮機(jī)期望的運(yùn)行溫度。

[0031]

進(jìn)一步的，所述空氣流量曲線的測(cè)試步驟為：

[0032]

(1)設(shè)定環(huán)境溫度范圍，并保持環(huán)境溫度穩(wěn)定；

[0033]

(2)設(shè)定空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min-1

；

[0034]

(3)設(shè)定空氣壓縮機(jī)壓縮比；

[0035]

(4)維持空氣壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，測(cè)量并記錄空氣壓縮機(jī)出口空氣流量值，單位為：m3/min；

[0036]

(5)根據(jù)空氣壓縮機(jī)出口空氣流量值、空氣壓縮機(jī)的壓縮比，繪制空氣流量曲線。

[0037]

本發(fā)明的有益效果：

[0038]

1、本發(fā)明僅需要總線輸入的需求轉(zhuǎn)速及空壓機(jī)入口溫度及出入口壓力值便可以精確計(jì)算出空氣壓縮機(jī)輸出的空氣流量值，不需要額外安裝價(jià)格昂貴的高精度空氣流量計(jì)，測(cè)試方法簡(jiǎn)單、測(cè)試成本低。

[0039]

2、本發(fā)明可以準(zhǔn)確計(jì)算瞬態(tài)工況下參與反應(yīng)的空氣的量，保證氫氣與氧氣的配比合適，確保反應(yīng)速率及輸出功率的穩(wěn)定。

附圖說(shuō)明

[0040]

圖1是本發(fā)明的技術(shù)路線圖；

[0041]

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式得出的空氣流量曲線圖；

具體實(shí)施方式

[0042]

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，以方便技術(shù)人員理解。

[0043]

所述的氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，包括以下步驟：

[0044]

s1，收集空氣壓縮機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括需求轉(zhuǎn)速、入口溫度、參考溫度、入口壓力、出口壓力、空氣壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間；

[0045]

其中，需求轉(zhuǎn)速是根據(jù)不同工況下fcu對(duì)需求進(jìn)氣量的不同，由空壓機(jī)廠家提供的《產(chǎn)品性能曲線圖》獲取。參考溫度指的是標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的流體溫度；空氣壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間指的是壓縮機(jī)從10％期望轉(zhuǎn)速達(dá)到90％期望轉(zhuǎn)速所需要的響應(yīng)時(shí)間。

[0046]

s2，獲得空氣壓縮機(jī)空氣流量曲線；

[0047]

壓縮機(jī)空氣流量曲線獲得過(guò)程演示：

[0048]

1)設(shè)定環(huán)境溫度范圍為25

±

3℃，并保持環(huán)境溫度穩(wěn)定；

[0049]

2)設(shè)定空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min-1

；

[0050]

3)設(shè)定空氣壓縮機(jī)壓縮比；

[0051]

4)維持空氣壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行2分鐘，測(cè)量并記錄空氣壓縮機(jī)出口空氣流量值，單位為：m3/min；

[0052]

5)根據(jù)空氣空氣壓縮機(jī)出口空氣流量值、空氣壓縮機(jī)的壓縮比，繪制空氣流量曲線如附圖2所述。

[0053]

s3，對(duì)空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行修正計(jì)算，通過(guò)修正得到轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：

[0054]

式中：n

*

為轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速；δt為計(jì)算步長(zhǎng)；n

*(-1)

為在上一計(jì)算步長(zhǎng)時(shí)計(jì)算得出的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速；t

response time

為空氣壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

[0055]

標(biāo)準(zhǔn)一階慣性延遲公式，由來(lái)自總線的參考轉(zhuǎn)速計(jì)算出空壓機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速。

[0056]

δt的取值應(yīng)滿足如下兩個(gè)條件：

[0057]

1)δt≤0.5*t

response time

；

[0058]

2)在滿足條件1的前提下，δt取(10ms、20ms、50ms、100ms、200ms、1000ms)中的較大值；本實(shí)施方式中δt取值為200ms。

[0059]

s4，根據(jù)轉(zhuǎn)換速率、參考溫度和空氣壓縮機(jī)入口溫度，計(jì)算修正轉(zhuǎn)速；修正轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：

[0060][0061]

式中，t

ref

為參考溫度；t

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口溫度。

[0062]

根據(jù)修正轉(zhuǎn)速計(jì)算公式，用空氣壓縮機(jī)自帶的轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，得到空壓機(jī)修正轉(zhuǎn)速與實(shí)際測(cè)量轉(zhuǎn)速對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。

[0063]

表1 25℃時(shí)空氣壓縮機(jī)修正轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)比

[0064]

空氣壓縮機(jī)測(cè)試轉(zhuǎn)速(r/min)修正轉(zhuǎn)速(r/min)

3800037998475004750157000569966500065005750007499585000849989500094999

[0065]

s5，根據(jù)空氣壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力，計(jì)算空氣壓縮機(jī)壓縮比，計(jì)算公式為

[0066][0067]

式中，pr為空氣壓縮機(jī)壓縮比；p

out,g

為空氣壓縮機(jī)出口壓力；p

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口壓力。

[0068]

s6，根據(jù)空氣壓縮機(jī)的壓縮比和修正轉(zhuǎn)速，依據(jù)“空氣流量曲線”得出修正流量m

corr

。

[0069]

s7，計(jì)算壓力修正系數(shù)和溫度修正系數(shù)：

[0070]

基于熱力學(xué)第一定律并假設(shè)整個(gè)過(guò)程于外界無(wú)熱交換，對(duì)于p,v,t三個(gè)參變量?jī)蓛芍g，有以下關(guān)系；

[0071]

pv

γ

＝恒量，v

γ-1

t＝恒量，p

γ-1

t

γ

＝恒量；

[0072]

對(duì)于空氣這里我們?nèi)ˇ茫?.5做近似計(jì)算，可以得到以下結(jié)論；氣體質(zhì)量流量正比于壓強(qiáng)，反比于溫度的1/2次冪。即，

[0073][0074][0075]

因此，可以得知壓力修正系數(shù)和溫度修正系數(shù)計(jì)算公式如下：

[0076][0077][0078]

式中，p

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口壓力；p

ref

為參考?jí)毫?；t

ref

為參考溫度；t

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口溫度；

[0079]

s8，計(jì)算空氣壓縮機(jī)的空氣流量，計(jì)算公式為：

[0080]

mg＝m

corr

×

t

corr

×

p

corr

。

[0081]

根據(jù)空氣流量計(jì)算公式，計(jì)算得出空壓機(jī)出口空氣流量。

[0082]

為監(jiān)測(cè)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，使用空氣流量傳感器對(duì)空壓機(jī)出口空氣流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出計(jì)算數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比誤差表如表2-4所示，誤差計(jì)算方法為：

[0083]

表2空氣壓縮機(jī)計(jì)算空氣流量與監(jiān)測(cè)空氣流量對(duì)比誤差表

[0084][0085]

表3空氣壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)空氣流量數(shù)據(jù)表(單位：g/s)

[0086][0087]

表4空氣壓縮機(jī)計(jì)算空氣流量數(shù)據(jù)表(單位：g/s)

[0088][0089]

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。技術(shù)特征：

1.一種氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，其特征在于：s1，收集空氣壓縮機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括需求轉(zhuǎn)速、入口溫度、參考溫度；s2，根據(jù)空氣壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間確定轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速；s3，根據(jù)轉(zhuǎn)換速率、參考溫度和空氣壓縮機(jī)入口溫度，得出修正轉(zhuǎn)速；s4，根據(jù)修正轉(zhuǎn)速、空氣壓縮機(jī)出口空氣流量值、空氣壓縮機(jī)的壓縮比得出空氣壓縮機(jī)空氣流量曲線；s5，根據(jù)空氣壓縮機(jī)空氣流量曲線得出修正流量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，其特征在于：轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：式中：n

*

為轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速；δt為計(jì)算步長(zhǎng)；n

*(-1)

為在上一計(jì)算步長(zhǎng)時(shí)計(jì)算得出的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速；k為修正系數(shù)；t

response time

為空氣壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，其特征在于：修正轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：式中，t

ref

為參考溫度；t

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口溫度。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的一種氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，其特征在于：s6，根據(jù)空氣壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力，計(jì)算空氣壓縮機(jī)壓縮比，計(jì)算公式為式中，pr為空氣壓縮機(jī)壓縮比；p

out,g

為空氣壓縮機(jī)出口壓力；p

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口壓力；s7，計(jì)算壓力修正系數(shù)和溫度修正系數(shù)，計(jì)算公式為：正系數(shù)和溫度修正系數(shù)，計(jì)算公式為：式中，p

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口壓力；p

ref

為參考?jí)毫?；t

ref

為參考溫度；t

in,g

為空氣壓縮機(jī)入口溫度；s8，計(jì)算空氣壓縮機(jī)的空氣流量，計(jì)算公式為：m

g

＝m

corr

×

t

corr

×

p

corr

式中，pcoor為修正流量。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，其特征在于：修正系數(shù)為壓力修正系數(shù)(p

corr

)和溫度修正系數(shù)(t

corr

)的乘積。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，其特征在于：所述參考溫度為空氣壓縮機(jī)期望的運(yùn)行溫度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，其特征在于：所述空氣流量曲線的測(cè)試步驟為：1)設(shè)定環(huán)境溫度范圍，并保持環(huán)境溫度穩(wěn)定；2)設(shè)定空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min-1

；3)設(shè)定空氣壓縮機(jī)壓縮比；4)維持空氣壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，測(cè)量并記錄空氣壓縮機(jī)出口空氣流量值，單位為：m3/min；5)根據(jù)空氣壓縮機(jī)出口空氣流量值、空氣壓縮機(jī)的壓縮比，繪制空氣流量曲線。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及一種氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，屬于氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明包括氫燃料電池汽車(chē)空氣壓縮機(jī)輸出空氣流量計(jì)算方法，用于對(duì)燃料電池系統(tǒng)空氣壓縮機(jī)的實(shí)際輸出空氣流量進(jìn)行計(jì)算；本發(fā)明能夠提高空氣流量計(jì)算的精度，提高燃料電池系統(tǒng)效率，提升能源利用率。提升能源利用率。提升能源利用率。

技術(shù)研發(fā)人員：袁征 蔣得剛 馬淮

受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州國(guó)方汽車(chē)電子有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.07

技術(shù)公布日：2022/4/15