用于处置燃料电池车辆中的制动事件的方法和系统与流程

本公开涉及用于处置燃料电池车辆中的制动功率的系统和方法。本公开可适用于重型车辆，诸如卡车、公共汽车和施工设备。虽然可关于特定车辆描述本公开，但是本公开不限于任何特定车辆。

背景技术：

1、在燃料电池车辆中，组合地使用燃料电池系统和能量存储系统(ess)来为车辆提供动力。燃料电池系统包括一个或多个(并且典型地，是数百个)燃料电池，从而形成用于产生供应给车辆的期望的推进动力的燃料电池堆。燃料电池是将燃料(典型地，是氢气)和氧化剂(典型地，是氧气或空气)的化学能转换为电能的电化学电池。与常规的内燃发动机相比，燃料电池被认为是有前景、更环保的替代方案。因此，燃料电池越来越多地被考虑用于为电动车辆(诸如纯电动车辆和混合动力电动车辆)提供动力。

2、电动车辆的重要特征之一涉及其从制动捕获动能并将动能电转换以存储在ess(诸如例如电池系统)中并用来提供推进动力或用于补充电气系统的基本能量需要的能力。

3、在燃料电池电动车辆(fcev)中，与仅由内燃发动机(ice)推进的车辆相比，处置制动事件/进行缓速制动可能是有挑战性的，其中辅助制动由缓速器或所谓的发动机制动提供。而且，与电池电动车辆(bev)相比，fcev没有大型电池。因此，在fcev中，需要制动电阻器或缓速器。然而，这带来了制动电阻器或缓速器需要冷却的问题，这至少因燃料电池对冷却有很大需求而对fcev是一个挑战。fcev中的制动的另一个挑战是，燃料电池系统可能在制动事件中关闭，然而，在关闭时可能降级，并且频繁关闭是有损害的并产生燃料电池耐久性问题。

4、因此，需要用于处置燃料电池电动车辆中的制动事件的改善的方法和系统。

技术实现思路

1、因此，提供了一种允许处置因燃料电池车辆中的再生制动产生的制动功率的系统和方法。本文提出的技术解决了与处置fcev中的制动事件相关联的当前缺陷。

2、根据本公开的一方面，提供了一种在车辆中的制动事件期间耗散功率的方法。所述车辆包括动力总成，所述动力总成包括：燃料电池系统；空气压缩机；第一流量控制阀，所述第一流量控制阀定位在空气压缩机下游并被配置为经由第一路径选择性地将压缩气流从空气压缩机引导到燃料电池系统和与第一路径分离的第二路径中的一者或两者；以及第二流量控制阀，所述第二流量控制阀定位在第二路径中并被配置为选择性地将气流引导到制动电阻器和空气存储装置中的一者或两者。所述方法包括：

3、估计制动事件的制动功率；以及

4、响应于确定车辆的电池的电池电量存储容量不足以完全吸收制动事件的制动功率，而基于空气压缩机的最大功率消耗能力是否足以吸收未被电池吸收的第一剩余制动功率和/或基于当第一剩余制动功率大于空气压缩机的最大功率消耗能力时空气压缩机是否能够供应将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值所需的气流来操作第一流量控制阀和第二流量控制阀以选择性地将压缩气流从空气压缩机引导到燃料电池堆、空气存储装置和制动电阻器中的一者或多者。

5、如本文所用，在一些示例中，制动事件的制动功率可包括来自燃料电池系统的功率，因为燃料电池系统在制动事件期间可能正在运行，即使来自燃料电池系统的功率可能是最小功率。因此，当提及对制动事件的制动功率的估计时，可假定制动功率可包括来自燃料电池系统的功率。在一些示例中，在车辆制动事件中，即使燃料电池系统正在操作，来自燃料电池系统的功率也可能是零或接近于零。

6、技术益处可包括提高车辆的总体效率。本文的方法和系统有利地允许高效地耗散因再生制动产生的多余电能。提高燃料电池电动车辆的制动能力。更有效地收回能量，而无需在车辆中安装超大的电池/能量存储系统。此外，减少或消除了不必要的燃料电池系统关闭，从而提高车辆的一个或多个燃料电池系统的耐久性和寿命。

7、在一些示例中，所述方法包括比较第一剩余制动功率和空气压缩机的最大功率消耗能力。

8、在一些示例中，所述方法包括响应于确定第一剩余制动功率小于空气压缩机的最大功率消耗能力，操作第一流量控制阀以将所需的压缩气流引导到燃料电池系统和第二路径，并且操作第二流量控制阀以将附加的压缩气流引导到空气存储装置，而不将压缩空气引导到制动电阻器。

9、技术益处可包括更高效地收回制动功率或能量，因为存储在空气存储装置中的压缩空气可被进一步使用，例如，在高海拔处和/或当需要来自燃料电池系统的附加功率时。

10、在一些示例中，所述方法包括响应于确定第一剩余制动功率大于空气压缩机的最大功率消耗能力，而估计第二剩余制动功率，第二剩余制动功率是第一剩余制动功率将通过制动电阻器耗散的部分；以及确定当制动电阻器耗散第二剩余制动功率时将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值所需的气流。

11、技术益处可包括更高效地耗散制动功率。

12、在一些示例中，所述方法包括确定空气压缩机是否能够供应将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值所需的气流并将以最小功率操作燃料电池系统所需的气流供应到燃料电池系统。

13、技术益处可包括有利地优先考虑对冷却用于耗散制动功率的制动电阻器的需要，同时还评估是否可分配维持燃料电池系统可以最小功率操作所需的一定量的空气。如果是这种情况，将保持燃料电池系统开启且可操作，从而避免其关闭。

14、在一些示例中，所述方法包括响应于确定空气压缩机能够供应将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值所需的气流并将以最小功率操作燃料电池系统所需的气流供应到燃料电池系统，

15、操作第一流量控制阀以将压缩气流引导到燃料电池系统和第二路径，其中燃料电池系统被供应以最小功率操作燃料电池系统所需的气流，以及

16、操作第二流量控制阀以将气流引导到制动电阻器和空气存储装置，其中制动电阻器被供应将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值所需的气流。

17、如上文所述，技术益处可包括避免燃料电池系统关闭，燃料电池系统关闭典型地对燃料电池系统造成某种程度的损坏。此外，提高压缩空气的分布效率。

18、在一些示例中，所述方法包括响应于确定空气压缩机不能供应将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值所需的气流并且不能将以最小功率操作燃料电池系统所需的气流供应到燃料电池系统，而关闭燃料电池系统，以及操作第一流量控制阀以仅将压缩气流引导到第二路径。

19、在一些示例中，所述方法包括确定将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值所需的气流是否大于空气压缩机可产生的最大气流。

20、在一些示例中，所述方法包括响应于确定将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值所需的气流大于空气压缩机可产生的最大气流，而操作第二流量控制阀以将全部压缩空气引导到制动电阻器。

21、在一些示例中，所述方法包括使用附加的冷却源来将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值。在一些示例中，附加的冷却源包括将冷却介质递送到制动电阻器的系统和机械制动器中的一者或两者。

22、在一些示例中，所述方法包括响应于确定将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值所需的气流小于空气压缩机可产生的最大气流，而在第一流量控制阀被操作以仅将压缩气流引导到第二路径的情况下，操作第二流量控制阀以将压缩空气引导到制动电阻器和空气存储装置，其中制动电阻器被供应将制动电阻器的温度降低到低于温度阈值所需的气流。

23、根据本公开的一方面，提供了一种用于控制车辆的动力总成的控制单元。所述动力总成包括：燃料电池系统；空气压缩机；第一流量控制阀；以及第二流量控制阀。所述控制单元被配置为执行根据本公开的各方面的任何示例的方法。

24、根据本公开的一方面，提供了一种用于车辆的动力总成。所述动力总成包括：燃料电池系统；空气压缩机；空气存储装置；以及制动电阻器。所述动力总成还包括：第一流量控制阀，所述第一流量控制阀定位在空气压缩机下游并被配置为经由第一路径选择性地将压缩气流从空气压缩机引导到燃料电池系统和与第一路径分离的第二路径中的一者或两者；第二流量控制阀，所述第二流量控制阀定位在第二路径中并被配置为选择性地将气流引导到制动电阻器和空气存储装置中的一者或两者；以及控制单元，所述控制单元被配置为控制第一流量控制阀和第二流量控制阀的操作，其中所述控制单元控制第一流量控制阀和第二流量控制阀以耗散在车辆中的制动事件期间产生的制动功率。所述控制单元被配置为执行根据本公开的各方面的任何示例的方法。

25、根据本公开的一方面，提供了一种车辆，所述车辆包括动力总成。所述动力总成包括：燃料电池系统；空气压缩机；空气存储装置；以及制动电阻器。所述车辆包括：第一流量控制阀，所述第一流量控制阀定位在空气压缩机下游并被配置为经由第一路径选择性地将压缩气流从空气压缩机引导到燃料电池系统和与第一路径分离的第二路径中的一者或两者；第二流量控制阀，所述第二流量控制阀定位在第二路径中并被配置为选择性地将气流引导到制动电阻器和空气存储装置中的一者或两者；以及控制单元，所述控制单元被配置为控制第一流量控制阀和第二流量控制阀的操作，其中所述控制单元控制第一流量控制阀和第二流量控制阀以耗散在车辆中的制动事件期间产生的制动功率。所述控制单元被配置为执行根据本公开的各方面的任何示例的方法。

26、根据本公开的一方面，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理电路执行时使处理电路执行根据根据本公开的各方面的任何一个或多个示例的方法。

27、根据本公开的一方面，提供了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产品，所述计算机程序产品包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理电路执行时使处理电路执行根据根据本公开的各方面的任何一个或多个示例的方法。

28、如对本领域任何普通技术人员将显而易见的，上述方面、所附权利要求书和/或本文上文和稍后下文公开的示例可彼此合适地组合。

29、附加的特征和优点在以下描述、权利要求书和附图中公开，并且从中部分地对于本领域技术人员将是显而易见的或通过如本文所述实践本公开来认识到。本文还公开了与上文讨论的技术益处相关联的控制系统、单元、计算机可读介质和计算机程序产品。