氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法

权利要求书： 1.氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其特征在于：所述方法应用于一扩稳控制系统：

该扩稳控制系统包括一级空气压缩机（1）、二级空气压缩机（2）、缓冲罐（3）和与氢氧燃料电池（4）连接的网管（5）；

所述一级空气压缩机（1）的出口与所述二级空气压缩机（2）的进口连通；

所述二级空气压缩机（2）的出口分别与所述缓冲罐（3）、所述网管（5）连接；

所述缓冲罐（3）与所述网管（5）连通；所述缓冲罐（3）与所述网管（5）之间连接有出口压力能够被调节的减压阀（6）；

所述扩稳控制方法包括如下步骤，

S1，根据当前车辆工况，获取所需要空气的进气压力值，并将所需要空气的进气压力值记为第一压力值；

S2，获取当前网管（5）的空气压力值和二级空气压缩机（2）的出口压力值；并将网管（5）的空气压力值记为第二压力值，将二级空气压缩机（2）的出口压力值记为第三压力值；

S3，判断第一压力值、第二压力值和第三压力值的关系：第一情况下，第一压力值＜第二压力值＜第三压力值；

第二情况下，第一压力值＜第三压力值＜第二压力值；

第三情况下，第二压力值＜第一压力值＜第三压力值；

第四情况下，第三压力值＜第一压力值＜第二压力值；

第五情况下，第三压力值＜第二压力值＜第一压力值；

第六情况下，第二压力值＜第三压力值＜第一压力值；

在第一情况和第二情况下，调节所述减压阀（6）出口的压力至第一压力值；断开二级空气压缩机（2）与网管（5）之间的通路，并连通所述二级空气压缩机（2）及缓冲罐（3），同时，控制所述二级空气压缩机（2）降低转速，直到所述第三压力值与所述第一压力值相等后；连通所述二级空气压缩机（2）与所述网管（5）之间的管路，并断开所述二级空气压缩机（2）与所述缓冲罐（3）之间的管路；

在第三情况下，控制所述二级空气压缩机（2）降低转速，直到所述第三压力值达到第一压力值；

在第四情况下，调节所述减压阀（6）出口的压力到第一压力值，断开所述二级空气压缩机（2）与网管（5）之间的通路，并连通所述二级空气压缩机（2）与所述缓冲罐（3），同时，提高所述二级空气压缩机（2）的转速，直到所述第三压力值与所述第一压力值相等后；连通所述二级空气压缩机（2）与所述网管（5）之间的管路，并断开所述二级空气压缩机（2）与所述缓冲罐（3）之间的管路，断开所述二级空气压缩机（2）与所述缓冲罐（3）之间的管路；

在第五情况下，调节所述减压阀（6）的出口压力至第一压力值，并连通所述网管（5）与所述缓冲罐（3）；提高所述二级空气压缩机（2）的转速，直到所述第三压力值与所述第一压力值相等后，断开所述网管（5）与所述缓冲罐（3）之间的管路；

在第六情况下，调节所述减压阀（6）的出口压力值至第一压力值，并连通所述网管（5）与所述缓冲罐（3）；提高所述第三压力值，直到所述第三压力值与所述第一压力值相等后，断开所述网管（5）与所述缓冲罐（3）之间的管路。

2.根据权利要求1所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其特征在于：所述一级空气压缩机（1）为轴流风机，所述二级空气压缩机（2）为离心式空气压缩机。

3.根据权利要求2所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其特征在于：连接所述缓冲罐（3）与所述二级空气压缩机（2）的支路上设有排气管路（7）；所述排气管路（7）上设有第一电磁阀（8），所述第一电磁阀（8）用于控制所述排气管路（7）是否导通；

所述第一电磁阀（8）用于在所述缓冲罐（3）与所述二级空气压缩机（2）连通时关闭，在所述二级空气压缩机（2）与所述排气管路（7）连通时打开。

4.根据权利要求3所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其特征在于：还包括第二电磁阀（9），所述第二电磁阀（9）安装于所述缓冲罐（3）与所述二级空气压缩机（2）之间；

且所述第二电磁阀（9）位于所述排气管路（7）的连接点与所述二级空气压缩机（2）之间；所述第二电磁阀（9）用于控制是否将所述二级空气压缩机（2）与所述缓冲罐（3）连通。

5.根据权利要求1所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其特征在于：还包括单向阀（10），所述单向阀（10）设置于所述缓冲罐（3）与所述二级空气压缩机（2）之间，以使高压空气能够经所述单向阀（10）流入所述缓冲罐（3）。

6.根据权利要求1所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其特征在于：所述减压阀（6）与所述网管（5）之间连接有第三电磁阀（11），所述第三电磁阀（11）用于控制所述网管（5）是否与所述缓冲罐（3）连通。

7.根据权利要求1所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其特征在于：所述一级空气压缩机（1）与所述网管（5）之间连接有第四电磁阀（12），所述第四电磁阀（12）用于控制是否将所述一级空气压缩机（1）与所述网管（5）连通。

8.根据权利要求1所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其特征在于：还包括第七电磁阀（17），所述第七电磁阀（17）安装在所述二级空气压缩机（2）与所述网管（5）之间，用于控制所述二级空气压缩机（2）与所述网管之间是否连通。

说明书： 氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法技术领域[0001] 本发明涉及用于燃料电池汽车的空压机控制领域，特别是一种氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法。

背景技术[0002] 作为新能源汽车中最清洁的车辆，燃料电池汽车目前已经开始应用于实际。[0003] 氢氧燃料电池，是通过氢气与氧气发生非燃烧形式的化学反应，来产生电能，并将其作为驱动汽车的能源。对于氢气，采用高压罐装的方式进行供氢，而对于氧气，为了节约

成本，直接使用空压机对空气进行压缩后进行供气。由于氢气在空气中只占20％左右，在使

用空压机进行压缩后供气的时候，就需要压缩大量的空气。这就要求氢氧燃料电池汽车上

的空压机具有较高的转速，通常，这一转速需要达到数万转每分，而在一些大功率的汽车

上，空压机的转速通常需要达到十余万转每分钟。

[0004] 而超高的转速会给空压机带来一系列的问题，诸如摩擦阻力、散热等问题。其中，较为重要的一个问题是喘振问题。在超高速空压机上，更容易首先喘振问题。

发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，以解决现有技术中的不足，它能够保证高速电动空压机在高速转动时的稳定性。

[0006] 本发明提供了一种氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其特征在于：所述方法应用于一扩稳控制系统：

[0007] 该扩稳控制系统包括一级空气压缩机、二级空气压缩机、缓冲罐和与氢氧燃料电池连接的网管；

[0008] 所述一级空气压缩机的出口与所述二级空气压缩机的进口连通；[0009] 所述二级空气压缩机的出口分别与所述缓冲罐、所述网管连接；[0010] 所述缓冲罐与所述网管连通；所述缓冲罐与所述网管之间连接有出口压力能够被调节的减压阀；

[0011] 所述扩稳控制方法包括如下步骤，[0012] S1，根据当前车辆工况，获取所需要空气的进气压力值，并将所需要空气的进气压力值记为第一压力值；

[0013] S2，获取当前网管的空气压力值和二级空气压缩机的出口压力值；并将网管的空气压力值记为第二压力值，将二级空气压缩机的出口压力值记为第三压力值；

[0014] S3，判断第一压力值、第二压力值和第三压力值的关系：[0015] 第一情况下，第一压力值＜第二压力值＜第三压力值；[0016] 第二情况下，第一压力值＜第三压力值＜第二压力值；[0017] 第三情况下，第二压力值＜第一压力值＜第三压力值；[0018] 第四情况下，第三压力值＜第一压力值＜第二压力值；[0019] 第五情况下，第三压力值＜第二压力值＜第一压力值；[0020] 第六情况下，第二压力值＜第三压力值＜第一压力值；[0021] 在第一情况和第二情况下，调节所述减压阀出口的压力至第一压力值；断开二级空气压缩机与网管之间的通路，并连通所述二级空气压缩机及缓冲罐，同时，控制所述二级

空气压缩机降低转速，直到所述第三压力与所述第一压力值相等后；连通所述二级空气压

缩机与所述网管之间的管路，并断开所述二级空气压缩机与所述缓冲罐之间的管路，断开

所述二级空气压缩机与所述缓冲罐之间的管路；

[0022] 在第三情况下，控制所述二级空压机降低转速，直到所述第三压力值达到第一压力值；

[0023] 在第四情况下，调节所述减压阀出口的压力到第一压力值，断开所述二级空气压缩机与网管之间的通路，并连通所述二级空气压缩机与所述缓冲罐，同时，提高所述二级空

气压缩机的转速，直到所述第三压力与所述第一压力值相等后；连通所述二级空气压缩机

与所述网管之间的管路，并断开所述二级空气压缩机与所述缓冲罐之间的管路，断开所述

二级空气压缩机与所述缓冲罐之间的管路；

[0024] 在第五情况下，调节所述减压阀的出口压力至第一压力值，并连通所述网管与所述缓冲罐；提高所述二级空气压缩机的转速，直到所述第三压力值与所述第一压力值相等

后，断开所述网管与所述缓冲罐之间的管路；

[0025] 在第六情况下，调节所述减压阀的出口压力值至第一压力值，并连通所述网管与所述缓冲罐；提高所述第三压力值，直到所述第三压力值与所述第一压力值相等后，断开所

述网管与所述缓冲罐之间的管路。

[0026] 如上所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其中，可选的是，还包括如下步骤，

[0027] 获取所述一级空气压缩机的出口压力，并记为第四压力值；[0028] 将所述第四压力值与所述第二压力值比较，若所述第四压力值不小于所述第二压力值；

[0029] 断开所述二级空气压缩机与所述网管的通路，并将所述二级空气压缩机与所述缓冲罐连通；

[0030] 连通所述一级空气压缩机与所述网管，控制所述一级空气压缩机的转速，使第四压力值与所述第二压力值相等。

[0031] 如上所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其中，可选的是，连接所述缓冲罐与所述二级空气压缩机的支路上设有排气管路；

[0032] 获取所述缓冲罐内的压力；记为第五压力值；[0033] 当所述第四压力值等于所述第二压力值时，若第三压力值小于所述第五压力值，则连通所述二级空气压缩机与所述排气管路；若第三压力值大于所述第五压力值，连通所

述缓冲罐与所述二级空气压缩机。

[0034] 如上所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其中，可选的是，所述一级空气压缩机为轴流风机，所述二级空气压缩机为离心式空气压缩机。

[0035] 如上所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其中，可选的是，所述排气管路上设有第一电磁阀，所述第一电磁阀与所述用于控制所述排气管路

是否导通；

[0036] 所述第一电磁阀用于在所述缓冲罐与所述二级空气压缩机连通时关闭，在所述二级空气压缩机与所述排气管路连通时打开。

[0037] 如上所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其中，可选的是，还包括第二电磁阀，所述第二电磁阀安装于所述缓冲罐与所述二级空气压缩机之

间；

[0038] 且所述第二电磁阀位于所述排气管路的连接点与所述二级空气压缩机之间；所述第二电磁阀用于控制是否将所述二级空气压缩机与所述缓冲罐连通。

[0039] 如上所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其中，可选的是，还包括单向阀，所述单向阀设置于所述缓冲罐与所述二级空气压缩机之间，以使高

压空气能够经所述单向阀流入所述缓冲罐。

[0040] 如上所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其中，可选的是，所述减压阀与所述网管之间连接有第三电磁阀，所述第三电磁阀用于控制所述网

管是否与所述缓冲罐连通。

[0041] 如上所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其中，可选的是，所述一级空气压缩机与所述网管之间连接有第四电磁阀，所述第四电磁阀用于控

制是否将所述一级空气压缩机与所述网管连通。

[0042] 如上所述的氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其中，可选的是，还包括第七电磁阀，所述第七电磁阀安装在所述二级空气压缩机与所述网管之间，

用于控制所述二级空气压缩机与所述网管之间是否连通。

[0043] 与现有技术相比，本发明通过设置缓冲罐及一级空气压缩机和二级空气压缩机，再配合和第一压力值、第二压力值和第三压力值之间的大小关系，并根据该大小关系的不

同，分成六种情况，在不同情况下，进行不同的控制方式，从而能够保证在出现二级空气压

力缩机出口压力小于汽车工况所需要压力时，断开二级空气压缩机与网管的连接，从而避

免高压气体回流到二级空气压缩机中，以防止喘振现象的产生，从而达到保证空气压缩机

工作稳定性的目的。

附图说明[0044] 图1是本发明的结构框图；[0045] 图2是本发明的步骤流程图。[0046] 附图标记说明：[0047] 1?一级空气压缩机，2?二级空气压缩机，3?缓冲罐，4?氢氧燃料电池，5?网管，6?减压阀，7?排气管路，8?第一电磁阀，9?第二电磁阀，10?单向阀，11?第三电磁阀，12?第四电磁

阀，13?扩张腔，14?第五电磁阀，15?泄压管，16?第六电磁阀，17?第七电磁阀。

具体实施方式[0048] 下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

[0049] 在氢氧燃料电池4汽车上，喘振是由于离心式压缩机在某一个小流量下工作时，在叶轮和扩压器中产生强烈的气流分离引起的。离心式压缩机喘振取决于两个因素：一是，压

缩机的实际运行流量小于压缩机的喘振流量；压缩机的运行工况远离设计点，流量小于最

小值，在叶轮和扩压器内出现气流的严重旋转脱离；二是，压缩机的出口压力低于管网压

力，造成气体倒流，产生大幅度的振动。以上两个原因共同促使喘振的产生。

[0050] 为了解决喘振的问题，本发明提出了一种氢氧燃料电池汽车超高速电动空气压缩机的扩稳控制方法，其中，所述方法应用于一扩稳控制系统：

[0051] 请参照图1，该扩稳控制系统包括一级空气压缩机1、二级空气压缩机2、缓冲罐3和与氢氧燃料电池4连接的网管5；具体实施时，一级空气压缩机1为轴流风机，二级空气压缩

机2为离心风机。

[0052] 所述一级空气压缩机1的出口与所述二级空气压缩机2的进口连通；使用时，空气经一级空气压缩机1被一次压缩后，再进入二级空气压缩机2进行二次压缩。以保证空气的

压力。

[0053] 所述二级空气压缩机2的出口分别与所述缓冲罐3、所述网管5连接；具体实施时，本申请中所指的网管5，是氢氧燃料电池4在工作时，空气由气压源进入到氢氧燃料电池4内

时所经过的管路。

[0054] 所述缓冲罐3与所述网管5连通；所述缓冲罐3与所述网管5之间连接有出口压力能够被调节的减压阀6；

[0055] 请参照图2，所述扩稳控制方法包括如下步骤，[0056] S1，根据当前车辆工况，获取所需要空气的进气压力值，并将所需要空气的进气压力值记为第一压力值；具体实施时，第一压力值由车辆工况所确定，具体地，由车辆的速度、

加速度、油门踏板等确定。

[0057] S2，获取当前网管5的空气压力值和二级空气压缩机2的出口压力值；并将网管5的空气压力值记为第二压力值，将二级空气压缩机2的出口压力值记为第三压力值；具体地，

所述第二压力值和所述第三压力值可由压力传感器测得。

[0058] S3，判断第一压力值、第二压力值和第三压力值的关系：[0059] 第一情况下，第一压力值＜第二压力值＜第三压力值；[0060] 第二情况下，第一压力值＜第三压力值＜第二压力值；[0061] 第三情况下，第二压力值＜第一压力值＜第三压力值；[0062] 第四情况下，第三压力值＜第一压力值＜第二压力值；[0063] 第五情况下，第三压力值＜第二压力值＜第一压力值；[0064] 第六情况下，第二压力值＜第三压力值＜第一压力值；[0065] 在第一情况和第二情况下，调节所述减压阀6出口的压力至第一压力值；断开二级空气压缩机2与网管5之间的通路，并连通所述二级空气压缩机2及缓冲罐3，同时，控制所述

二级空气压缩机2降低转速，直到所述第三压力与所述第一压力值相等后；连通所述二级空

气压缩机2与所述网管5之间的管路，并断开所述二级空气压缩机2与所述缓冲罐3之间的管

路，断开所述二级空气压缩机2与所述缓冲罐3之间的管路。此时，可以通过二级空气压缩机

2对缓冲罐3进行充气，以保证缓冲罐3中的压力不至于过小。在实际应用时，也可以监控缓

冲罐3的压力，当缓冲罐3内的压力小于设定值时，可以将二级空气压缩机2同时连通所述缓

冲罐3和网管5，在不影响氢氧燃料电池4使用的情况下，向所述缓冲罐3充入高压空气。

[0066] 在第三情况下，控制所述二级空压机降低转速，直到所述第三压力值达到第一压力值；在此情况下不会发生喘振，通过控制二级空压机就能够实现压力控制的目的。

[0067] 在第四情况下，调节所述减压阀6出口的压力到第一压力值，断开所述二级空气压缩机2与网管5之间的通路，并连通所述二级空气压缩机2与所述缓冲罐3，同时，提高所述二

级空气压缩机2的转速，直到所述第三压力与所述第一压力值相等后；连通所述二级空气压

缩机2与所述网管5之间的管路，并断开所述二级空气压缩机2与所述缓冲罐3之间的管路，

断开所述二级空气压缩机2与所述缓冲罐3之间的管路。此在第四情况下，存在喘振的风险，

通过断开网管5与二级空气压缩机2，就能够防止气体回流，从而避免喘振。具体实施时，由

于二级空气压缩机2与缓冲罐3之间存在单向阀10，因而能够避免缓冲罐3中的空气回流到

二级空气压缩机2中。

[0068] 在第五情况下，此种情况下，也存在气体回流的风险。调节所述减压阀6的出口压力至第一压力值，并连通所述网管5与所述缓冲罐3；提高所述二级空气压缩机2的转速，直

到所述第三压力值与所述第一压力值相等后，断开所述网管5与所述缓冲罐3之间的管路。

在第六情况下，调节所述减压阀6的出口压力值至第一压力值，并连通所述网管5与所述缓

冲罐3；提高所述第三压力值，直到所述第三压力值与所述第一压力值相等后，断开所述网

管5与所述缓冲罐3之间的管路。这种情况下，虽然暂时不存在喘振风险，但随着时间推移，

容易演变成第五种情况，进而产生喘振。

[0069] 在本申请中，通过设置缓冲罐3，能够在需要调节时，快速改变整个系统中的压力，保证在二级空气压缩机2改变连接线路时，不影响整个系统的气体供应。进而便于对压力进

行调节，以防止产生喘振的现象。

[0070] 作为一种较佳的实现方式，还包括如下步骤，获取所述一级空气压缩机1的出口压力，并记为第四压力值；

[0071] 将所述第四压力值与所述第二压力值比较，若所述第四压力值不小于所述第二压力值；断开所述二级空气压缩机2与所述网管5的通路，并将所述二级空气压缩机2与所述缓

冲罐3连通；连通所述一级空气压缩机1与所述网管5，控制所述一级空气压缩机1的转速，使

第四压力值与所述第二压力值相等。如此，可以减少缓冲罐3中空气的使用量，进而可以将

缓冲罐3的体积减小，以尽量减少占用的空间。

[0072] 作为一种较佳的实现方式，连接所述缓冲罐3与所述二级空气压缩机2的支路上设有排气管路7；获取所述缓冲罐3内的压力；记为第五压力值；当所述第四压力值等于所述第

二压力值时，若第三压力值小于所述第五压力值，则连通所述二级空气压缩机2与所述排气

管路7；若第三压力值大于所述第五压力值，连通所述缓冲罐3与所述二级空气压缩机2。即，

在所述二级空气压缩机2出口的压力小于缓冲罐3内的压力时，直接将所述二级空气压缩机

2压缩的气体排出，以防止与所述缓冲罐3或所述网管5内的气体回流。

[0073] 为了便于控制，所述排气管路7上设有第一电磁阀8，所述第一电磁阀8与所述用于控制所述排气管路7是否导通；所述第一电磁阀8用于在所述缓冲罐3与所述二级空气压缩

机2连通时关闭，在所述二级空气压缩机2与所述排气管路7连通时打开。

[0074] 更进一步地，还包括第二电磁阀9，所述第二电磁阀9安装于所述缓冲罐3与所述二级空气压缩机2之间；

[0075] 且所述第二电磁阀9位于所述排气管路7的连接点与所述二级空气压缩机2之间；所述第二电磁阀9用于控制是否将所述二级空气压缩机2与所述缓冲罐3连通。

[0076] 作为一种较佳的实现方式，还包括单向阀10，所述单向阀10设置于所述缓冲罐3与所述二级空气压缩机2之间，以使高压空气能够经所述单向阀10流入所述缓冲罐3。如此，能

够防止高压空气回流到二级空气压缩机2

[0077] 作为一种较佳的实现方式，所述减压阀6与所述网管5之间连接有第三电磁阀11，所述第三电磁阀11用于控制所述网管5是否与所述缓冲罐3连通。

[0078] 更进一步地，所述一级空气压缩机1与所述网管5之间连接有第四电磁阀12，所述第四电磁阀12用于控制是否将所述一级空气压缩机1与所述网管5连通。

[0079] 在使用时当面临需要对网管5进行快速减压时，为了控制减压的程度，本发明还作了如下设计：还包括扩张腔13，所述扩张腔13通过第五电磁阀14与所述网管5连通；所述扩

张腔13由弹性材料制成；所述扩张腔13上设有一泄压管15，所述泄压管15上设有第六电磁

阀16；所述第五电磁阀14用于在所述第二压力值大于所述第一压力值时打开，并在所述第

二压力值与所述第一压力值相等时关闭；在所述第五电磁阀14打开一次并关闭后，打开所

述第六电磁阀16，并在所述扩张腔13内的压力与环境压力相等后，关闭所述第六电磁阀16。

[0080] 当网管5内的压力比二级空气压缩机2出口的压力高出过多时，这种情况适用于，需要对二级空气压缩机2进行快速减速时，打开所述第五电磁阀14。网管5内的高压气体进

入扩张腔13，网管5压力减小，然后关闭第五电磁阀14，打开第六电磁阀16，使扩张腔13内的

压力减小至环境压力。从而实现快速对网管5降压，防止气体回流到二级空气压缩机2内。

[0081] 还包括第七电磁阀17，所述第七电磁阀17安装在所述二级空气压缩机2与所述网管5之间，用于控制所述二级空气压缩机2与所述网管之间是否连通。

[0082] 以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构

想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，

均应在本发明的保护范围内。