1.本发明属于
氢燃料电池汽车技术领域，具体的说，涉及一种氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法。
背景技术：
2.氢燃料电池动力系统通过
电化学反应将氢能直接转化为电能，具备清洁、高效、燃料来源广泛等优点，被认为是面向未来的终极清洁能源。
3.准确计算空气压缩机的实际输出空气流量对维持燃料电池系统电堆的安全高效运行至关重要，如果空气流量计算出现偏差将导致电堆输出功率下降、氢气消耗量增加等问题。
4.对于氢燃料电池汽车空气压缩机在稳态及瞬态运行工况下的实际输出空气流量的计算，现有技术往往采用稳态工况点台架测试，结合估算推测的方法，该方法，在空气压缩机瞬态响应性能评估、空气流量计算等方面，存在较大的误差。
技术实现要素：
5.为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，可更精确的计算空气压缩机在稳态及瞬态运行工况下的实际输出空气流量，具有准确度高、精度高等优点。
6.为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
7.所述的氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法包括以下步骤：
8.s1，收集空气压缩机运行数据，包括需求转速、入口温度、参考温度；
9.s2，根据空气压缩机的动态响应时间确定转换转速；
10.s3，根据转换速率、参考温度和空气压缩机入口温度，得出修正转速；
11.s4，根据修正转速、空气压缩机出口空气流量值、空气压缩机的压缩比得出空气压缩机空气流量曲线；
12.s5，根据空气压缩机空气流量曲线得出修正流量。
13.进一步的，转换转速计算公式为：
[0014][0015]
式中：n
*
为转换转速；δt为计算步长；n
*(-1)
为在上一计算步长时计算得出的转换转速；k为修正系数；t
response time
为空气压缩机的动态响应时间。
[0016]
进一步的，修正转速计算公式为：
[0017][0018]
式中，t
ref
为参考温度；t
in,g
为空气压缩机入口温度
[0019]
进一步的，还包括以下步骤：
[0020]
s6，根据空气压缩机进出口压力，计算空气压缩机压缩比，计算公式为
[0021][0022]
式中，pr为空气压缩机压缩比；p
out,g
为空气压缩机出口压力；p
in,g
为空气压缩机入口压力；
[0023]
s7，计算压力修正系数和温度修正系数，计算公式为：
[0024][0025][0026]
式中，p
in,g
为空气压缩机入口压力；p
ref
为参考压力；t
ref
为参考温度；t
in,g
为空气压缩机入口温度；
[0027]
s8，计算空气压缩机的空气流量，计算公式为：
[0028]
mg＝m
corr
×
t
corr
×
p
corr
式中，pcoor为修正流量。
[0029]
进一步的，修正系数为压力修正系数(p
corr
)和温度修正系数(t
corr
)的乘积。
[0030]
进一步的，所述参考温度为空气压缩机期望的运行温度。
[0031]
进一步的，所述空气流量曲线的测试步骤为：
[0032]
(1)设定环境温度范围，并保持环境温度稳定；
[0033]
(2)设定空气压缩机转速，单位为r/min-1
；
[0034]
(3)设定空气压缩机压缩比；
[0035]
(4)维持空气压缩机稳定运行，测量并记录空气压缩机出口空气流量值，单位为：m3/min；
[0036]
(5)根据空气压缩机出口空气流量值、空气压缩机的压缩比，绘制空气流量曲线。
[0037]
本发明的有益效果：
[0038]
1、本发明仅需要总线输入的需求转速及空压机入口温度及出入口压力值便可以精确计算出空气压缩机输出的空气流量值，不需要额外安装价格昂贵的高精度空气流量计，测试方法简单、测试成本低。
[0039]
2、本发明可以准确计算瞬态工况下参与反应的空气的量，保证氢气与氧气的配比合适，确保反应速率及输出功率的稳定。
附图说明
[0040]
图1是本发明的技术路线图；
[0041]
图2是本发明具体实施方式得出的空气流量曲线图；
具体实施方式
[0042]
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
[0043]
所述的氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，包括以下步骤：
[0044]
s1，收集空气压缩机运行数据，包括需求转速、入口温度、参考温度、入口压力、出口压力、空气压缩机的动态响应时间；
[0045]
其中，需求转速是根据不同工况下fcu对需求进气量的不同，由空压机厂家提供的《产品性能曲线图》获取。参考温度指的是标准工作状态下所对应的流体温度；空气压缩机的动态响应时间指的是压缩机从10％期望转速达到90％期望转速所需要的响应时间。
[0046]
s2，获得空气压缩机空气流量曲线；
[0047]
压缩机空气流量曲线获得过程演示：
[0048]
1)设定环境温度范围为25
±
3℃，并保持环境温度稳定；
[0049]
2)设定空气压缩机转速，单位为r/min-1
；
[0050]
3)设定空气压缩机压缩比；
[0051]
4)维持空气压缩机稳定运行2分钟，测量并记录空气压缩机出口空气流量值，单位为：m3/min；
[0052]
5)根据空气空气压缩机出口空气流量值、空气压缩机的压缩比，绘制空气流量曲线如附图2所述。
[0053]
s3，对空气压缩机的转速进行修正计算，通过修正得到转换转速，转换转速计算公式为：
[0054]
式中：n
*
为转换转速；δt为计算步长；n
*(-1)
为在上一计算步长时计算得出的转换转速；t
response time
为空气压缩机的动态响应时间。
[0055]
标准一阶惯性延迟公式，由来自总线的参考转速计算出空压机当前时刻的转换转速。
[0056]
δt的取值应满足如下两个条件：
[0057]
1)δt≤0.5*t
response time
；
[0058]
2)在满足条件1的前提下，δt取(10ms、20ms、50ms、100ms、200ms、1000ms)中的较大值；本实施方式中δt取值为200ms。
[0059]
s4，根据转换速率、参考温度和空气压缩机入口温度，计算修正转速；修正转速计算公式为：
[0060][0061]
式中，t
ref
为参考温度；t
in,g
为空气压缩机入口温度。
[0062]
根据修正转速计算公式，用空气压缩机自带的转速传感器对空压机的转速进行测量，得到空压机修正转速与实际测量转速对比数据如表1所示。
[0063]
表1 25℃时空气压缩机修正转速与实际转速对比
[0064]
空气压缩机测试转速(r/min)修正转速(r/min)
3800037998475004750157000569966500065005750007499585000849989500094999
[0065]
s5，根据空气压缩机进出口压力，计算空气压缩机压缩比，计算公式为
[0066][0067]
式中，pr为空气压缩机压缩比；p
out,g
为空气压缩机出口压力；p
in,g
为空气压缩机入口压力。
[0068]
s6，根据空气压缩机的压缩比和修正转速，依据“空气流量曲线”得出修正流量m
corr
。
[0069]
s7，计算压力修正系数和温度修正系数：
[0070]
基于热力学第一定律并假设整个过程于外界无热交换，对于p,v,t三个参变量两两之间，有以下关系；
[0071]
pv
γ
＝恒量，v
γ-1
t＝恒量，p
γ-1
t
γ
＝恒量；
[0072]
对于空气这里我们取γ＝1.5做近似计算，可以得到以下结论；气体质量流量正比于压强，反比于温度的1/2次幂。即，
[0073][0074][0075]
因此，可以得知压力修正系数和温度修正系数计算公式如下：
[0076][0077][0078]
式中，p
in,g
为空气压缩机入口压力；p
ref
为参考压力；t
ref
为参考温度；t
in,g
为空气压缩机入口温度；
[0079]
s8，计算空气压缩机的空气流量，计算公式为：
[0080]
mg＝m
corr
×
t
corr
×
p
corr
。
[0081]
根据空气流量计算公式，计算得出空压机出口空气流量。
[0082]
为监测计算结果的准确性，使用空气流量传感器对空压机出口空气流量进行监测，得出计算数据与监测数据对比误差表如表2-4所示，误差计算方法为：
[0083]
表2空气压缩机计算空气流量与监测空气流量对比误差表
[0084][0085]
表3空气压缩机监测空气流量数据表(单位：g/s)
[0086][0087]
表4空气压缩机计算空气流量数据表(单位：g/s)
[0088][0089]
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。技术特征：
1.一种氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，其特征在于：s1，收集空气压缩机运行数据，包括需求转速、入口温度、参考温度；s2，根据空气压缩机的动态响应时间确定转换转速；s3，根据转换速率、参考温度和空气压缩机入口温度，得出修正转速；s4，根据修正转速、空气压缩机出口空气流量值、空气压缩机的压缩比得出空气压缩机空气流量曲线；s5，根据空气压缩机空气流量曲线得出修正流量。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，其特征在于：转换转速计算公式为：式中：n
*
为转换转速；δt为计算步长；n
*(-1)
为在上一计算步长时计算得出的转换转速；k为修正系数；t
response time
为空气压缩机的动态响应时间。3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，其特征在于：修正转速计算公式为：式中，t
ref
为参考温度；t
in,g
为空气压缩机入口温度。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，其特征在于：s6，根据空气压缩机进出口压力，计算空气压缩机压缩比，计算公式为式中，pr为空气压缩机压缩比；p
out,g
为空气压缩机出口压力；p
in,g
为空气压缩机入口压力；s7，计算压力修正系数和温度修正系数，计算公式为：正系数和温度修正系数，计算公式为：式中，p
in,g
为空气压缩机入口压力；p
ref
为参考压力；t
ref
为参考温度；t
in,g
为空气压缩机入口温度；s8，计算空气压缩机的空气流量，计算公式为：m
g
＝m
corr
×
t
corr
×
p
corr
式中，pcoor为修正流量。5.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，其特征在于：修正系数为压力修正系数(p
corr
)和温度修正系数(t
corr
)的乘积。6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，其特征在于：所述参考温度为空气压缩机期望的运行温度。7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，其特征在于：所述空气流量曲线的测试步骤为：1)设定环境温度范围，并保持环境温度稳定；2)设定空气压缩机转速，单位为r/min-1
；3)设定空气压缩机压缩比；4)维持空气压缩机稳定运行，测量并记录空气压缩机出口空气流量值，单位为：m3/min；5)根据空气压缩机出口空气流量值、空气压缩机的压缩比，绘制空气流量曲线。
技术总结
本发明涉及一种氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，属于氢燃料电池汽车技术领域，本发明包括氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法，用于对燃料电池系统空气压缩机的实际输出空气流量进行计算；本发明能够提高空气流量计算的精度，提高燃料电池系统效率，提升能源利用率。提升能源利用率。提升能源利用率。
技术研发人员：袁征 蒋得刚 马淮
受保护的技术使用者：苏州国方汽车电子有限公司
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2022/4/15
声明：
“氢燃料电池汽车空气压缩机输出空气流量计算方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：苏州国方汽车电子有限公司
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2024年12月20日 ~ 22日 
