本发明专利技术实施例提供了一种燃料电池系统控制方法和系统，解决了现有技术无法应对各种不同的负载需求，以及无法高效的利用燃料电池的高功率密度特性的问题。本发明专利技术实施例提供的一种燃料电池系统控制方法，适用于的燃料电池系统包括燃料电池单元和蓄电池单元，该方法包括：将燃料电池单元供给负载的输出功率控制在一个限制功率内；当负载所需功率大于所述燃料电池单元的限制功率时，控制所述蓄电池单元补给剩余的负载所需功率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种燃料电池系统控制方法和燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池(Fuel Cell)是一种能将反应物的化学能直接转化为电能的电化学装置，相比于传统的燃料利用方式，电化学反应不受到卡诺循环的限制，因而可以获得更好的能量转换效率。例如，图1所示为一种传统的燃料利用方式原理图。在传统的燃料利用方式中(如火力发电系统中)都有一个热交换过程，需要将化学能转换为热能，热能转换为动能，然后将动能转换为电能。在这样的能量转换过程中，热机受到卡诺循环的限制，转换效率不高，整体的效率通常为33%?35%，有将近2/3的能量会以热能形式在交换过程中浪费掉。虽然蓄电池也可以实现化学能向电能的电化学转换。但蓄电池仅仅是电能储存装置。而燃料电池的特性在于:只要不断的给燃料电池供给燃料，燃料电池就可以连续不断的输出电能，因此燃料电池拥有比蓄电池更高的功率密度。在现有技术中，蓄电池由于具备储存电能的作用也被引入了一些燃料电池的系统结构中，但蓄电池仅用于储存燃料电池产生多余的电能，或在燃料电池准备产生电力时的过渡期内向负载临时供电。然而，随着燃料电池系统的应用范围越来越广泛，各种不同设备的负载需求各不相同(例如便携式电子设备的负载需求就要比电动车小的多)。此外，燃料电池本身的特性比较“软”，当负载所需功率较大时，燃料电池的输出电压会急剧下降，从而会影响燃料电池的供电效率。因此，为了应对各种不同的负载需求，并高效的利用燃料电池的高功率密度特性，急需一种实现燃料电池和蓄电池协同供电的控制方式。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种燃料电池系统控制方法和系统，解决了现有技术无法应对各种不同的负载需求，以及无法高效的利用燃料电池的高功率密度特性的问题。本专利技术实施例提供的一种燃料电池系统控制方法，适用于的燃料电池系统包括燃料电池单元和蓄电池单元，所述方法包括:将燃料电池单元供给负载的输出功率控制在一个限制功率内；当负载所需功率大于所述燃料电池单元的限制功率时，控制所述蓄电池单元补给剩余的负载所需功率。其中，将燃料电池单元供给负载的输出功率控制在一个限制功率内包括:通过调节所述燃料电池单元给负载供电时的PWM占空比来限制所述燃料电池单元供给负载的输出功率。其中，通过调节所述燃料电池单元供电时的PWM占空比来限制所述燃料电池单元供给负载的输出功率包括:采集所述燃料电池单元供给负载的输出电压和输出电流；采集所述燃料电池单元本身的电压；以所述燃料电池本身的电压减去燃料电池的最低放电电压的差作为第一误差值，并记录该第一误差值的变化量；根据该第一误差值和第一误差值变化量建立PID控制，获得第一 PID输出电流；如果所述第一 PID输出电流大于与所述燃料电池的限制功率对应的限制电流，则将所述第一 PID输出电流修正为所述限制电流值；以所述第一 PID输出电流减去燃料电池的输出电流的差作为第二误差值，并记录该第二误差值的变化量；根据该第二误差值和第二误差值变化量建立PID控制，获得第一PID输出电压，如果所述第一 PID输出电压大于与所述燃料电池的限制功率对应的限制电压，则将所述第一 PID输出电压修正为所述限制电压值；以所述第一 PID输出电压减去燃料电池的输出电压的差作为第三误差值，并记录该第三误差值的变化量；根据该第三误差值和第三误差值变化量建立PID控制，获取PID输出的第一 PWM值；根据所述第一 PWM值调节燃料电池单元供电时的PWM占空比。其中，当负载所需功率大于所述燃料电池单元的限制功率时，控制所述蓄电池单元补给剩余的负载所需功率包括:当燃料电池单元供给负载的输出电压低于一预设值时，触发所述蓄电池单元向负载的放电过程。其中，进一步包括:当燃料电池单元供给负载的输出电压高于所述蓄电池供给负载的输出电压时，控制所述燃料电池单元对所述蓄电池单元进行充电。其中，控制所述燃料电池单元对所述蓄电池单元进行充电包括:通过调节所述燃料电池单元给所述蓄电池单元充电时的PWM占空比来调节充电电流。其中，通过调节所述燃料电池单元给所述蓄电池单元供电时的PWM占空比来调节充电电流包括:采集所述燃料电池单元给所述蓄电池单元供电时的充电电压与充电电流；以预设的蓄电池限制充电电流减去所述充电电流的差作为第四误差值，并记录该第四误差值的变化量；根据该第四误差值和第四误差值变化量建立PID控制，获得第二 PID输出电压；如果所述第二 PID输出电压大于预设的蓄电池限制充电电压，则将所述第二 PID输出电压修正为所述限制充电电压；以所述第二 PID输出电压减去充电电压的差作为第五误差值，并记录该第五误差值的变化量，并根据该第五误差值和第五误差值变化量建立PID控制，获得的PID输出为第二 PWM 值；根据所述第二 PWM值调节所述燃料电池单元给所述蓄电池单元充电时的PWM占空比。其中，进一步包括:通过调节给所述燃料电池进行空气供给时的PWM占空比来实现对燃料电池的热量管理。其中，通过调节给所述燃料电池进行空气供给时的PWM占空比来实现对燃料电池的热量管理包括:采集所述燃料电池的温度、环境温度，燃料电池输出电压与输出电流；根据所述环境温度，输出电压与输出电流计算得到燃料电池的参考温度；以所述参考温度为参考值，燃料电池温度为反馈量，计算出两者之间的第六误差和第六误差值变化量；根据所述第六误差和第六误差值变化量建立PID控制，计算出第三PID值；根据所述第三PID值调节给所述燃料电池进行空气供给时的PWM占空比。其中，通过单个中央控制器实现对所述燃料电池系统的逻辑控制；其中，所述逻辑控制包括:调节所述蓄电池单元充电电流时的逻辑控制，和/或调节所述燃料电池单元供给负载的输出功率时的逻辑控制，和/或对所述燃料电池进行热量管理时的逻辑控制。其中，在所述中央控制器中通过一个时序调度算法实现对所述燃料电池系统的逻辑控制；其中，所述时序调度算法包括一个PWM循环中断机制，当PWM中断被触发时，所述中央控制器执行调节所述燃料电池单元供给负载的输出功率时的逻辑控制，和/或判断是否触发所述蓄电池单元的放电和对所述蓄电池单元的充电电流大小的逻辑控制。其中，当所述PWM中断未被触发时，所述中央控制器执行对所述燃料电池进行热量管理时的逻辑控制。其中，当所述PWM中断未被触发时，所述中央控制器进一步执行对所述燃料电池单元的燃料供给控制，和/或使所述燃料电池单元按照设定的电流和时间放电以实现性能改善控制，和/或采集所述燃料电池系统的各种实时数据，和/或执行通信和存储功能。本专利技术实施例提供的一种燃料电池系统，包括:燃料电池单元4、蓄电池单元5、燃料电池功率模块14、蓄电池功率模块15和中央控制器16 ;其中，所述燃料电池单元4通过所述燃料电池功率模块14向负载6提供电能；所述蓄电池单元5通过所述蓄电池功率模块15接收来自所述燃料电池功率模块14的充电电流，以及向负载6提供电能；所述中央控制器16通过控制所述燃料电池功率模块14将燃料电池单元4供给负载6的输出功率控制在一个限制功率内；当负载6所需功率大于所述燃料电池单元4的限制功率时，所述中央控制器16通过控制所述蓄电池功率模块15使所述蓄电池单元5补给剩余的负载6所需功率。其中，所述燃料电池功率模块本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池系统控制方法，适用于的燃料电池系统包括燃料电池单元和蓄电池单元，其特征在于，所述方法包括：将燃料电池单元供给负载的输出功率控制在一个限制功率内；当负载所需功率大于所述燃料电池单元的限制功率时，控制所述蓄电池单元补给剩余的负载所需功率。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：左彬，
申请(专利权)人：武汉众宇动力系统科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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