一种新型燃料电池汽车的气体流量控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种新型燃料电池汽车的气体流量控制系统；所述气体流量控制系统分为数据采集、数据处理、机械控制三大部分；所述数据采集部分由转速传感器、电流传感器和电压传感器组成，用于采集轮毂电机的转速、电流以及燃料电池的电压；所述数据处理部分为PLC控制器，用于数据处理与控制，将采集信号进行数值分析并将控制信号送入电动控制部件；所述电气控制部分包括第一调节器、第二调节器，用于根据控制指令控制燃料电池的气体流量，从而实现燃料电池气体流量控制；该系统能够根据燃料电池汽车动力输出需要及时调整燃料电池输出功率，大大提高了气流流量控制精度和响应速度，降低了动力电池的功率调节需求，延长了燃料电池的使用寿命。用寿命。用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种新型燃料电池汽车的气体流量控制系统及控制方法


[0001]本专利技术属于自动控制领域，具体涉及一种新型燃料电池汽车的气体流量控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]氢燃料电池汽车利用氢气和氧气的电化学反应产生电能，从而驱动电机转动，使电动汽车获得运动动能。以质子交换膜燃料电池为例，将固体聚合物作为电解质膜，空气作为氧化剂，氢气作为燃料气体，双极板采用气体流动通道的石墨或进行表面改性的金属板。在阳极，氢气在催化剂的作用下失去电子生成氢正离子(也叫做质子)，燃料电池的质子交换膜促进氢正离子从阳极转移到阴极；在阴极，空气中的氧气在催化剂表面获得电子，形成负离子，并与从阳极转移到阴极的氢正离子发生化学反应，生成水，水通过气体扩散层与残余未发生反应的尾气一并排出。因此，氢燃料电池在工作的时候，需要实时的按比例向燃料电池输送氢气和空气(氧气)，与此同时，排出反应生成的水，并根据燃料电池电能输出需要进行燃料气体和氧化剂气体的输送量调整，以提高燃料电池使用效率。
[0003]氢燃料电池控制系统需要阴极含氧量和阳极氢气量精准配合。当整车需求功率跟随外部环境变化时，氢燃料电池系统中燃料电池需求的空燃比也会发生跟随性变化。氢气供给系统中的电控调节阀控制进入燃料电池内的氢气流量，若氢气流量的控制精度差，燃料电池输出功率将产生波动。如何及时调整送入燃料电池的氢气、氧气流量，实现燃料电池功率输出的快速动态响应，根据氢燃料电池汽车的动力需求实施高效控制，是目前氢燃料电池汽车研究领域的一大热点，对于氢能汽车的推广应用具有重要意义。此外，高效可靠的燃料电池能够减少动力电池功率补偿需求，降低动力电池容量需求，减轻氢燃料电池汽车整备质量，对于氢能汽车的推广应用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]为了实现氢燃料电池汽车气体流量的高效控制，解决现有技术的不足之处，本专利技术提供了一种新型的基于电流检测的燃料电池汽车气体流量控制系统及控制方法，以满足氢燃料电池汽车发展趋势。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种新型燃料电池汽车的气体流量控制系统；所述气体流量控制系统包括轮毂电机Ⅰ、电机控制器Ⅰ、轮毂电机Ⅱ、电机控制器Ⅱ、转速传感器、电流传感器、电压传感器、PLC控制器、第一调节器、第二调节器、空压机、氢压机、燃料电池和动力电池；所述电流传感器与所述轮毂电机Ⅰ、轮毂电机Ⅱ均进行电气连接，用于采集其电流信号；所述转速传感器与所述轮毂电机Ⅰ进行电气连接，用于采集转速信号；所述电压传感器与所述燃料电池进行电气连接，用于采集其电压信号；所述PLC控制器与所述转速传感器、电流传感器、电压传感器均进行电气连接，用于进行数据处理和控制；所述第一调节器、第二调节器的一端与所述PLC控制器进行电气连接，另一端与所述燃料电池连接，用于根据控制器指令控制所述燃料
电池的气体流量；所述空压机与所述燃料电池连接，用于提供发电所需的空气；所述氢压机与所述燃料电池连接，用于提供发电所需的氢能；所述燃料电池与所述动力电池并联连接，并分别通过所述电机控制器Ⅰ、电机控制器Ⅱ为所述轮毂电机Ⅰ、轮毂电机Ⅱ提供动力。
[0007]工作原理：所述燃料电池汽车气体流量控制系统主要分为数据采集、数据处理和电气控制三部分。所述数据采集部分由转速传感器、电流传感器以及电压传感器组成，用于采集轮毂电机的转速、电流数据以及燃料电池的输出电压；所述数据处理部分为所述PLC控制器，用于数据处理和控制，将数据采集信号进行数值分析并将控制信号传送给电气控制部件；所述电气控制部分包括第一调节器、第二调节器，所述第一调节器的气阀连接燃料气体进气口，所述第二调节器的气阀连接氧化剂气体进气口，用于根据控制器指令控制调节燃料电池的气体流量，从而实现燃料电池气体流量自动控制。
[0008]优选的，所述电流传感器为霍尔电流传感器，用于检测轮毂电机的三相电流瞬时值。
[0009]优选的，所述电压传感器为滑动电阻或变阻箱，用于检测燃料电池输出电压。
[0010]优选的，所述第一调节器、第二调节器分为驱动电路和电动阀两部分；所述驱动电路用于接收PLC控制器的控制信号，并将控制信号输出给所述的电动阀；所述电动阀根据控制信号进行相关的动作，从而控制阀的开度。
[0011]一种基于所述气体流量控制系统的控制方法，所述工作方法包括以下步骤：
[0012]1)利用转速传感器实时采集燃料电池汽车轮毂电机的当前转速r；
[0013]2)利用预先配置的映射关系表I
M
＝f(N，r)获得所述给定转矩N命令对应的命令电流值I
M
；
[0014]3)利用霍尔电流传感器获取燃料电池汽车轮毂电机的当前三相电流瞬时值I
T
；
[0015]4)计算所述命令电流值I
M
与所述当前三相电流瞬时值I
T
的差值，判断所述差值是否大于预设阈值I
B
，当所述差值小于预设阈值时，根据命令电流值I
M
计算燃料电池输出响应电压U
G
；对当所述差值大于或等于预设阈值时，对所述电机执行限功率操作，基于预设的计算规则计算得到执行限功率操作后的给定转矩命令对应的修正电流值I
S
，根据修正电流值计算燃料电池输出响应电压U
G
；
[0016]5)利用电压传感器获取燃料电池正负极输出电压瞬时值U
T
；
[0017]6)利用PLC控制器根据燃料电池输出响应电压U
G
及燃料电池正负极输出电压瞬时值U
T
计算燃料气体和氧化剂气体响应流量
△
Q1、
△
Q2，并向第一、第二调节器发送响应控制信号；
[0018]7)第一调节器根据响应控制信号调节燃料气体气阀调节开度L1，第二调节器根据响应控制信号调节氧化剂气体气阀调节开度L2，从而实现燃料电池气体流量的自动控制。
[0019]优选的，基于电流检测的燃料电池气体流量控制系统预设的计算规则为：
[0020][0021]△
Q1＝C1(U
G-U
T
),
△
Q2＝C2(U
G-U
T
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0022][0023]其中，U
G
表示所述响应电压，I
T
表示所述瞬时电流，I
M
表示所述命令电流，I
B
表示所述预设电流阈值，I
S
表示所述修正电流，R表示等效电阻，
△
Q1表示所述燃料气体响应流量，
△
Q2表示所述氧化剂气体响应流量，Q
max
表示气体最大流量，C1表示燃料气体流量系数，C2表示氧化剂气体流量系数，L1表示所述燃料气体气阀调节开度，L2表示所述氧化剂气体气阀调节开度。
[0024]优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型燃料电池汽车的气体流量控制系统，其特征在于，所述气体流量控制系统包括轮毂电机Ⅰ、电机控制器Ⅰ、轮毂电机Ⅱ、电机控制器Ⅱ、转速传感器、电流传感器、电压传感器、PLC控制器、第一调节器、第二调节器、空压机、氢压机、燃料电池和动力电池；所述电流传感器与所述轮毂电机Ⅰ、轮毂电机Ⅱ均进行电气连接，用于采集其电流信号；所述转速传感器与所述轮毂电机Ⅰ进行电气连接，用于采集转速信号；所述电压传感器与所述燃料电池进行电气连接，用于采集其电压信号；所述PLC控制器与所述转速传感器、电流传感器、电压传感器均进行电气连接，用于进行数据处理和控制；所述第一调节器、第二调节器的一端与所述PLC控制器进行电气连接，另一端与所述燃料电池连接，用于根据控制器指令控制所述燃料电池的气体流量；所述空压机与所述燃料电池连接，用于提供发电所需的空气；所述氢压机与所述燃料电池连接，用于提供发电所需的氢能；所述燃料电池与所述动力电池并联连接，并分别通过所述电机控制器Ⅰ、电机控制器Ⅱ为所述轮毂电机Ⅰ、轮毂电机Ⅱ提供动力。2.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池汽车的气体流量控制系统，其特征在于，所述电流传感器为霍尔电流传感器，用于检测轮毂电机的三相电流瞬时值。3.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池汽车的气体流量控制系统，其特征在于，所述电压传感器为滑动电阻或变阻箱，用于检测燃料电池输出电压。4.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池汽车的气体流量控制系统，其特征在于，所述第一调节器、第二调节器分为驱动电路和电动阀两部分；所述驱动电路用于接收PLC控制器的控制信号，并将控制信号输出给所述的电动阀；所述电动阀根据控制信号进行相关的动作，从而控制阀的开度。5.一种基于权利要求1所述的一种新型燃料电池汽车的气体流量控制系统的控制方法，其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：1)利用转速传感器实时采集燃料电池汽车轮毂电机的当前转速r；2)利用预先配置的映射关系表I
M
＝f(N，r)获得所述给定转矩N命令对应的命令电流值I
M
；3)利用霍尔电流传感器获取燃料电池汽车轮毂电机的当前三相电流瞬时值I
T
；4)计算所述命令电流值I
M
与所述当前三相电流瞬时值I
T
的差值，判断所述差值是否大于预设阈值I
B

【专利技术属性】
技术研发人员：武志涛，魏东，王介生，苏晓英，蔡昌友，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：