一种燃料电池増程器供气系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种燃料电池増程器供气系统及控制方法，包括上位机系统、增程器、供气系统和控制电路，供气系统包括空气供给系统、氢气供给系统、供给控制硬件和供给控制软件，供给控制硬件包括主控制器和副控制器，供给控制软件包括数据采集、数据传输、控制决策、故障自检和测试监控平台；本发明专利技术通过空气流量和压力相对控制以及氢气压力跟随控制，提高了燃料电池增程式电动汽车整车动力性能，增加了电池电堆的安全性，通过自带冷却装置的空气压缩机可提高整个系统集成度，同时氢气循环方案使氢气得到循环利用、加湿氢气和防电堆内部堵水，进而延长了尾气阀排气周期，避免由排气造成的电堆两侧压差剧增而缩短质子交换膜使用寿命。两侧压差剧增而缩短质子交换膜使用寿命。两侧压差剧增而缩短质子交换膜使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池増程器供气系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及新能源电动汽车领域，尤其涉及一种燃料电池増程器供气系统及控制方法。

技术介绍

[0002]燃料电池増程器是用于提升纯电动汽车的一次性续驶里程，即在纯电动汽车上增设燃料电池发电系统作为另一个能量源。目前匹配纯电动汽车的燃料电池増程器大多采用的是石墨板燃料电池堆，结合常压(无背压)燃料电池辅件系统作为增压器，且仅作为车载充电器输出恒定功率为动力蓄电池组充电，并未直接作用于动力输出；
[0003]常压燃料电池増程器虽控制方式简单，但存在着体积功率密度低、运行温度低、对增湿要求高、以及系统耐久性差等难以克服的困难，因此，本专利技术提出一种燃料电池増程器供气系统及控制方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种燃料电池増程器供气系统及控制方法，该燃料电池増程器供气系统及控制方法通过以金属双极板燃料电池堆的无外增湿、高温、高压、高功率密度增压器系统的设计方案，实现了空气流量和压力相对控制以及氢气压力跟随控制，提高了燃料电池增程式电动汽车整车动力性能，增加了电池电堆的安全性，通过自带冷却装置的空气压缩机可提高整个系统集成度，同时氢气循环方案使氢气得到循环利用、加湿氢气和防电堆内部堵水，进而延长了尾气阀排气周期，避免由排气造成的电堆两侧压差剧增而缩短质子交换膜使用寿命。
[0005]为实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种燃料电池増程器供气系统，包括上位机系统、增程器、供气系统和控制电路，所述供气系统包括空气供给系统、氢气供给系统、供给控制硬件和供给控制软件，所述空气供给系统将滤清空气经空气压缩机加压后输送至燃料电池堆阴极侧，所述氢气供给系统采用氢气循环方案将足量氢气燃料输送至燃料电池堆阳极侧，所述供给控制硬件包括主控制器和副控制器，所述供给控制软件包括数据采集、数据传输、控制决策、故障自检和测试监控平台，所述控制电路包括核心系统、电源模块、数字I/O模块、AD/DA模块、驱动模块和通讯模块。
[0006]进一步改进在于：所述空气压缩机内部自带冷却装置，所述氢气循环方案具体循环方法为氢气经压缩存储在车载高压钢罐中，由减压阀将氢气压力减至2
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3Bar，以便电动调压阀安全调节入堆氢气压力，氢气循环泵促进电堆内部氢气流动，可带出未反应的氢气及反应所生成的水，包括气态水和液态水，其中液态水由汽水分离器收集，和反应中跨界氮气一并通过尾气阀适时开启排出，而气态水和未反应的氢气将循环至入堆口。
[0007]进一步改进在于：所述主控制器根据整车发出的指令，协调控制各部件工作状态，一方面发出控制指令，另一方面采集处理数据，最后将增程器运行状态一同反馈至上位机系统。
[0008]进一步改进在于：所述副控制器完成对空气供给系统中的空气压缩机、氢气供给系统中的氢气循环泵和电压巡检的检测与控制，并反馈至上位机系统。
[0009]进一步改进在于：所述数据采集包括对传感器和执行机构反馈信息的采集；所述数据传输是控制主控制器与副控制器之间、主控制器与上位机系统之间、副控制器与执行机构之间的数据通讯传输；所述控制决策输出各执行机构的控制量；所述故障自检对系统运行的每一个环节进行自检，对出现的故障进行记录，并进入紧急工作状态；所述测试监控平台是基于LabVIEW上位机开发设计，用于实时、直观的表示系统工作状态，方便增程器工作状态的监视与控制。
[0010]进一步改进在于：所述主控制器与副控制器之间财通RS485通讯方式实现通讯，所述主控制器与上位机系统之间、副控制器与执行机构之间均通过CAN总线实现通讯。
[0011]一种燃料电池増程器供气系统控制方法，其特征在于包括以下步骤：
[0012]步骤一、启动系统等待自检，通过主控制器与副控制器的控制对整车进行控制指令的发出与数据的采集处理；
[0013]步骤二、主控制器与副控制器对控制电路与空气供给系统和氢气供给系统进行互联和控制；
[0014]步骤三、空气供给系统，利用背压节气门调节入堆空气压力，同时利用解耦控制算法对空气供给系统进行控制，其中以最佳过量系数2.5供应入堆空气流量输入至燃料电池堆阴极侧；
[0015]步骤四、氢气供给系统，采用纯氢做燃料，将氢气压力随动系统的参考量设置为推进空气压力，将此压力下的氢气输入燃料电池堆阳极侧，保证阳极与阴极的压力同升降。
[0016]本专利技术的有益效果为：本专利技术通过以金属双极板燃料电池堆的无外增湿、高温、高压、高功率密度增压器系统的设计方案，实现了空气流量和压力相对控制以及氢气压力跟随控制，提高了燃料电池增程式电动汽车整车动力性能，增加了电池电堆的安全性，通过自带冷却装置的空气压缩机可提高整个系统集成度，同时氢气循环方案使氢气得到循环利用、加湿氢气和防电堆内部堵水，进而延长了尾气阀排气周期，避免由排气造成的电堆两侧压差剧增而缩短质子交换膜使用寿命。
附图说明
[0017]图1为本专利技术空气供给系统结构图。
[0018]图2为本专利技术氢气供给系统结构图。
[0019]图3为本专利技术供给控制硬件结构框图。
[0020]图4为本专利技术供给控制软件结构框图。
[0021]图5为本专利技术控制器主程序流程图。
[0022]图6为本专利技术空气供给系统MPIDNN控制程序流程图。
[0023]图7为本专利技术氢气供给系统模糊PID控制程序流程图。
[0024]图8为系统监控平台首页界面。
[0025]图9为对气体供给控制试验界面。
具体实施方式
[0026]为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例对本专利技术做进一步详述，本实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。
[0027]根据图1
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7所示，本实施例提供了一种燃料电池増程器供气系统及控制方法，包括上位机系统、增程器、供气系统和控制电路，所述供气系统包括空气供给系统、氢气供给系统、供给控制硬件和供给控制软件，所述空气供给系统将滤清空气经空气压缩机加压后输送至燃料电池堆阴极侧，所述氢气供给系统采用氢气循环方案将足量氢气燃料输送至燃料电池堆阳极侧，所述供给控制硬件包括主控制器和副控制器，所述供给控制软件包括数据采集、数据传输、控制决策、故障自检和测试监控平台，所述控制电路包括核心系统、电源模块、数字I/O模块、AD/DA模块、驱动模块和通讯模块。
[0028]所述空气供给系统是将一定流量与压力的滤清空气输送至燃料电池堆阴极侧，高压燃料电池系统采用空气压缩机提高氧气分压，增大氧气体积浓度，所述空气经过滤网滤除杂质，再由空气压缩机进行加压后输送至电堆阴极侧，维持电堆内部电化学反应，出堆空气经背压节气门排入大气中，当负载功率请求发生变化时，由空气压缩机完成空气流量响应，同时，背压节气门配合动作，维持空气压力稳定，所述经过空气压缩机加压后的空气，温度会明显上升，为避免温度过高的反应气体会将质子交换膜热解，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池増程器供气系统，其特征在于：包括上位机系统、增程器、供气系统和控制电路，所述供气系统包括空气供给系统、氢气供给系统、供给控制硬件和供给控制软件，所述空气供给系统将滤清空气经空气压缩机加压后输送至燃料电池堆阴极侧，所述氢气供给系统采用氢气循环方案将足量氢气燃料输送至燃料电池堆阳极侧，所述供给控制硬件包括主控制器和副控制器，所述供给控制软件包括数据采集、数据传输、控制决策、故障自检和测试监控平台，所述控制电路包括核心系统、电源模块、数字I/O模块、AD/DA模块、驱动模块和通讯模块。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池増程器供气系统，其特征在于：所述空气压缩机内部自带冷却装置，所述氢气循环方案具体循环方法为氢气经压缩存储在车载高压钢罐中，由减压阀将氢气压力减至2
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3Bar，以便电动调压阀安全调节入堆氢气压力，氢气循环泵促进电堆内部氢气流动，可带出未反应的氢气及反应所生成的水，包括气态水和液态水，其中液态水由汽水分离器收集，和反应中跨界氮气一并通过尾气阀适时开启排出，而气态水和未反应的氢气将循环至入堆口。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池増程器供气系统，其特征在于：所述主控制器根据整车发出的指令，协调控制各部件工作状态，一方面发出控制指令，另一方面采集处理数据，最后将增程器运行状态一同反馈至上位机系统。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池増程器供气系统，其特征在于：所述副控制器完成对空气供给系统中的空气压缩机、氢气供给系统中的氢气循...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金国，郭恒，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：