系统模拟装置、控制参数的验证方法和比例阀控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及氢气子系统技术领域并提供了一种系统模拟装置、控制参数的验证方法和比例阀控制方法，其中系统模拟装置包括：比例阀，通过第一气路与储氢系统连接，比例阀与控制器电连接；气体缓冲罐，通过第二气路与比例阀连接；分离器，分离器通过第三气路与气体缓冲罐连接，分离器与尾排阀连接；循环泵，具有进气口和出气口，进气口与分离器连接，出气口通过第四气路与第二气路连接；节流阀，设于第三气路。本发明专利技术的技术方案中，气体缓冲罐模拟电堆氢气消耗，节流阀模拟电堆压降。这种设计方式能在氢气路零部件不连电堆，进行燃料电池系统测试前，对比例阀的控制参数进行模拟测试或验证，从而使比例阀达到快速稳定与动态响应的目的。从而使比例阀达到快速稳定与动态响应的目的。从而使比例阀达到快速稳定与动态响应的目的。

【技术实现步骤摘要】
系统模拟装置、控制参数的验证方法和比例阀控制方法


[0001]本专利技术涉及氢气子系统
，具体而言，涉及一种系统模拟装置、一种控制参数的验证方法和一种比例阀控制方法。

技术介绍

[0002]氢气路主要是为燃料电池系统电堆阳极供给氢气，通过控制入堆氢气的压力与流量，以达到满足电堆功率输出需求的目的。如何对氢气子系统的控制参数进行模拟测试或者验证，一直是行业内重点关注的课题。

技术实现思路

[0003]与储氢系统连接，氢气可以经第一气路由储氢系统流向比例阀。此处的储氢系统可以理解为储氢装置，比如储气瓶等，当然，储氢系统还可以包括各种控制阀。进一步地，比例阀用于与控制器电连接，控制器能够控制比例阀的开度。气体缓冲罐通过第二气路与比例阀连接，气体缓冲罐用于改变气体的流速。
[0004]进一步地，分离器通过第三气路与气体缓冲罐连接，分离器能够模拟燃料电池中气体和液体分离，以真实还原燃料电池系统，排除无关因素。分离器用于与尾排阀连接。根据所述系统模拟装置中尾排阀开启周期计算出前馈补偿量。进一步地，循环泵具有进气口和出气口。循环泵的进气口与分离器连接，循环泵的出气口通过第四气路与第二气路连接。通过设置循环泵，未经排气口排出的氢气能够依次经过第四气路和第二气路，重新进入到气体缓冲罐。进一步地，节流阀设于第三气路，节流阀是通过改变节流面或节流长度以控制流体流量的阀门，此处对节流阀进行调节，能够模拟燃料电池系统中的电堆压降。
[0005]氢气路主要是为燃料电池系统电堆阳极供给氢气，通过控制入堆氢气的压力与流量，以达到满足电堆功率输出需求的目的。如何对氢气子系统的控制参数进行模拟测试或者验证，一直是行业内重点关注的课题。
[0006]本申请限定的技术方案中，按照基本的氢气路架构，提供了一种系统模拟装置，气体缓冲罐模拟电堆氢气消耗，节流阀模拟电堆压降，检测氢气路的控制方式能否稳定气体缓冲罐前的气体压力。这种设计方式能在氢气路零部件不连电堆，进行燃料电池系统测试前，对比例阀的控制参数进行模拟测试或验证，从而使比例阀达到快速稳定与动态响应的目的。
[0007]另外，本专利技术提供的上述技术方案还可以具有如下附加技术特征：在上述技术方案中，还包括：排气口，排气口通过第五气路与气体缓冲罐连接；针阀，设于第五气路，针阀用于改变排气流量。
[0008]在该技术方案中，系统模拟装置还包括排气口和针阀。具体地，排气口通过第五气路与气体缓冲罐连接，流入到气体缓冲罐的一部分气体能够依次经过第五气路以及排气口排出，通过排出一部分气体，模拟燃料电池系统中氢气的损耗。进一步地，针阀设于第五气路，针阀是一种微调阀，其阀塞为针形，主要用作调节气流量。微调阀要求阀口开启逐渐变
大，从关闭到开启至最大能够连续细微地调节。此处的针阀用于改变排气流量。可以理解为，本申请中的系统模拟装置通过气体缓冲罐配合针阀模拟电堆氢气消耗。
[0009]在上述技术方案中，还包括：第一传感器，设于第一气路；第二传感器，设于第二气路；第三传感器，设于第三气路。
[0010]在该技术方案中，系统模拟装置还包括第一传感器、第二传感器和第三传感器。其中，第一传感器设于第一气路，氢气子系统设定好初始压力，通过第一传感器对系统压力进行监测，使其满足比例阀前端的压力需求。进一步地，第二传感器设于第二气路，第四气路与第二气路的连接位置处于第二传感器与比例阀之间。由储氢系统进入到第二气路的氢气，以及通过气体循环泵进入第二气路的氢气，先经过第二传感器，之后再进入到气体缓冲罐。第二传感器用于监测氢气排出前的气体压力，即监测系统氢气消耗前的压力。进一步地，第三传感器设于第三气路，第三传感器位于节流阀与循环泵之间，第三传感器用于监测氢气排出后的气体压力，即监测系统氢气消耗后的压力。
[0011]通过第二传感器得到第二压力值，通过第三传感器得到第三压力值，控制通过改变针阀的开度，能够对第二压力值与第三压力值的差值进行调节，将压差控制在合理范围内，从而更接近燃料电池系统中氢气的损耗情况。
[0012]在上述技术方案中，还包括：控制器，控制器与比例阀电连接，控制器与第一传感器电连接，控制器与第二传感器电连接，控制器与第三传感器电连接。
[0013]在该技术方案中，系统模拟装置还包括控制器。具体地，控制器与比例阀电连接，控制器能够控制比例阀的开度。控制器与第一传感器电连接，第一传感器能够将第一压力信息以第一电信号的形式发送至控制器；控制器与第二传感器电连接，第二传感器能够将第二压力信息以第二电信号的形式发送至控制器；控制器与第三传感器电连接，第三传感器能够将第三压力信息以第三电信号的形式发送至控制器。
[0014]在上述技术方案中，控制器的输出量为u（t），比例阀的理论开度与比例阀的实际开度的误差值为e（t），。
[0015]在该技术方案中，控制器的输出量为u（t），比例阀的理论开度与比例阀的实际开度的误差值为e（t），输出量u（t）与误差值e（t）之间的计算公式为。其中K
P
与K
i
为控制参数，具体地，K
P
为比例参数，K
i
为积分参数，属于控制器中的标定量。在比例阀的开度控制中，氢气理论入堆压力为a（t），氢气实际入堆压力为b（t），比例阀开度参考PWM值为M，氢气压力期望阈值为D，根据尾排阀开启周期计算出的前馈补偿量为c（t），计算后得到各个时间点下的比例阀开度，通过开度的变化稳定氢气入堆压力，实现氢气压力的稳态控制与动态响应。
[0016]在上述技术方案中，还包括：流量计，设于第五气路，流量计位于排气口与针阀之间。
[0017]在该技术方案中，系统模拟装置还包括流量计。具体地，流量计设于第五气路，流量计位于排气口与针阀之间。流量计用于测定流量或某一时间段内流体的总量。通过设置流量计，工作人员能够更加精确地对气体的排出量进行控制，有利于提高控制参数验证结果的准确性。
[0018]在上述技术方案中，还包括：开关阀，设于第一气路。
[0019]在该技术方案中，系统模拟装置还包括开关阀。具体地，开关阀设于第一气路，且开关阀位于第一传感器与储氢系统之间。开关阀为起截止作用的开关。在试验开始前打开开关阀，储氢系统中的氢气能够通过第一气路流向比例阀。在试验结束后关闭开关阀，此时储氢系统中的氢气不再向比例阀流动。
[0020]在上述技术方案中，分离器具有第一出口和第二出口，第一出口与进气口连接，系统模拟装置还包括：第六气路，第六气路的一端与第二出口连接。
[0021]在该技术方案中，分离器具有第一出口和第二出口，分离器的第一出口与循环泵的进气口连接。第六气路的一端与分离器的第二出口连接。分离器用于将气体和液体分开，设置分离器的目的在于能够尽可能地接近真实的燃料电池系统，有利于排出试验的无关因素。在燃料电池系统中，气体由第一出口进入气体循环泵，液体通过第二出口排出。
[0022]在上述技术方案中，还包括：尾排阀，设于第六气路。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统模拟装置，其特征在于，包括：比例阀（110），所述比例阀（110）通过第一气路（181）与储氢系统（200）连接，所述比例阀（110）用于与控制器（160）电连接；气体缓冲罐（120），所述气体缓冲罐（120）通过第二气路（182）与所述比例阀（110）连接；分离器（170），所述分离器（170）通过第三气路（183）与所述气体缓冲罐（120）连接，所述分离器（170）用于与尾排阀（146）连接；循环泵（130），所述循环泵（130）具有进气口（131）和出气口（132），所述进气口（131）与分离器（170）连接，所述出气口（132）通过第四气路（184）与所述第二气路（182）连接；节流阀（141），设于所述第三气路（183）。2.根据权利要求1所述的系统模拟装置，其特征在于，还包括：排气口（142），所述排气口（142）通过第五气路（185）与所述气体缓冲罐（120）连接；针阀（143），设于所述第五气路（185），所述针阀（143）用于改变排气流量。3.根据权利要求1所述的系统模拟装置，其特征在于，还包括：第一传感器（151），设于所述第一气路（181）；第二传感器（152），设于所述第二气路（182）；第三传感器（153），设于所述第三气路（183）。4.根据权利要求3所述的系统模拟装置，其特征在于，还包括：控制器（160），所述控制器（160）与所述比例阀（110）电连接，所述控制器（160）与所述第一传感器（151）电连接，所述控制器（160）与所述第二传感器（152）电连接，所述控制器（160）与所述第三传感器（153）电连接。5.根据权利要求4所述的系统模拟装置，其特征在于，所述控制器（160）的输出量为u（t），所述比例阀（110）的理论开度与所述比例阀（110）的实际开度的误差值为e（t），。6.根据权利要求2所述的系统模拟装置，其特征在于，还包括：流量计（144），设于所述第五气路（185），所述流量计（144）位于所述排气口（142）与所述针阀（143）之间。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭炼，辛小超，王志民，
申请(专利权)人：三一汽车制造有限公司，
类型：发明
国别省市：