一种燃料电池阴极控制方法技术

本发明专利技术提出了一种燃料电池阴极控制方法，通过较少的、容易获取的最小阴极系统的数据，进行小区域划分，得出每个区域的二元一次的解耦方程，实现了在工程上的快速应用；由于本控制方法是以流量、压力为目标的，即使在燃料电池系统应用过程中，出现了环境变化、部件老化等情况带来的压力干扰、流量干扰，本控制方法辨识到压力、流量偏差量过大时进行调整空气压缩机转速和节气门开度达到自动适应的目标。缩机转速和节气门开度达到自动适应的目标。缩机转速和节气门开度达到自动适应的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池阴极控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池系统阴极控制
，特别涉及一种燃料电池阴极控制方法。

技术介绍

[0002]燃料电池系统通常由阳极供给模块、阴极供给模块、热管理模块、电力输出模块等组成，针对于阴极供给模块，往往由空气压缩机将外界大气泵入到燃料电池电堆之中，并通过节气门提供一定的背压，以实现控制燃料电池系统阴极的压力和流量。实际应用过程中，压力和流量相互耦合，为了达到要求的阴极压力和流量，技术人员往往要多次调整空气压缩机的转速和节气门的开度来匹配要求的压力和流量。同时由于实际工况的变化、部件老化等影响，会导致在原本设置好的空气压缩机转速和节气门开度下，燃料电池系统无法达到要求的压力和流量，严重情况下将会导致燃料电池阴极欠气引起不可逆的损害。因此解耦压力和流量，设计一种以压力和流量为目标的控制器是技术发展方向，此类控制器可以控制燃料电池系统在有一定的干扰下，控制器能够主动调整空气压缩机转速和节气门开度以保证要求的阴极压力和流量，提高了燃料电池系统运行的稳定性与寿命。
[0003]现有技术往往是技术人员通过标定的手段，预先在控制器中设置了不同压力、流量需求下的空气压缩机转速和节气门开度；在出现控制器控制偏差过大时，技术人员将重新标定控制器，这将会消耗大量的人力物力。
[0004]现有技术存在以下几点不足：
[0005]1、现有的流量、压力解耦公式，都涉及了复杂的算式或者大量特性数据的获取，工程上较难实际应用。
[0006]2、当压力或流量不满足时，会单独对空气压缩机转速进行调整，以适应变化
[0007]3、燃料电池系统标定时常集中于对空气压缩机转速、节气门开度的标定，而该标定后的数据由于燃料电池运行的环境不一样导致无法满足燃料电池系统所需的阴极压力和阴极流量，引起燃料电池阴极欠气

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池阴极控制方法，解耦阴极回路的压力、流量关系，通过最小阴极系统得出阴极回路二元一次的解耦方程，利用解耦方程，反求出空气压缩机期望转速与节气门期望开度，实现了以压力、流量为目标的控制器，满足了在燃料电池系统应用过程出现了环境变化、部件老化等情况下，能够自动调整空气压缩机转速和节气门开度以达到要求阴极压力与流量。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]本申请公开了一种燃料电池阴极控制方法，具体包括如下步骤：
[0011]S1、设计最小阴极系统，在最小阴极系统中，通过改变空气压缩机的转速rpm和节气门的开度percent，可以得到不同压力P和流量F的数据，从而得到关于转速rpm、开度
percent、压力P和流量F的数据组；
[0012]S2、在燃料电池系统的阴极供气子系统中，设置期望压力P
exp
、压力控制偏差e
P
，期望流量F
exp
和流量控制偏差e
F
；获取当前压力P
now
，当前流量F
now
，当前转速rpm
now
，当前开度percent
now
；
[0013]S3、判断当前压力P
now
是否落入期望压力的偏差内，当前流量F
now
是否落入期望流量的偏差内；若落入，则不用调整；反之，执行自适应流程；
[0014]S4、在步骤S1的数据组中，查找当前转速rpm
now
和当前开度percent
now
所对应的小区域，所述小区域由若干组数据构成，所述小区域的数据的转速上下限为(rpm
a
,rpm
a+i
)，所述当前转速rpm
now
∈(rpm
a
,rpm
a+i
)，所述小区域的数据的开度上下限为(percent
b
,percent
b+j
)，所述当前开度percent
now
∈(percent
b
,percent
b+j
)；
[0015]S5、通过小区域的数据得到小区域的线性拟合函数：[P,F]＝G(rpm,percent)；
[0016]S6、通过线性拟合函数算出当前转速rpm
now
和当前开度percent
now
下，小区域中会达到的压力P
now_in_map
和流量F
now_in_map
；
[0017]S7、依据当前压力P
now
、当前流量F
now
与期望压力P
exp
、期望流量F
exp
的比例关系，对压力P
now_in_map
和流量F
now_in_map
进行等比缩放，得到期望状态下对应在小区域中的期望压力P
exp_in_map
和期望流量F
exp_in_map
；
[0018]S8、通过线性拟合函数的反函数，得到达到小区域期望状态下所需的小区域期望转速rpm
exp_in_map
和期望开度percent
exp_in_map
；
[0019]S9、将期望转速rpm
exp_in_map
限制到小区域的范围内，将期望开度percent
exp_in_map
限制到小区域的范围内；
[0020]S10、将空气压缩机转速调整为rpm
exp_in_map
，将节气门开度调整为percent
exp_in_map
；判断调整后的压力以及流量是否落入期望压力的偏差内，若落入，则停止自适应流程；反之，回到步骤S4。
[0021]作为优选，所述最小阴极系统仅由空滤、空气压缩机和节气门组成。
[0022]作为优选，所述步骤S1中采用控制变量法得到数据组：控制转速不变，调整节气门开度由5％逐步增加值100％，得到若干组数据；再切换一次转速，调整节气门开度由5％逐步增加值100％，得到若干组数据；最终得到数据组。
[0023]作为优选，每次调节节气门开度的间隔为5％。
[0024]作为优选，所述步骤S5中的还包括线性拟合函数：[P,F]＝G(rpm,percent)的校验：
[0025]S51、取位于小区域中的一组或多组数据；
[0026]S52、将每组数据的转速和压力代入线性拟合函数中得到对应的拟合压力、拟合流量；
[0027]S53、将数据的拟合压力与数据的实际压力进行误差分析；将数据的拟合流量与数据的实际流量进行误差分析；
[0028]S54、当误差分析的结果位于合理范围内，则线性拟合函数通过校验；反之，返回步骤S4。
[0029]本专利技术的有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池阴极控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、设计最小阴极系统，在最小阴极系统中，通过改变空气压缩机的转速rpm和节气门的开度percent，可以得到不同压力P和流量F的数据，从而得到关于转速rpm、开度percent、压力P和流量F的数据组；S2、在燃料电池系统的阴极供气子系统中，设置期望压力P
exp
、压力控制偏差e
P
，期望流量F
exp
和流量控制偏差e
F
；获取当前压力P
now
，当前流量F
now
，当前转速rpm
now
，当前开度percent
now
；S3、判断当前压力P
now
是否落入期望压力的偏差内，当前流量F
now
是否落入期望流量的偏差内；若落入，则不用调整；反之，执行自适应流程；S4、在步骤S1的数据组中，查找当前转速rpm
now
和当前开度percent
now
所对应的小区域，所述小区域由若干组数据构成，所述小区域的数据的转速上下限为(rpm
a
,rpm
a+i
)，所述当前转速rpm
now
∈(rpm
a
,rpm
a+i
)，所述小区域的数据的开度上下限为(percent
b
,percent
b+j
)，所述当前开度percent
now
∈(percent
b
,percent
b+j
)；S5、通过小区域的数据得到小区域的线性拟合函数：[P,F]＝G(rpm,percent)；S6、通过线性拟合函数算出当前转速rpm
now
和当前开度percent
now
下，小区域中会达到的压力P
now_in_map
和流量F
now_in_map
；S7、依据当前压力P
now
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡钱坤，陆建山，郭志阳，周鸿波，刘志洋，
申请(专利权)人：金华氢途科技有限公司，
类型：发明
国别省市：