一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法及其排氮阀系统技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法及其排氮阀系统，步骤1：采用BP神经网络建立拉载电流与阳极积累氮气质量速率的模型，进而根据拉载电流计算阳极积累氮气质量速率；步骤2：采用BP神经网络建立排氮阀内部压强和大气压压差与排氮阀排氮气质量速率的模型，进而根据排氮阀内部压强和大气压压差计算排氮阀排氮气质量速率；步骤3：通过阳极积累氮气质量速率实时计算阳极积累氮气质量，当阳极积累氮气质量达到M1时，氮气排放质量和排放时间清零，打开排氮阀；步骤4：根据氮气排放速率实时计算氮气的排放质量，当排放质量达到M1时，氮气积累质量和积累时间清零，排氮阀关闭。本发明专利技术能提高氢气利用率，提高电堆性能。提高电堆性能。提高电堆性能。

A control method of nitrogen exhaust valve for hydrogen fuel system and its nitrogen exhaust valve system

【技术实现步骤摘要】
一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法及其排氮阀系统


[0001]本专利技术属于氢燃料系统领域，细分领域为氢燃料系统排氮阀控制领域，尤其涉及一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法及其排氮阀系统。

技术介绍

[0002]氢燃料电池中的氢气通过进氢阀和比例阀调节压力进入燃料电池阳极，电子通过外电路到达阴极形成电流回路产生电能，氢质子通过质子交换膜和阴极的氧气反应产生水，同时阴极会有少量氮气、水以及其他杂质渗透到阳极，因此需要开启氢气管路尾部的排水阀排水，排氮阀排出氮气以及其他杂质气体，由于排氮阀排出的主要是氮气，其他杂质气体相比氮气不是一个数量级，可以忽略不计，因此下文以排氮阀排氮气来做说明，忽略其他杂质气体。
[0003]目前，排氮阀的控制主要通过经验标定排氮阀的固定开启周期、开启时间、关闭时间。但是，控制排氮阀固定开启周期、开启时间、关闭时间，不能反应阳极中存在的氮气量，排氮阀开启频率偏高或开启时间长，会排放过量的氢气，造成氢气资源浪费，系统效率低；排氮阀开启频率偏低或开启时间短，会造成阳极杂质过多，导致单片电压偏低，甚至影响电堆寿命。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法及其排氮阀系统。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法，
[0007]包括以下步骤：
[0008]步骤1：采用BP神经网络建立拉载电流与阳极积累氮气质量速率的模型，进而根据拉载电流计算阳极积累氮气质量速率；
[0009]步骤2：采用BP神经网络建立排氮阀内部压强和大气压压差与排氮阀排氮气质量速率的模型，进而根据排氮阀内部压强和大气压压差计算排氮阀排氮气质量速率；
[0010]步骤3：通过阳极积累氮气质量速率实时计算阳极积累氮气质量，当阳极积累氮气质量达到M1时，氮气排放质量和排放时间清0，打开排氮阀；
[0011]步骤4：根据氮气排放速率实时计算氮气的排放质量，当排放质量达到M1时，氮气积累质量和积累时间清0，排氮阀关闭。
[0012]优选地，所述的一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法，
[0013]包括以下步骤：
[0014](1)采用BP神经网络训练出以拉载电流I，I＝0～550A，燃料电池片数N，N＝360片为输入，以氮气积累速率V1，V1＝0～1g/s为输出的模型，输入为电堆片数N，拉载电流I，输出为氮气和杂质气体积累速度V1，其中BP神经网络激活函数采用S函数，S函数如式(1)；
[0015][0016](2)当系统燃料电池片数为360片，将拉载电流I输入步骤(1)训练出的模型，即可得出对应的氮气积累速率V1；
[0017](3)采用BP神经网络训练出以排氮阀内部压力和大气压压差P，P＝5～130KPa为输入，排氮阀排氮气速率V2，V2＝0～5g/s为输出的模型，输入为排氮阀内部压力和大气压压差P，输出为排氮阀排氮气速率V2，其中BP神经网络激活函数采用S函数，S函数如式(1)；
[0018](4)将排氮阀内部压力和大气压压差P输入步骤(1)训练出的模型，即可得出对应的排氮阀排氮气速率V2；
[0019](5)控制燃料电池系统启动，燃料电池开机；
[0020](6)控制排氮阀开启T1秒，3<T1<10，将燃料电池阳极内部的氮气吹扫干净，然后控制排氮阀关闭；
[0021](7)控制燃料电池拉载，同时氮气积累时间清0，氮气积累质量清0，排氮气时间清0，排氮气质量清0；
[0022](8)根据当前拉载电流I，结合步骤(1)、(2)计算氮气积累速率V1，根据计算氮气积累质量，当氮气积累质量达到M1克，0<M1<＝1，则排氮时间清0，排氮质量清0，排氮阀打开；
[0023](9)根据排氮阀内部气压和大气压的压差P，结合步骤(3)、(4)计算排氮阀排氮气速率V2，根据计算氮气排放质量，氮气排放质量达到M1克，0<M1<＝1，则氮气积累时间清0，积累质量清0，排氮阀关闭；
[0024](10)如果进入吹扫状态，则执行步骤(11)、(12)，否则继续执行步骤(8)、(9)；
[0025](11)根据当前拉载电流I，结合步骤(1)、(2)计算氮气积累速率V1，根据计算氮气积累质量，氮气积累质量达到M1克，0<M1<＝1，则排氮时间清0，排氮质量清0，排氮阀打开，其中，1.5<＝C1<＝4；
[0026](12)根据排氮阀内部气压和大气压的压差P，结合步骤(3)、(4)计算排氮阀排氮气速率V2，根据计算氮气排放质量，氮气排放质量达到M1克，0<M1<＝1，则氮气积累时间清0，氮气积累质量清0，排氮阀关闭；
[0027](13)吹扫完成则执行步骤(14)，否则执行步骤(11)、(12)；
[0028](14)排氮阀关闭，氮气积累时间清0，氮气积累质量清0，排氮时间清0，排氮质量清0。
[0029]优选地，所述的一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法，
[0030]包括以下步骤：
[0031](6)控制排氮阀开启9秒，将燃料电池阳极内部的氮气吹扫干净，防止阳极的氮气影响燃料电池启动，然后控制排氮阀关闭；
[0032](7)控制燃料电池拉载，同时氮气积累时间清0，氮气积累质量清0，排氮气时间清0，排氮气质量清0；
[0033](8)根据当前拉载电流I＝550A，结合步骤(1)、(2)计算氮气积累速率V1＝1g/s，根据计算氮气积累质量，当氮气积累质量达到M1＝1克，则排氮时间清0，排氮质量清0，排氮阀打开；
[0034](9)根据排氮阀内部气压和大气压的压差P＝130Kpa，结合步骤(3)、(4)计算排氮阀排氮气速率V2＝5g/s，根据计算氮气排放质量，氮气排放质量达到M1＝1克，则氮气积累时间清0，积累质量清0，排氮阀关闭；
[0035](10)如果进入吹扫状态，则执行步骤(11)、(12)，否则继续执行步骤(8)、(9)；
[0036](11)根据当前拉载电流I＝550A，结合步骤(1)、(2)计算氮气积累速率V1＝1g/s，根据计算氮气积累质量，氮气积累质量达到M1＝1克，则排氮时间清0，排氮质量清0，排氮阀打开；
[0037](12)根据排氮阀内部气压和大气压的压差P＝130KPa，结合步骤(3)、(4)计算排氮阀排氮气速率V2＝5g/s，根据计算氮气排放质量，氮气排放质量达到M1＝1克，则氮气积累时间清0，氮气积累质量清0，排氮阀关闭。
[0038]优选地，所述的一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法，
[0039]包括以下步骤：
[0040](6)控制排氮阀开启4秒，将燃料电池阳极内部的氮气吹扫干净，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用BP神经网络建立拉载电流与阳极积累氮气质量速率的模型，进而根据拉载电流计算阳极积累氮气质量速率；步骤2：采用BP神经网络建立排氮阀内部压强和大气压压差与排氮阀排氮气质量速率的模型，进而根据排氮阀内部压强和大气压压差计算排氮阀排氮气质量速率；步骤3：通过阳极积累氮气质量速率实时计算阳极积累氮气质量，当阳极积累氮气质量达到M1时，氮气排放质量和排放时间清0，打开排氮阀；步骤4：根据氮气排放速率实时计算氮气的排放质量，当排放质量达到M1时，氮气积累质量和积累时间清0，排氮阀关闭。2.根据权利要求1所述的一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用BP神经网络训练出以拉载电流I，I＝0～550A，燃料电池片数N，N＝360片为输入，以氮气积累速率V1，V1＝0～1g/s为输出的模型，输入为电堆片数N，拉载电流I，输出为氮气和杂质气体积累速度V1，其中BP神经网络激活函数采用S函数，S函数如式(1)；(2)当系统燃料电池片数为360片，将拉载电流I输入步骤(1)训练出的模型，即可得出对应的氮气积累速率V1；(3)采用BP神经网络训练出以排氮阀内部压力和大气压压差P，P＝5～130KPa为输入，排氮阀排氮气速率V2，V2＝0～5g/s为输出的模型，输入为排氮阀内部压力和大气压压差P，输出为排氮阀排氮气速率V2，其中BP神经网络激活函数采用S函数，S函数如式(1)；(4)将排氮阀内部压力和大气压压差P输入步骤(1)训练出的模型，即可得出对应的排氮阀排氮气速率V2；(5)控制燃料电池系统启动，燃料电池开机；(6)控制排氮阀开启T1秒，3<T1<10，将燃料电池阳极内部的氮气吹扫干净，然后控制排氮阀关闭；(7)控制燃料电池拉载，同时氮气积累时间清0，氮气积累质量清0，排氮气时间清0，排氮气质量清0；(8)根据当前拉载电流I，结合步骤(1)、(2)计算氮气积累速率V1，根据计算氮气积累质量，当氮气积累质量达到M1克，0<M1<＝1，则排氮时间清0，排氮质量清0，排氮阀打开；(9)根据排氮阀内部气压和大气压的压差P，结合步骤(3)、(4)计算排氮阀排氮气速率V2，根据计算氮气排放质量，氮气排放质量达到M1克，0<M1<＝1，则氮气积累时间清0，积累质量清0，排氮阀关闭；(10)如果进入吹扫状态，则执行步骤(11)、(12)，否则继续执行步骤(8)、(9)；(11)根据当前拉载电流I，结合步骤(1)、(2)计算氮气积累速率V1，根据
计算氮气积累质量，氮气积累质量达到M1克，0<M1<＝1，则排氮时间清0，排氮质量清0，排氮阀打开，其中，1.5<＝C1<＝4；(12)根据排氮阀内部气压和大气压的压差P，结合步骤(3)、(4)计算排氮阀排氮气速率V2，根据计算氮气排放质量，氮气排放质量达到M1克，0<M1<＝1，则氮气积累时间清0，氮气积累质量清0，排氮阀关闭；(13)吹扫完成则执行步骤(14)，否则执行步骤(11)、(12)；(14)排氮阀关闭，氮气积累时间清0，氮气积累质量清0，排氮时间清0，排氮质量清0。3.根据权利要求2所述的一种适用于氢燃料系统的排氮阀控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(6)控制排氮阀开启9秒，将燃料电池阳极内部的氮气吹扫干净，防止阳极的氮气影响燃料电池启动，然后控制排氮阀关闭；(7)控制燃料电池拉载，同时氮气积累时间清0，氮气积累质量清0，排氮气时间清0，排氮气质量清0；(8)根据当前拉载电流I＝550A，结合步骤(1)、(2)计算氮气积累速率V1＝1g/s，根据计算氮气积累质量，当氮气积累质量达到M1＝1克，则排氮时间清0，排氮质量清0，排氮阀打开；(9)根据排氮阀内部气压和大气压的压差P＝130Kpa，结合步骤(3)、(4)计算排氮阀排氮气速率V2＝5g/s，根据计算氮气排放质量，氮气排放质量达到M1＝1克，则氮气积累时间清0，积累质量清0，排氮阀关闭；(10)如果进入吹扫状态，则执行步骤(11)、(12)，否则继续执行步骤(8)、(9)；(11)根据当前拉载电流I＝550A，结合步骤(1)、(2)计算氮气...

【专利技术属性】
技术研发人员：温永岁，董震，周洪雷，董清华，李刚，仝淼，
申请(专利权)人：苏州溯驭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：