一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置，由升压模块、降压模块、信号隔离模块、PEAK源开关、HOLD电源开关、二极管、采样电阻以及阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四等组成；还公开了其燃料电池氢气压力控制方法；采用本发明专利技术的驱动装置及控制方法，燃料电池控制器可以利用六路PWM信号实现4联喷射器电流与氢气压力双闭环循环喷射控制。环循环喷射控制。环循环喷射控制。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置及控制方法


[0001]本专利技术属于氢燃料电池的应用
，涉及一种用于燃料电池阳极氢气供应控制的多联喷射器阀门的驱动装置及控制方法。

技术介绍

[0002]喷射阀高频率、低时延、宽流量范围的特点使其在燃料电池氢气供应系统中得到广泛的应用，然而相对于燃料电池系统中的其它控制阀，喷射器阀采用peak
‑
hold控制方式，必须对24V控制电压进行升压和降压以满足拉开和保持喷射阀阀芯所需要的线圈电流，所以需要专用的驱动电路控制，其冲击电流大，发热明显，若将功能集成到控制器中，一方面降低了喷射器的通用性，另一方面会明显增大控制器的体积，同时对控制器散热和电磁兼容性产生一定的影响。
[0003]为了满足一般控制器对喷射器的控制功能，并实现氢气回路压力的高精度喷射，除了需要稳定的驱动电路，还需要相应的闭环控制方法，其控制难度主要存在以下几点：第一，喷射阀阀芯是否完全开启主要取决于peak电流是否达到相应阈值，如果仅依靠电压施加时间保证阀芯开启，难以判断喷射时阀芯的状态，也会影响每一次氢气喷射精度；第二，喷射阀单阀工作频率较低，约30hz
‑
60hz左右，单阀或者多阀同时喷射频率较低，氢气压力高频抖动幅度较大，影响氢气压力控制精度和电堆寿命；第三，对于多联喷射器一般采用阀门组合工作的方法来覆盖较大范围氢气流量控制，往往阀门数量增加或减少会造成氢气压力的较大波动，增加控制的难度。
[0004]专利CN113093524A着重对单个喷射器的压力PID控制方法进行了描述，而没有对喷射器驱动电路、阀门开度的精准控制、以及多阀组合切换等问题进行分析。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种基于4联喷射器的燃料电池氢气多联喷射器驱动装置，使一般控制器（如PLC、单片机等）可以通过普通DI信号实现对喷射器的控制。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置，包括连接燃料电池控制器的信号隔离模块以及分别连接信号隔离模块的阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四，阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四分别连接4联喷射器上的喷射阀一、喷射阀二、喷射阀三和喷射阀四，4联喷射器上设置有氢气压力传感器，所述的喷射阀一、喷射阀二、喷射阀三和喷射阀四另一端与并联的PEAK源开关和HOLD电源开关连接，PEAK源开关上串联一个二极管来防止高电压反向作用到降压模块上，PEAK源开关和HOLD电源开关同时连接信号隔离模块，所述的PEAK源开关和HOLD电源开关分别连接降压模块和升压模块，升压模块和降压模块同时连接外部24V输入电源，升压模块和降压模块将输入电源的高低压电源输出分别转换成4联喷射器工作时的48V peak电压和12V hold电压，通过调节电阻调节后经过PEAK源开关和HOLD电源开关连接到外部4联喷射器的公共端，阀门选通开关一、阀门选通开
关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四另一端同时连接用来采集驱动电流的采样电阻。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置的控制方法，结合上述控制装置实现多联喷射器的组合喷射，步骤为：信号隔离模块接收外部输入PWM信号，将接收的外部输入PWM信号分别输送给PEAK源开关、HOLD电源开关、阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四，通过光耦隔离后连接控制阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四，通过4联喷射器线圈的电流反馈信号经过隔离放大后送到外部燃料电池控制器，根据氢气压力传感器反馈的压力值，通过电流与氢气压力双闭环PID控制实现燃料电池电堆氢气压力的快速响应和精准控制。
[0008]进一步的步骤为：将燃料电池电堆入口空气压力作为目标值，将燃料电池电堆入口氢气压力传感器的氢气压力作为反馈值，将燃料电池电堆电流作为前馈控制值，通过比例、积分作用计算4联喷射器（200）的占空比z（0～N）：；通过压力闭环PID控制4联喷射器使喷射阀一、喷射阀二、喷射阀三和喷射阀四交错导通，导通时间为T
×
z，其中T为喷射阀的喷射周期，T
×
N＜喷射阀最大导通时间，PID输出单阀喷射占空比0～2，当占空比=0～1时，每个喷射周期T内只有一个喷射阀导通，导通时间按照占空比z计算，当占空比=1～2时，每个周期内会有两个喷射阀导通，以此类推，当占空比=(n
‑
1)～n时，每个周期内会有n个喷射阀导通，即其中一个阀门全周期导通，另外一个阀门导通时间为T
×
(z
‑
1)，通过这种方法实现压力闭环控制及多阀联喷的无级切换。
[0009]本专利技术的有益效果是：通过本专利技术装置及控制方法，燃料电池控制器可以利用六路PWM信号实现4联喷射器电流与氢气压力双闭环循环喷射控制。
附图说明
[0010]图1为本专利技术驱动装置的结构示意图；图2为本专利技术的装置使用连接图；图3为本专利技术的控制逻辑示意图；图4为本专利技术喷射器控制信号示意图。
[0011]各附图标记为：101—升压模块，102—降压模块，103—信号隔离模块，104—PEAK源开关，105—HOLD电源开关，106—二极管，107—阀门选通开关一，108—阀门选通开关二，109—阀门选通开关三，110—阀门选通开关四，111—采样电阻，200—4联喷射器，201—喷射器驱动装置，202—喷射阀一，203—喷射阀二，204—喷射阀三，205—喷射阀四，206—输入电源，207—燃料电池控制器，301—氢气压力传感器。
具体实施方式
[0012]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0013]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图；本实施例中，对于术语“前”、“后”、“左”、“右”、“中间”等指示方位或位置关系的描述，仅基于附图所示的方位或位置关系，目的在于便于描述本专利技术和简化描述，不能理解为对本专利技术的限制。
[0014]参照图1所示，本专利技术公开的一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置，由升压模块101、降压模块102、信号隔离模块103、PEAK源开关104、HOLD电源开关105、二极管106、阀门选通开关一107、阀门选通开关二108、阀门选通开关三109、阀门选通开关四110、采样电阻111以及4联喷射器200上的喷射阀一202、喷射阀二203、喷射阀三204和喷射阀四205组成，信号隔离模块103连接燃料电池控制器207，4联喷射器200上设置有氢气压力传感器301，实际使用中按照图2所示进行管路及线路的连接。
[0015]本装置由外部24V供电，装置内部通过升压模块101和降压模块102转换成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置，其特征在于：包括连接燃料电池控制器（207）的信号隔离模块（103）以及分别连接信号隔离模块（103）的阀门选通开关一（107）、阀门选通开关二（108）、阀门选通开关三（109）和阀门选通开关四（110），阀门选通开关一（107）、阀门选通开关二（108）、阀门选通开关三（109）和阀门选通开关四（110）分别连接4联喷射器（200）上的喷射阀一（202）、喷射阀二（203）、喷射阀三（204）和喷射阀四（205），4联喷射器（200）上设置有氢气压力传感器（301），所述的喷射阀一（202）、喷射阀二（203）、喷射阀三（204）和喷射阀四（205）另一端与并联的PEAK源开关（104）和HOLD电源开关（105）连接，所述的PEAK源开关（104）和HOLD电源开关（105）分别连接降压模块（102）和升压模块（101），升压模块（101）和降压模块（102）同时连接输入电源（206），将输入电源（206）的输出分别转换成4联喷射器（200）的peak电压和hold电压，阀门选通开关一（107）、阀门选通开关二（108）、阀门选通开关三（109）和阀门选通开关四（110）另一端同时连接采样电阻（111）。2.一种如权利要求1所述燃料电池氢气多联喷射器驱动装置的氢气压力控制方法，其特征在于，步骤为：信号隔离模块（103）将接收的外部输入PWM信号分别输送给P...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梦元，王颖，徐跃鉴，陈伟鹏，胡旦，
申请(专利权)人：中国人民解放军九三一八四部队，
类型：发明
国别省市：