【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢燃料电池，具体为一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法及设备。
技术介绍
1、随着全球变暖和传统化石能源的匮乏，国家提出了发展清洁新能源以及碳中和等重大战略。氢能源作为一种新型能源越来越受到广泛关注，氢燃料电池系统作为发展氢能源重要的组成部分已经成功实现商业应用。氢燃料电池系统具有零污染、效率高和噪音低等诸多优点，其主要由电堆模块、氢气子系统模块、空气子系统模块、水热子系统模块和电气子系统模块组成。氢气子系统模块主要为电堆模块的阳极侧提供一定压力、流量、温度和湿度的氢气，氢气作为电堆的燃料与阴极侧空气中的氧气进行电化学反应产生水和电流，电流通过外电路向负载提供电能。
2、由于电堆在工作的过程中阳极侧产生的水不能及时排出就会导致电堆的膜电极“水淹”现象，影响燃料电池系统的工作性能。在电堆阴极侧空气中会含有氮气，氮气由于扩散效应会在电堆阳极侧积累，如果不能及时排出积累的氮气则会影响燃料电池的性能，严重地可能造成电堆不可恢复的性能下降。由于上述原因，燃料电池系统通常采用排放阀来定时排出系统中多余的水分和氮气，保证燃料电池系统的正常运行，但在排出多余的水分和氮气的同时会排放出一定的氢气，这样就会对燃料造成一定的浪费。现有的对排放阀的控制方法是按照预先设定的固定频率对排放阀进行启动，并且通过预设的占空比对排放阀的开启时间进行控制，为了有效的排出阳极侧的水和氮气，会设置较高的开启频率和较大的开启时间。
3、上述方法主要问题在于采用固定频率和占空比，这样会在燃料电池系统小功率条件下的把未反应的氢气直接排放出
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法及设备，解决了上述
技术介绍
中提出的排放阀采用固定频率和固定占空比的控制方法，会在燃料电池系统小功率条件下的把未反应的氢气直接排放出，造成燃料的浪费，或者在燃料电池系统大功率的条件下又可能造成燃料的不足，进而影响燃料电池的性能；没有考虑燃料电池实时运行性能，无法准确、有效确定排放阀的控制方法的问题。
2、本专利技术提供如下技术方案：一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，包括以下步骤：
3、步骤一、采集氢燃料电池系统的性能表征变量作为控制变量，氢燃料电池系统的性能表征变量包括电堆输出电压νfc、相应的变化量δνfc、电堆输出电流ifc和电堆阳极侧入口气体压力pina；
4、步骤二、把步骤一中采集的控制变量输入到模糊控制器内；
5、步骤三、模糊控制器对输入的控制变量进行模糊化处理，对控制变量进行模糊化处理的操作为：把上述的四个控制变量分别带入输入模糊化的隶属函数，得到针对四个控制变量的各自隶属函数，并根据各控制变量的取值范围确定各自隶属函数的均值和标准差值，通过高斯函数的形式建立各控制变量的大(l)、中(m)和小(s)三种模糊量；
6、步骤四、采用mamdani法，把步骤三中的控制量模糊化的隶属函数进行模糊推理处理，具体推理规则的表达式如下式所示：
7、
8、其中，cok和cck为第k次规则的模糊中间值，i代表大、中、小行为，即i＝l,m,s；
9、步骤五、通过模糊控制器输出公式计算出输出给排放阀的控制量，其中包括排放阀的开启时间和关闭时间，所用公式如下所示：
10、
11、式中：po为排放阀的开启时间输出值；pc为排放阀的关闭时间输出值；
12、步骤六、利用控制逻辑模块进行相应的组合和时序设计后控制排放阀的开启或关闭；具体操作为：fcu控制单元开始进行关闭时间计数，实时检查关闭计数值，如果检测到关闭计数值大于或者等于关闭时间时，则通过fcu控制单元输出电路控制排放阀进行开启动作；当排放阀开启动作后，fcu控制单元开始开启时间计数，当开启计数值大于或者等于开启时间时，通过fcu控制单元输出电路控制排放阀进行关闭动作；然后对关闭计数值和开启计数值进行清零操作后，进行下一次操作。
13、优选的，步骤三中采用对称的高斯函数作为一个输入模糊化的隶属函数，高斯函数的表达式为：
14、
15、式中：x表示输入变量；
16、σ表示高斯函数的标准差；
17、c表示高斯函数的均值。
18、优选的，所述步骤一中的电堆输出电压νfc通过微分器求得电堆输出电压的变化量δνfc。
19、优选的，所述步骤一中采集的氢燃料电池系统的性能表征变量为氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量，fcu控制单元对氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量进行采集。
20、优选的，所述排放阀的开启周期和占空比均为非固定的。
21、一种氢燃料电池系统排放阀的控制设备，包括模糊控制器和fcu控制单元；所述fcu控制单元用于对氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量进行采集并把采集的控制变量传输给模糊控制器；
22、所述模糊控制器用于接收fcu控制单元传输的四个输入控制变量，并通过预先设计的模糊规则得到相应的控制排放阀的关闭时间和开启时间，并把得到的结果反馈给fcu控制单元；所述fcu控制单元利用时序控制模块对得到的控制排放阀的关闭时间和开启时间进行相应的组合和时序设计后，控制排放阀的开关。
23、优选的，所述模糊规则包括对输入的模糊化、模糊推理处理和输出反模糊化；采用高斯函数对输入控制量进行模糊化处理，并根据各变量的取值范围确定隶属函数的均值和标准差值；采用mamdani法对控制量的三种模糊化隶属函数进行模糊推理处理；采用重心法进行输出反模糊化。
24、优选的，所述fcu控制单元采集的氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量包括电堆输出电压νfc、电堆输出电流ifc和电堆阳极侧入口气体压力pina，并且电堆输出电压通过微分器求得电堆输出电压的变化量δνfc。
25、与现有技术对比，本专利技术具备以下有益效果：
26、1、该氢燃料电池系统排放阀的控制方法及设备，提出了根据氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量进行系统排放阀的控制方法；提出了根据电堆状态，通过非固定开启周期和占空比的方式，即变化的开启时间和关闭时间的系统排放阀控制方法；提出了采用先进的模糊控制器，根据电堆实时性能控制系统排放阀的方法。
27、2、该氢燃料电池系统排放阀的控制方法及设备，采用根据燃料电池状态信息的排放阀控制方式，排放阀的排放本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，其特征在于：步骤三中采用对称的高斯函数作为一个输入模糊化的隶属函数，高斯函数的表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，其特征在于：所述步骤一中的电堆输出电压νfc通过微分器求得电堆输出电压的变化量Δνfc。
4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，其特征在于：所述步骤一中采集的氢燃料电池系统的性能表征变量为氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量，FCU控制单元对氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量进行采集。
5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，其特征在于：所述排放阀的开启周期和占空比均为非固定的。
6.一种氢燃料电池系统排放阀的控制设备，其特征在于：包括模糊控制器和FCU控制单元；所述FCU控制单元用于对氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量进行采集并把采集的控制变量传输给模糊控制器；
7.根据权利要求6所述的一种氢燃
8.根据权利要求6所述的一种氢燃料电池系统排放阀的控制设备，其特征在于：所述FCU控制单元采集的氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量包括电堆输出电压νfc、电堆输出电流ifc和电堆阳极侧入口气体压力pina，并且电堆输出电压通过微分器求得电堆输出电压的变化量Δνfc。
...【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，其特征在于：步骤三中采用对称的高斯函数作为一个输入模糊化的隶属函数，高斯函数的表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，其特征在于：所述步骤一中的电堆输出电压νfc通过微分器求得电堆输出电压的变化量δνfc。
4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，其特征在于：所述步骤一中采集的氢燃料电池系统的性能表征变量为氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量，fcu控制单元对氢燃料电池系统电堆的实时性能状态量进行采集。
5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统排放阀的控制方法，其特征在于：所述排放阀的开启周期和占空比均为非固定的。
6.一种氢燃料电池...
【专利技术属性】
技术研发人员：华青松，王一恒，江震雄，帅麒麟，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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