一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方式的制作方法

本发明涉及燃料电池系统，特别涉及一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法。

背景技术：

1、燃料电池系统的持续运行需要向燃料电池的阴阳极持续提供反应气体，供气通过燃料电池的阳极回路和阴极回路实现。燃料电池的阴极回路是向燃料电池提供空气的结构。图1是一般阴极回路配置的示意图，包含空气过滤、空气流量计、空压机、节气门、阴极压力传感器等部分；入口空气经过滤清器过滤后，由空压机进行压缩，变为高压空气。流量计采集空气流量，阴极压力传感器获取入堆空气压力，反馈给燃料电池控制单元。燃料电池电堆的稳定运行需要维持相应工况下的空气流量与压力。燃料电池控制单元通过控制空压机的转速和节气门的开度，使阴极压力和流量维持稳定。通常的，空压机转速越大，空气流量越大，阴极压力越高；节气门开度越大，空气流量越大，阴极压力越低。大气压力和环境温度也会对进入电堆的压力和流量产生影响。

2、现有技术方案通过标定的手段，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，对空压机转速及节气门开度等控制量进行控制，从而使燃料电池系统阴极回路的空气流量及压力符合系统运行的需求。当预设参数下的压力和流量不符合燃料系统需求时，技术人员需要重新标定参数，这将会消耗大量的人力物力。

3、然而，在一般的燃料电池系统中，可能会遇到下列问题。

4、由于大气压力影响，导致原有空压机参数下，空气流量和压力过高或过低，以至于无法满足系统需求。

5、由于环境温度影响，导致原有空压机参数下，空气流量和压力过高或过低，以至于无法满足系统需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，以克服现有技术中的不足。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本申请公开了一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，包括如下步骤：

4、s1、获取燃料电池系统中关于空压机的压比、流量与转速三者关系的map图；获取燃料电池系统的期望阴极入堆压力pexp和进气压力pin，计算需求压比r1；

5、s2、获取燃料电池系统的期望阴极入堆流量fexp，根据需求压比r1以及map图，计算得到需求转速n1；

6、s3、获取进气温度tin和标准大气温度tref，结合需求转速n1计算得到空压机最终的控制转速n。

7、作为优选，步骤s2具体包括如下子步骤：

8、s21、根据map图中压比和流量排列成x*y的二阶数组，数组的元素m[x，y]＝(r，f)；其中，x<x，y<y，r为元素m[x，y]所对应的压比，f为元素m[x，y]所对应的流量；

9、s22、在步骤s21的二阶数组中获取点p(r1，fexp)的四个相邻点a、b、c、d；

10、s23、根据map图，得到点a、b、c、d的转速，即点a{(ra，fa)，na}、点b{(rb，fb)，nb}，点c{(rc，fc)，nc}，点d{(rd，fd)，nd}；

11、s24、由点a、b、c、d计算得到点p(r1，fexp)的转速np，即为需求转速n1。

12、作为优选，步骤s24具体包括如下操作：由点p、a、b、c、d计算得到向量ad，ap，bc和bp；并根据向量ad，ap，bc和bp求得点p(r1，fexp)的转速np，即为需求转速n1。

13、作为优选，步骤s24具体包括如下操作：由点a、b、c、d中其中一点的转速值作为点p(r1，fexp)的转速np，即为需求转速n1。

14、作为优选，步骤s24具体包括如下操作：由点a、b、c、d和p计算得到向量ap，bp，cp和dp，取向量ap，bp，cp和dp中模最小的点的转速值作为点p(r1，fexp)的转速np，即为需求转速n1。

15、作为优选，步骤s22具体包括如下子步骤：

16、s221、初始化x，y，令x＝1，y＝1；

17、s222、判断x是否等于x；若等于，则令向量(r1，f1)＝(0，0)；反之，令向量(r1，f1)＝[x+1，y]-[x，y]；进入步骤s223；

18、s223、判断y是否等于y，若等于，则令向量(r2，f2)＝(0，0)；反之，令向量(r2，f2)＝[x，y+1]-[x，y]；进入步骤s224；

19、s224、判断是否满足r1*f1-r1*fexp小于0且y小于y；若满足，则令y加1，；进入步骤s225；若不满足，进入步骤s226；

20、s225、判断是否满足r1*f2-r2*fexp大于0且x小于x；若满足，则令x加1，返回步骤s222；若不满足，直接返回步骤s222；

21、s226、判断是否满足r1*f2-r2*fexp大于0且x小于x；若满足，则令x加1，返回步骤s222；若不满足，输出点a为[x，y]；

22、s227、根据点a[x，y]，得到点b[x-1，y]、c[x，y-1]、d[x-1，y-1]。

23、作为优选，步骤s3中，通过标准大气压力及温度下的参考转速nref与转速差dn代替需求转速n1计算空压机最终的控制转速n；

24、所述转速差dn为需求转速n1与标准转速n0的差值；

25、所述标准转速的计算方式如下：根据期望阴极入堆压力pexp、标准大气压力pref计算标准压比r0，根据标准压比r0和期望阴极入堆流量fexp以及map图，得到标准转速n0。

26、作为优选，所述标准转速n0的计算方式与需求转速n1的计算方式相同。

27、本发明的有益效果：

28、1、本发明通过调节空压机转速，使燃料电池系统的阴极压力及流量，能够在大气压力变化的情形下，不会过高或过低。从而满足燃料电池电堆的运行需求，避免其性能受大气压力变化影响。

29、2、本发明通过调节空压机转速，使燃料电池系统的阴极压力及流量，能够在环境温度变化的情形下，不会过高或过低。从而满足燃料电池电堆的运行需求，避免其性能受环境温度变化影响。

30、本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

技术特征：

1.一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，其特征在于，步骤s2具体包括如下子步骤：

3.如权利要求2所述的一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，其特征在于，步骤s24具体包括如下操作：由点p、a、b、c、d计算得到向量ad，ap，bc和bp；并根据向量ad，ap，bc和bp求得点p(r1，fexp)的转速np，即为需求转速n1。

4.如权利要求2所述的一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，其特征在于，步骤s24具体包括如下操作：由点a、b、c、d中其中一点的转速值作为点p(r1，fexp)的转速np，即为需求转速n1。

5.如权利要求4所述的一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，其特征在于，步骤s24具体包括如下操作：由点a、b、c、d和p计算得到向量ap，bp，cp和dp，取向量ap，bp，cp和dp中模最小的点的转速值作为点p(r1，fexp)的转速np，即为需求转速n1。

6.如权利要求2所述的一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，其特征在于，步骤s22具体包括如下子步骤：

7.如权利要求1所述的一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，其特征在于，步骤s3中，通过标准大气压力及温度下的参考转速nref与转速差dn代替需求转速n1计算空压机最终的控制转速n；

8.如权利要求7所述的一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，其特征在于，所述标准转速n0的计算方式与需求转速n1的计算方式相同。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池系统调节阴极压力和流量的控制方法，包括如下步骤：获取燃料电池系统中关于空压机的压比、流量与转速三者关系的MAP图；获取燃料电池系统的期望阴极入堆压力P<subgt;exp</subgt;和进气压力P<subgt;in</subgt;，计算需求压比R<subgt;1</subgt;；获取燃料电池系统的期望阴极入堆流量F<subgt;exp</subgt;，根据需求压比R<subgt;1</subgt;以及MAP图，计算得到需求转速n<subgt;1</subgt;；获取进气温度T<subgt;in</subgt;和标准大气温度T<subgt;ref</subgt;，结合需求转速n<subgt;1</subgt;计算得到空压机最终的控制转速n。本发明通过调节空压机转速，使燃料电池系统的阴极压力及流量，能够在大气压力变化的情形下，不会过高或过低。从而满足燃料电池电堆的运行需求，避免其性能受大气压力变化影响。

技术研发人员：沈正阳,胡钱坤,刘志洋,陆建山
受保护的技术使用者：金华氢途科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15