一种氢气循环设备仿真方法和系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种氢气循环设备仿真方法和系统，涉及燃料电池模型仿真技术领域。其中，方法包括：在所述氢气循环系统的仿真过程中，所述切换模块采集氢气循环系统的运行参数并结合设定的循环策略，确定所述氢气循环设备的最优结构；如果所述最优结构与当前的结构不同，所述切换模块根据所述最优结构向所述引射器和循环泵发送氢气质量流量的控制信号，以控制所述引射器和循环泵改变从所述一次流端口和二次流端口获取的氢气质量流量，切换为所述最优结构。本实施例采用Modelica语言编写氢气循环设备，通过切换模块自动采集运行参数并自动控制氢气循环设备的最优机构，提高了仿真的自动化和智能化程度。真的自动化和智能化程度。真的自动化和智能化程度。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气循环设备仿真方法和系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池模型仿真技术，尤其涉及一种氢气循环设备仿真方法和系统。

技术介绍

[0002]燃料系统仿真对于燃料电池汽车设计的有极其重要的作用，燃料电池电堆燃烧后剩余氢气的回收再利用对燃料电池的效率及性能有着极大的影响，通过仿真，可以指导实际车企对子系统循环设备进行选型和调试，对于燃料电池汽车项目的质量提升、周期和成本降低有着至关重要的作用。上述自动化测试方法都是基于测试者的先验经验，将预先准备的测试用例与测试结果进行对照，从中找出差异性来完成测试。
[0003]传统或现有模型大多数基于因果建模方式，模型编写具有限制性，当构架进行更改的时候，模型改动幅度较大，实验测试需要耗费人力、物力、财力。比如利用Simulink搭建燃料电池模型时，需要人工连接或变更模块之间的线路，智能和自动化程度均不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种氢气循环设备仿真方法和系统，采用Modelica语言编写氢气循环设备，通过切换模块自动采集运行参数并自动控制氢气循环设备的最优机构，提高了仿真的自动化和智能化程度。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种氢气循环设备仿真方法，所述方法应用于氢气循环设备的模型，所述模型包括切换模块、引射器、循环泵、一次流端口、二次流端口和输出口；所述引射器和循环泵采用Modelica语言编写；所述方法包括：在所述氢气循环系统的仿真过程中，所述切换模块采集氢气循环系统的运行参数并结合设定的循环策略，确定所述氢气循环设备的最优结构，所述氢气循环设备的结构包括单引射器、单循环泵或者引射器与循环泵并联；如果所述最优结构与当前的结构不同，所述切换模块根据所述最优结构向所述引射器和循环泵发送氢气质量流量的控制信号，以控制所述引射器和循环泵改变从所述一次流端口和二次流端口获取的氢气质量流量，切换为所述最优结构。
[0006]第二方面，本专利技术还提供了一种氢气循环设备仿真系统，所述系统包括氢气循环设备的模型、氢气罐模型、减压阀模型、喷射器模型和燃料电池的电堆模型；所述氢气循环设备的模型包括切换模块、引射器、循环泵、一次流端口、二次流端口和输出口；所述引射器和循环泵采用Modelica语言编写；在所述氢气循环系统的仿真过程中，所述切换模块用于采集氢气循环系统的运行参数并结合设定的循环策略，确定所述氢气循环设备的最优结构，所述氢气循环设备的结构包括单引射器、单循环泵或者引射器与循环泵并联；如果所述最优结构与当前的结构不同，所述切换模块用于根据所述最优结构向所
述引射器和循环泵发送氢气质量流量的控制信号，以控制所述引射器和循环泵改变从所述一次流端口和二次流端口获取的氢气质量流量，切换为所述最优结构。
[0007]本专利技术通过采用Modelica语言编写了引射器和循环泵，在整个氢气循环系统中引入切换模块，通过切换模块自动采集系统运行参数并结合设定的循环策略，得到氢气循环设备的最优结构，从而切换到最优结构。在执行层面，切换模块可以向引射器和循环泵发送氢气质量流量的控制信号，而引射器和循环泵具有对该控制信号的响应能力，从而从一次流端口和二次流端口获取到对应的氢气质量流量，进而切换为最优结构。本专利技术提供的方案基于Modelica语言的物理建模特点，通过自动控制氢气质量流量实现结构的切换，不需要手动改变连接线路，达到较高的自动化和智能化。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0009]图1是本专利技术实施例提供的氢气循环设备的模型的结构图；图2是本专利技术实施例提供的另一氢气循环设备的模型的结构图；图3是本专利技术实施例提供的氢气循环系统的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种氢气循环设备仿真方法的流程图；图5是本专利技术实施例提供的引射器的MAP图。
具体实施方式
[0010]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利技术所保护的范围。
[0011]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0012]在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0013]本专利技术实施例提供一种氢气循环设备仿真方法，该方法应用于氢气循环设备的模型，图1是本专利技术实施例提供的氢气循环设备的模型的结构图，模型包括切换模块、引射器、循环泵、一次流端口、二次流端口和输出口。
[0014]图2是本专利技术实施例提供的另一氢气循环设备的模型的结构图，参见图1和图2，切换模块包括采集口和控制口，采集口连接所述一次流端口、二次流端口和燃料电池的电堆模型，如图1中虚线所示，以采集所需的运行参数；控制口连接所述引射器和循环泵，如图1中实线所示，以发送氢气质量流量的控制信号。
[0015]引射器和循环泵采用Modelica语言编写。Modelica采用面向对象的方式支持复杂系统的层次建模和模型重用，基于广义基尔霍夫定律实现不同领域物理规律的一致表示，采用非因果建模机制支持模型的陈述式表达。在模型中体现的就是，模型内部传输的是物质流（本实施例中为氢气质量流量），而Simulink搭建的模型内部传输的是信号流或者能量流。本实施例就是通过切换模块控制氢气质量流量，从而达到结构的切换。
[0016]具体的，引射器包括采用Modelica语言编写的能量平衡模块、压力平衡模块和质量流量平衡模块；引射器的第一入口连接一次流端口，第二入口连接二次流端口，第一出口连接输出口。此外，引射器还包括与切换模块交互的第一控制口。
[0017]引射器的质量流量平衡模块：mflow_A+mflow_C=mflow_B引射器的能量平衡模块：mflow_A
×
h_flow_A+mflow_C
×
h_flow_C=mflow_B
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气循环设备仿真方法，其特征在于，所述氢气循环设备仿真方法应用于氢气循环设备的模型，所述模型包括切换模块、引射器、循环泵、一次流端口、二次流端口和输出口；所述引射器和循环泵采用Modelica语言编写；所述氢气循环设备仿真方法包括：在氢气循环系统的仿真过程中，所述切换模块采集氢气循环系统的运行参数并结合设定的循环策略，确定所述氢气循环设备的最优结构，所述氢气循环设备的结构包括单引射器、单循环泵或者引射器与循环泵并联；如果所述最优结构与当前的结构不同，所述切换模块根据所述最优结构向所述引射器和循环泵发送氢气质量流量的控制信号，以控制所述引射器和循环泵改变从所述一次流端口和二次流端口获取的氢气质量流量，切换为所述最优结构。2.根据权利要求1所述的氢气循环设备仿真方法，其特征在于，所述切换模块的采集口连接所述一次流端口、二次流端口和燃料电池的电堆模型，所述切换模块的控制口连接所述引射器和循环泵；所述引射器包括采用Modelica语言编写的能量平衡模块、压力平衡模块和质量流量平衡模块；所述循环泵包括采用Modelica语言编写的能量平衡模块，压力平衡模块和质量流量平衡模块；所述氢气循环设备满足氢气质量流量平衡约束条件和能量守恒约束条件。3.根据权利要求2所述的氢气循环设备仿真方法，其特征在于，如果所述最优结构与当前的结构不同，所述切换模块根据所述最优结构向所述引射器和循环泵发送氢气质量流量的控制信号，以控制所述引射器和循环泵改变从所述一次流端口和二次流端口获取的氢气质量流量，切换为所述最优结构，包括：如果所述最优结构与当前的结构不同，所述切换模块根据所述最优结构向所述引射器和循环泵发送氢气质量流量的控制信号，所述氢气质量流量控制信号包括所述引射器从一次流端口获取的第一氢气质量流量，从二次流端口获取的第二氢气质量流量，所述循环泵从二次流端口获取的第三氢气质量流量；所述引射器响应于所述控制信号从所述一次流端口获取第一氢气质量流量，从所述二次流端口获取第二氢气质量流量；所述循环泵响应于所述控制信号从所述二次流端口获取第三氢气质量流量；所述一次流端口根据所述氢气循环设备的氢气质量流量平衡约束条件，确定流向所述输出口的第四氢气质量流量；所述引射器和循环泵的输出氢气质量流量与所述第四氢气质量流量汇合后流入所述输出口。4.根据权利要求1所述的氢气循环设备仿真方法，其特征在于，所述切换模块包括用户输入口；在所述切换模块采集氢气循环系统的运行参数并结合设定的循环策略，确定所述氢气循环设备的最优结构之前，还包括：所述切换模块从所述用户输入口接收用户设定的循环策略。5.根据权利要求1所述的氢气循环设备仿真方法，其特征在于，所述设定的循环策略为
依据引射器的MAP图确定的循环策略，所述MAP图包括对应一次流端口不同压力的多条曲线，每条曲线表示电堆电流密度与引射器第二入口氢气质量流量的关系；在所述氢气循环系统的仿真过程中，所述切换模块采集氢气循环系统的运行参数并结合设定的循环策略，确定所述氢气循环设备的最优结构，包括：在所述氢气循环系统的仿真过程中，所述切换模块采集所述一次流端口的压力和电堆电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：于秋晔，何绍清，麻胜南，贾肖瑜，
申请(专利权)人：中汽数据天津有限公司，
类型：发明
国别省市：