一种防喘振燃料电池空气供给控制方法及系统、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种防喘振燃料电池空气供给控制方法及系统、装置，涉及燃料电池系统技术领域，空气供给控制方法包括步骤一：空压机流量调节，根据非喘振区域内的喘振保护线压力值P1，控制通路电控阀开度直到电堆入口压力值在非喘振区内喘振保护线压力值P1内；步骤二：电堆入口流量调节，调节电堆入口流量，步骤三：判断电堆入口压力值是否达到系统可调节的上限或者下限，调节空压机转速；步骤四：返回步骤一循环调节；一种防喘振燃料电池空气供给系统包括：数据模块、指令控制模块、BP神经网络模块；本发明专利技术中的一种防喘振燃料电池空气供给控制方法与现有技术相比，可适应燃料电池工况自动避免空压机喘振，始终保证电堆最佳工况。始终保证电堆最佳工况。始终保证电堆最佳工况。

An anti surge fuel cell air supply control method, system and device

【技术实现步骤摘要】
一种防喘振燃料电池空气供给控制方法及系统、装置


[0001]本专利技术涉及燃料电池系统
，具体涉及一种防喘振燃料电池空气供给控制方法及系统、装置。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种以氢气为燃料，以氧气为氧化剂，将燃料电池化学能直接转换成电能的电化学装置，它不受卡诺循环的限制，只要给电堆提供足够的氢气和氧气，燃料电池就能源源不断发出电能，而且燃料电池比能量高、无污染、零排放和能量转换效率高等特点，因此世界各国都在积极开发燃料电池技术。目前高速离心式空压机由于体积小、噪音小、流量大等特点，广泛应用在燃料电池系统上。然而由于高速离心式空压机自身结构的缺陷，导致燃料电池系统在工作时，空压机很容易出现喘振现象，燃料电池系统无法正常工作。
[0003]每台离心式压缩机在不同转速n下都对应着一条出口压力P与流量Q之间的曲线，随着流量的减少，压缩机的出口压力逐渐增大，当达到该转速下最大出口压力时，机组进入喘振区，压缩机出口压力开始减小，流量也随之减小，压缩机发生喘振。
[0004]目前的现有技术中一般使用旁路系统，通过PID控制单元控制旁路阀实现流量调节，但燃料电池空压机系统具有流量、压力复杂耦合的特点，现有PID控制方案不能实现流量、压力的稳定控制，很大程度上限制了空压机的防喘振效果。同时，目前常用的防喘振阀以及旁路阀，都只是对空压机流量进行控制，但氢燃料电池空压机系统具有流量、压力、电机转速复杂耦合的特点，进入电堆的气体流量、压力均会影响燃料电池的运行性能，仅对空压机流量控制无法保证燃料电池稳定运行在高效率工况点，同时车用燃料电池运行工况复杂，负载需求变化快，传统PID控制算法往往不能精确快速满足电堆需求的空气流量，也会极大降低空压机的防喘振效果。
[0005]现有技术中期望通过流量和压力值进行非喘振限幅流量值和压力值输入至PI控制器控制空压机转速和流量，蝶阀角度控制空压机其他压力。但是实际情况中，燃料电池空气供给系统中空压机转速和蝶阀（背压阀）开度与电堆入口流量和压力亦具有复杂耦合特点。而且离心式空压机在低转速情况下压比不高，实际电堆在低功率情况下需要一定的压力和流量的空气。当把转速提高之后压比虽然增大流量也急剧增大，造成电堆空气过量系数太高造成电堆膜干。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种防喘振燃料电池空气供给控制方法及系统、装置。
[0007]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种防喘振燃料电池空气供给控制方法，根据电堆输出电流X，单位A，计算电堆过氧比电流，单位为A，μ为过氧比系数，计算电堆的需求过氧比空气流量，
单位g/s，压力，单位barg，其中a、b、c、d、e为空压机喘振拟合曲线常量系数，Q
α
为电堆入口流量；判断空压机在该转速下的排气压力即电堆入口压力值与非喘振压力区间的关系；空压机转速W，喘振保护线压力值P1，其中P1=fW2+gW+h，W单位为r/min，单位barg，限流保护线压力值P2，其中P2=iW2+jW+k，单位barg，W单位为r/min，其中f、g、h、i、j、k为空压机喘振拟合曲线常量系数，当电堆入口压力值不在对应P1与P2之间，则控制电控阀开度调节电堆入口压力值在空压机工作区内；判断当前电堆入口流量值与该功率下所需流量范围的关系；如当前电堆入口流量值大于或小于该功率下所需流量范围，则调节电堆入口流量，并直至电堆入口流量满足所需求的范围为止；在空压机当前转速下，判断电堆入口压力值是否达到系统可调节的上限或者下限；如果电堆入口压力值达到系统可调节的上限或者下限，则降低或提高空压机转速，重复进行空气供给工况调节，直至空压机在调节转速下电堆入口压力值满足电堆功率所需范围内；循环递进调节；重复步骤一至步骤三，进行空气供给工况调节，直至空压机在调节转速下电堆入口压力值满足电堆功率所需范围内；该方法包括以下步骤：S1、计算燃料电池堆需求功率；S2、计算电堆所需空气流量Q、压力P；S3、计算空压机当前工况的喘振保护线压力值P1；S4、比较当前电堆入口压力是否小于喘振保护线压力值P1，若是，进行下一步S5，若不是，进行S8；S5、判断当前电堆入口压力值是否在当前所需压力范围内，若是，进行下一步S6，若不是，进行步骤S11；S6、判断当前电堆入口流量值是否在当前所需流量范围内，若是，进行下一步S7，若不是，进行步骤S15；S7、空压机保持当前工作状态，电控阀、旁路阀保持当前工作状态S8、输入BP
‑
PID模块调节电控阀开度；S9、判断当前电控阀开度是否已达上限，若是，进行下一步S10，若不是，返回步骤S4；S10、系统故障，结束运行；S11、判断电堆入口压力是否大于当前所需压力，若是，进行下一步S12，若不是，进行步骤S14；S12、判断当前电控阀开度是否已达上限，若是，进行下一步S13，若不是，输入BP
‑
PID模块增加电控阀开度，并返回步骤S5；S13、输入BP
‑
PID模块降低空压机转速，并返回步骤S3；S14、判断当前电控阀是否已达下限，若是，输入BP
‑
PID模块提高空压机转速，并返回步骤S3，若不是，输入BP
‑
PID模块减小电控阀开度，并返回步骤S5；
S15、判断当前电堆入口流量值是否大于所需流量，若是，进行步骤S16，若不是，进行步骤S19；S16、输入BP
‑
PID模块增大旁路阀开度；S17、判断旁路阀是否达到上限，若是，进行下一步S18，若不是，进行步骤S5；S18、输入BP
‑
PID模块降低空压机转速，并返回步骤S3；S19、输入BP
‑
PID模块减小旁路阀开度；S20、判断旁路阀是否达到下限，若是，则输入BP
‑
PID模块提高空压机转速，并返回步骤S3，若不是，则返回步骤S6。
[0008]在上述技术方案的基础上，如空压机在该转速下电堆入口压力值大于该转速下喘振保护线压力值P1时，输入BP
‑
PID模块增加电控阀开度直到电堆入口压力值小于P1且大于P2；如空压机在该转速下电堆入口压力值小于该转速下限流保护线压力P2时，输入BP
‑
PID模块减小电控阀开度进行调节，直到电堆入口压力值小于P1且大于P2。
[0009]在上述技术方案的基础上，如当前电堆入口流量值大于该功率下所需流量范围，则从输入BP
‑
PID模块调节信号，使旁路电控阀的开度增大，并直至满足电堆入口流量Q
α
；如当前电堆入口流量值小于该功率下所需流量范围，则从输入BP
‑
PID模块调节信号，使旁路电控阀的开度减小，并直至满足燃料电池入口流量Q
α
。
[0010]在上述技术方案的基础上，系统包括：数据模块，根据电堆电流X和电堆过氧比γ，计算电堆需求功率下的所需空气流量和压强，以及实际空气流量需求量，并比较判断空气流量、压力、空压机转速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防喘振燃料电池空气供给控制方法，其特征在于，空压机转速W，喘振保护线压力值P1，限流保护线压力值P2，其中P1=fW2+gW+h，其中P2=iW2+jW+k，其中f、g、h、i、j、k分别为空压机喘振拟合曲线常量系数，当电堆入口压力值不在对应P1与P2之间，则控制电控阀开度调节电堆入口压力值在空压机工作区内；所述方法包括以下步骤：S1、计算燃料电池堆需求功率；S2、计算电堆所需空气流量Q、压力P；S3、计算空压机当前工况的喘振保护线压力值P1；S4、比较当前电堆入口压力是否小于喘振保护线压力值P1，若是，进行下一步S5，若不是，进行S8；S5、判断当前电堆入口压力值是否在当前所需压力范围内，若是，进行下一步S6，若不是，进行步骤S11；S6、判断当前电堆入口流量值是否在当前所需流量范围内，若是，进行下一步S7，若不是，进行步骤S15；S7、空压机保持当前工作状态，电控阀（61）、旁路阀（62）保持当前工作状态；S8、输入BP
‑
PID模块调节电控阀（61）开度；S9、判断当前电控阀（61）开度是否已达上限，若是，进行下一步S10，若不是，返回步骤S4；S10、系统故障，结束运行；S11、判断电堆入口压力是否大于当前所需压力，若是，进行下一步S12，若不是，进行步骤S14；S12、判断当前电控阀（61）开度是否已达上限，若是，进行下一步S13，若不是，输入BP
‑
PID模块增加电控阀（61）开度，并返回步骤S5；S13、输入BP
‑
PID模块降低空压机转速，并返回步骤S3；S14、判断当前电控阀（61）是否已达下限，若是，输入BP
‑
PID模块提高空压机转速，并返回步骤S3，若不是，输入BP
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PID模块减小电控阀（61）开度，并返回步骤S5；S15、判断当前电堆入口流量值是否大于所需流量，若是，进行步骤S16，若不是，进行步骤S19；S16、输入BP
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PID模块增大旁路阀（62）开度；S17、判断旁路阀（62）是否达到上限，若是，进行下一步S18，若不是，进行步骤S5；S18、输入BP
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PID模块降低空压机转速，并返回步骤S3；S19、输入BP
‑
PID模块减小旁路阀（62）开度；S20、判断旁路阀（62）是否达到下限，若是，则输入BP
‑
PID模块提高空压机转速，并返回步骤S3，若不是，则返回步骤S6。2.如权利要求1所述的一种防喘振燃料电池空气供给控制方法，其特征在于：如空压机在该转速下电堆入口压力值大于该转速下喘振保护线压力值P1时，输入BP
‑
PID模块增加电控阀（61）开度直到电堆入口压力值小于P1且大于P2；如空压机在该转速下电堆入口压力值小于该转速下限流保...

【专利技术属性】
技术研发人员：全欢，全琎，卢庆文，叶麦克，熊荧，胡雄晖，全书海，
申请(专利权)人：海亿新能湖北科技有限公司，
类型：发明
国别省市：