一种燃料电池系统的空气流量和背压控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统的空气流量和背压控制方法。在一个控制周期内，该方法包括：获取流量偏差和压力偏差，流量偏差表示燃料电池系统阴极入口处气体的设定流量值与实际流量值的差值，压力偏差表示燃料电池系统阴极入口处气体的设定压力值与实际压力值的差值；确定流量偏差和压力偏差对应的工况类别；根据工况类别选择空压机或背压阀作为目标调节设备；控制目标调节设备执行相应的调节操作，空压机相应的调节操作包括空压机增大或较小转速，背压阀相应的调节操作包括背压阀增大或减小开度。本发明专利技术在每个控制周期内只对空压机转速或只对背压阀开度进行调节，避免二者同时调节相互干扰所导致的流量背压控制不稳定问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统的空气流量和背压控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池系统领域，特别是涉及一种燃料电池系统的空气流量和背压控制方法。

技术介绍

[0002]通常燃料电池系统对不同功率下的阴极入口空气流量和背压都有精确要求，流量或者背压过高、过低均会影响电堆性能的发挥。
[0003]对于流量和背压的控制，目前普遍采用的方案是：燃料电池控制器(FCU)通过调节空压机转速和背压阀开度来保证空气流量和电堆背压能够跟随设定值。但是由于空气流量和背压相互耦合，调节空压机转速或者背压阀开度既会影响流量又会影响背压，导致在实际的调试标定过程中，空气流量和背压很难同时精确控制，稳定性较差。图1描述了空气流量控制器和背压控制器的耦合关系。
[0004]由图1可以看出背压控制器的输出U1(s)不仅通过传递函数G
11
(s)影响背压，同时也通过G
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(s)影响空气流量。同样的，流量控制器的输出U2(s)不仅通过传递函数G
22
(s)影响空气流量，同时也通过G
12
(s)影响背压。
[0005]对于上述问题，目前现有的解决方案包括两种：
[0006]一种方案是采用前馈加闭环的方式：首先标定不同空气流量下的空压机转速和不同背压下的背压阀开度作为前馈，然后一个流量PID控制器对空压机转速调节，一个背压PID控制器对背压阀开度进行调节。
[0007]另一种方案是建立空气流量和背压的传递函数，将双输入双输出系统解耦为两个单输入单输出系统，即将图1所示系统通过一系列物理建模解耦分解为如图2所示的系统。
[0008]上述第一种方案的主要缺点是：流量控制器和背压控制器同时调节空压机转速和背压阀开度，由于没有实现解耦，两个控制器的输出相互影响，很难同时快速满足系统对于流量和背压的要求。
[0009]上述第二种方案的主要缺点是：很难建立适应任何工况的准确的空气流量和背压的传递函数以实现流量背压的精确解耦，实际操作性较差，仅停留在理论阶段。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种能够避免空压机和背压阀输出相互干扰耦合的燃料电池系统的空气流量和背压控制方法。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0012]一种燃料电池系统的空气流量和背压控制方法，包括：
[0013]获取流量偏差和压力偏差，所述流量偏差表示燃料电池系统阴极入口处气体的设定流量值与实际流量值的差值，所述压力偏差表示燃料电池系统阴极入口处气体的设定压力值与实际压力值的差值；
[0014]确定所述流量偏差和压力偏差对应的工况类别；
[0015]根据所述工况类别选择空压机或背压阀作为目标调节设备；
[0016]控制所述目标调节设备执行相应的调节操作，所述空压机相应的调节操作包括所述空压机增大或较小转速，所述背压阀相应的调节操作包括背压阀增大或减小开度。
[0017]可选的，所述根据所述工况类别选择空压机或背压阀作为目标调节设备，具体包括：
[0018]根据所述工况类别，选择综合调节性最优的调节设备作为目标调节设备，所述综合调节性表示综合解决所述工况类别对应的所述流量偏差和所述压力偏差的性能。
[0019]可选的，在第一工况和第二工况下，所述空压机的综合调节性最优，在第三工况和第四工况下，所述背压阀的综合调节性最优；
[0020]其中，所述第一工况为：所述流量偏差小于第一设定值且所述压力偏差小于第二设定值；
[0021]所述第二工况为：所述流量偏差大于第三设定值且所述压力偏差大于第四设定值；
[0022]所述第三工况为：所述流量偏差小于第一设定值且所述压力偏差大于第四设定值；
[0023]所述第四工况为：所述流量偏差大于第三设定值且所述压力偏差小于第二设定值；
[0024]所述流量偏差为设定流量值减去实际流量值所得值，所述压力偏差为设定压力值减去实际压力值所得值。
[0025]可选的，在所述第一工况下，所述空压机对应的调节操作为：增加转速；在所述第二工况下，所述空压机对应的调节操作为：减小转速；在所述第一工况下，所述背压阀对应的调节操作为：增加开度；在所述第四工况下，所述背压阀对应的调节操作为：减小开度。
[0026]可选的，所述第一设定值、所述第二设定值、所述第三设定值和所述第四设定值均取值为0。
[0027]可选的，所述空压机的控制方法包括：
[0028]根据流量偏差值和背压偏差值，确定空压机控制器的参数修正因子；
[0029]根据所述参数修正因子对所述空压机控制器的基础PID参数进行修正；
[0030]所述空压机控制器采用修正后的PID参数闭环控制所述空压机的调节操作。
[0031]可选的，所述背压阀的控制方法包括：
[0032]根据流量偏差值和背压偏差值，确定背压阀控制器的参数修正因子；
[0033]根据所述参数修正因子对所述背压阀控制器的基础PID参数进行修正；
[0034]所述背压阀控制器采用修正后的PID参数闭环控制所述背压阀的调节操作。
[0035]可选的，制作偏差二元组与基础PID参数的对应关系曲线，所述偏差二元组包括流量偏差值和背压偏差值。
[0036]根据本专利技术提供的具体实施例，公开了以下技术效果：本专利技术实施例提供的燃料电池系统的空气流量和背压控制方法，根据流量偏差和背压偏差划分工况，每一工况对应一调节设备(空压机或背压阀)，在一个控制周期内只控制当前工况对应的调节设备进行相应的调节操作。由于每个周期内仅有一个调节设备(空压机或背压阀)进行工作，避免了空压机和背压阀同时调节时二者的输出相互干扰耦合而导致流量背压控制不稳定的问题，同
时，由于避免了空压机和背压阀输出相互干扰耦合的问题，因而，能够较为快速的满足系统对流量偏差和压力偏差的要求。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为现有技术中燃料电池系统的空气流量和背压的控制系统图；
[0039]图2为图1所示控制系统的解耦分解系统图；
[0040]图3为本专利技术实施例提供的燃料电池系统空气流量和背压控制方法流程图；
[0041]图4为燃料电池箱体阴极流量背压控制的硬件原理图；
[0042]图5为本专利技术实施例中的工况判断流程图；
[0043]图6为本专利技术实施例中的空压机自适应PID控制器逻辑框图。
具体实施方式
[0044]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统的空气流量和背压控制方法，其特征在于，包括：获取流量偏差和压力偏差，所述流量偏差表示燃料电池系统阴极入口处气体的设定流量值与实际流量值的差值，所述压力偏差表示燃料电池系统阴极入口处气体的设定压力值与实际压力值的差值；确定所述流量偏差和压力偏差对应的工况类别；根据所述工况类别选择空压机或背压阀作为目标调节设备；控制所述目标调节设备执行相应的调节操作，所述空压机相应的调节操作包括所述空压机增大或较小转速，所述背压阀相应的调节操作包括背压阀增大或减小开度。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的空气流量和背压控制方法，其特征在于，所述根据所述工况类别选择空压机或背压阀作为目标调节设备，具体包括：根据所述工况类别，选择综合调节性最优的调节设备作为目标调节设备，所述综合调节性表示综合解决所述工况类别对应的所述流量偏差和所述压力偏差的性能。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统的空气流量和背压控制方法，其特征在于，在第一工况和第二工况下，所述空压机的综合调节性最优，在第三工况和第四工况下，所述背压阀的综合调节性最优；其中，所述第一工况为：所述流量偏差小于第一设定值且所述压力偏差小于第二设定值；所述第二工况为：所述流量偏差大于第三设定值且所述压力偏差大于第四设定值；所述第三工况为：所述流量偏差小于第一设定值且所述压力偏差大于第四设定值；所述第四工况为：所述流量偏差大于第三设定值且所述压力偏差小于第二设定值；所述流量偏差为设定流量值减去实际流量值所得值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋亚召，陈鹏，刘亚坤，
申请(专利权)人：未势能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：