一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统及其控制方法，涉及燃料电池系统技术领域，包括氢燃料电池控制器、电磁阀、比例调节阀、电堆模块、气水分离器、氢气循环泵、尾气调节阀，氢燃料电池控制器设有补偿模块、第一闭环控制器和第二闭环控制器，补偿模块捕获比例调节阀调节量增量并计算其平均值，第一闭环控制器处理氢空压差信号产生反馈调节量，第二闭环控制器处理氢空压差信号产生反馈调节量，尾排吹扫控制模块输出尾排启动信号；本申请通过再吹扫时补偿模块和第二闭环控制器对补偿量进行调整，解决了比例调节阀机械动作和氢气流道压力间的延时导致压力调节波动的问题，提高了氢燃料电池系统氢气压力动态跟随的快速性和稳定性。的快速性和稳定性。的快速性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池系统
，具体涉及一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]氢燃料电池是通过氢气（阳极侧）与空气（阴极侧）中的氧气进行电化学反应，产生电流和水；当阳极和阴极流场板分别供给氢气与氧气时，反应气体经扩散层扩散，进入多孔阳极的氢原子被催化剂吸附并离解为氢离子和电子，氢离子经由质子交换膜转移到阴极，电子在电极内传递至负极集流板经外电路负载流向阴极，在阴极催化层上和氢离子、氧原子结合成水分子，生成的水通过电极随反应尾气排出。其中质子交换膜两侧的压力对燃料性能和寿命有重要影响，如果两侧压力没控制好，严重情况下将导致质子交换膜物理损坏。因此，在动态变载和尾排吹扫等压力突变等情况下，将阳极侧和阴极侧压力稳定控制在合理值，能有效提高氢燃料电池系统性能和寿命。针对上述问题本专利技术提出一种快速稳定的氢燃料电池系统氢气压力动态跟随控制方法。

技术实现思路

[0003]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氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统及其控制方法，旨在一定程度上解决相关技术技术问题。
[0004]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统，包括依次连接的电磁阀、比例调节阀、电堆模块、汽水分离器和尾气调节阀，电磁阀和比例调节阀之间设有第一压力传感器，比例调节阀和电堆模块之间设有第二压力传感器，电堆模块和汽水分离器之间设有第三压力传感器，其中还设有氢气循环泵和氢燃料电池控制器，氢气循环泵分别连接电堆模块入口和汽水分离器，氢燃料电池控制器分别与电磁阀、比例调节阀、电堆模块、尾气调节阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及氢气循环泵电连接，氢燃料电池控制器设有补偿模块、第一闭环控制器和第二闭环控制器，补偿模块捕获前n次氢气压力为目标值时比例调节阀调节量增量并计算其平均值
△
D，第一闭环控制器处理氢空压差信号并产生反馈调节量
△
Dpo，第二闭环控制器处理氢空压差信号并产生反馈调节量
△
Dpw，尾排吹扫控制模块输出尾排启动信号；氢燃料电池控制器还设有加法器和加法选择模块，加法器将补偿模块平均值
△
D和第二闭环控制器反馈调节量
△
Dpw处理后输入加法选择模块，加法选择模块根据尾排吹扫控制模块信号选择接通加法器或第一闭环控制器信号并驱动氢气调节阀完成调节。
[0005]在上述技术方案的基础上，氢燃料电池控制器还设有比较器，比较器采集空气供给压力值P
air
和当前氢气供给压力值P
H2
，根据当前氢空压差理论需求得到氢气压力理论参考值Pref，并得到与当前氢气供给压力值P
H2
的偏差
△
ep。
[0006]在上述技术方案的基础上，氢燃料电池控制器通过采集当前电堆模块输出电流
Io，计算出对应的比例调节阀的开度控制信号以调节氢气压力。
[0007]在上述技术方案的基础上，尾排吹扫控制模块同时对加法选择模块和尾气调节阀输出尾排启动信号。
[0008]在上述技术方案的基础上，一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随控制方法，包括以下步骤：步骤S1、氢燃料电池系统氢气压力动态跟随控制开始；步骤S2、氢燃料电池系统启动；步骤S3、氢燃料电池控制器控制电磁阀端口C1输出u1高电平，开通电磁阀；步骤S4、判断氢气入口压力P1是否正常，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S6；步骤S5、氢燃料电池控制器输入端口采集电堆模块输出电流值Io，进入步骤S7；步骤S6、氢燃料电池控制器控制电磁阀端口C1输出u1低电平信号，开通电磁阀，进入步骤S14；步骤S7、氢燃料电池控制器采集电堆模块输出电流值Io，得到空气压力理论值和氢空压差理论值M；步骤S8、氢燃料电池控制器采集当前空气供给压力P
air
和氢气供给压力P
H2
，并通过当前氢空压差最优理论值得到氢气供给参考压力Pref=P
air
+M，再通过比较器与氢气供给压力P
H2
比较得到偏差
△
ep，输入第一闭环控制器计算出比例调节阀开度调节量
△
Dpo；步骤S9、氢燃料电池控制器通过尾气阀开启时的波动，捕获前n次氢气压力为目标值时比例调节阀调节量增量并计算其平均值
△
D；步骤S10、判断尾排阀是否正在吹扫，若是则进入步骤S11，否则进入步骤S12；步骤S11、关闭第一闭环控制器，氢燃料电池控制器通过第二闭环控制器调节得到
△
Dp=
△
D+
△
Dpw进入步骤S13；步骤S12、关闭第二闭环控制器，氢燃料电池控制器比调节阀量D=
△
Dpo，进入步骤S14；步骤S13、氢燃料电池控制器比调节阀量D=
△
Dp，进入步骤S14；步骤S14、氢燃料电池控制器输出端口C2输出u2=D信号，控制比例调节阀开度对氢气供给压力P
H2
进行调节，使压力快速稳定在理想值，进入下一步；步骤S15、氢燃料电池系统氢气压力动态跟随控制结束。
[0009]在上述技术方案的基础上，步骤S9中氢燃料电池控制器捕获前5次氢气压力为目标值时比例调节阀调节量增量并计算其平均值
△
D。
[0010]在上述技术方案的基础上，步骤S11启动第一闭环控制器，氢燃料电池控制器通过第二闭环控制器调节得到
△
Dp=
△
D+
△
Dpw，加法选择模块同步接收加法器和第一闭环控制器信号，并处理等到控制信号D=
△
Dpo+
△
Dp。
[0011]在上述技术方案的基础上，步骤S11中加法选择模块根据尾排吹扫控制模块启动信号选择保持或关闭第一闭环控制器。
[0012]在上述技术方案的基础上，步骤S10中尾排吹扫控制模块尾排阀开启或关闭。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术中的一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统及其控制方法与现有技术相比，结构简单反馈响应快易于工程实现，可以快速稳定氢燃料电池系统氢气压力。
[0014]（2）本专利技术中的一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统及其控制方法，在吹扫压损时通过捕获比例调节阀增量对前馈补偿基础量进行动态调节，再通过吹扫时第二闭环控制器对补偿量进行微调，改善了由于吹扫造成的压力损失，解决了比例调节阀机械动作和氢气流道压力间的延时导致压力调节波动的问题，大大提高了氢燃料电池系统氢气压力动态跟随的快速性和稳定性。
[0015]（3）本专利技术中的一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统及其控制方法可以长时间保证电堆稳定的工作状态，减小压力冲击和波动影响，提高了氢燃料电池系统的性能和寿命。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统，包括依次连接的电磁阀、比例调节阀、电堆模块、汽水分离器和尾气调节阀，电磁阀和比例调节阀之间设有第一压力传感器，比例调节阀和电堆模块之间设有第二压力传感器，电堆模块和汽水分离器之间设有第三压力传感器，其中还设有氢气循环泵和氢燃料电池控制器，氢气循环泵分别连接电堆模块入口和汽水分离器，氢燃料电池控制器分别与电磁阀、比例调节阀、电堆模块、尾气调节阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及氢气循环泵电连接，其特征在于：氢燃料电池控制器设有补偿模块、第一闭环控制器和第二闭环控制器，补偿模块捕获前n次氢气压力为目标值时比例调节阀调节量增量并计算其平均值
△
D，第一闭环控制器处理氢空压差信号并产生反馈调节量
△
Dpo，第二闭环控制器处理氢空压差信号并产生反馈调节量
△
Dpw，尾排吹扫控制模块输出尾排启动信号；氢燃料电池控制器还设有加法器和加法选择模块，加法器将补偿模块平均值
△
D和第二闭环控制器反馈调节量
△
Dpw处理后输入加法选择模块，加法选择模块根据尾排吹扫控制模块信号选择接通加法器或第一闭环控制器信号并驱动氢气调节阀完成调节。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统，其特征在于：所述氢燃料电池控制器还设有比较器，比较器采集空气供给压力值P
air
和当前氢气供给压力值P
H2
，根据当前氢空压差理论需求得到氢气压力理论参考值Pref，并得到与当前氢气供给压力值P
H2
的偏差
△
ep。3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统，其特征在于：所述氢燃料电池控制器通过采集当前电堆模块输出电流Io，计算出对应的比例调节阀的开度控制信号以调节氢气压力。4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随系统，其特征在于：所述尾排吹扫控制模块同时对加法选择模块和尾气调节阀输出尾排启动信号。5.基于权利要求1
‑
4任意一项的一种氢燃料电池系统氢气压力动态跟随控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤S1、氢燃料电池系统氢气压力动态跟随控制开始；步骤S2、氢燃料电池系统启动；步骤S3、氢燃料电池控制器控制电磁阀端口C1输出u1高电平，开通电磁阀；步骤S4、判断氢气入口压力P1是否正常，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S6；步骤S5、氢燃料电池控制器输入端口采集电堆模块输出电流值Io，进入步骤S7；步骤S6、氢燃料电池控制器控制电磁阀端口C1输出u1低电平信号，开...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶麦克，全琎，全书海，
申请(专利权)人：武汉海亿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：