CN110690481A - 一种燃料电池***的调压器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池***的调压器控制方法包括检测调压器的喷口压力值；根据调压器的喷口压力值和预设的目标压力值使用PID算法计算占空比；根据调压器的喷口压力值计算压力波动幅度；根据压力波动幅度和预设的目标压力波动幅度使用PID算法计算开关周期；根据预设的占空比阈值和占空比确定调压器需要开启的阀门数量；根据需要开启的阀门数量和开关周期控制调压器对燃料电池进行调压。这种方法的优点在于:通过改变阀门工作的排列组合方式，来满足从小流量到大流量不同流量消耗的***上，使产品的适用性更加广泛；在控制上采用工作频率和工作占空比双闭环的方式，保证在阀门工作方式切换时，调节压力的稳定性。

Description

一种燃料电池***的调压器控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，具体而言，涉及一种燃料电池***的调压器控制方法。
背景技术
氢燃料电池汽车技术日趋发展成熟，作为一种零污染、零排放的新能源汽车，氢燃料电池汽车已经越来越多的进入到了交通***，得到公众的广泛认可。燃料电池车以氢气为燃料，通过燃料发动机，将化学能高效转化为电能从而驱动汽车，整个过程仅排出纯净的水，因而是不久的将来取代传统化石燃料汽车的最理想的节能环保型零排放交通工具。
以往的氢燃料电池***上多使用减压阀来调节氢气压力，减压阀作为一种机械调压装置不能实现氢气侧跟随空气侧压力的实时变化，且随着气量的增大，减压阀的出口压力会进一步下降，导致氢空压差不断增大，很难维持氢空压差的恒定，这对电堆的寿命有很大的影响。
而电子调压器的出现，能实时根据空气侧压力电子调节氢侧压力，维持燃料电池膜两侧的压差在一个合理且稳定的范围，使得燃料电池的耐久性有了质的飞跃。电子调压硬件一般通过2～N个阀门来控制氢气流量，并且在控制上多采用阀门依次交替开启的方式，既先开第一个阀门，一定时间间隔后再开启第二个阀门，以此类推。这种方式在稳态既流量需求较小时，依次开启阀门可以满足***的流量要求由于空气流量和空气压力具有强非线性、高耦合的特点，现有空气供给***难以实现对燃料电池堆内空气流量和空气压力的精确控制。
现有的电子调压器通过电子调压来实时调节氢气压力保证氢空压差，能够满足在稳态条件下电堆流量需求较小时的要求，但在瞬态purge状态时流量增大，若依然采用阀门依次交替开启的方法，则对于单个阀的流通能力会提出更高的要求，并且对于线圈的设计要求也会升级。并且，在更大功率的电堆上，在不改变阀门孔径的情况下这种控制方式也可能无法满足要求，使用适应性差。
综上所述，需要提供一种燃料电池***的调压器控制方法其能够克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种燃料电池***的调压器控制方法其能够克服现有技术的缺陷。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现。
本发明的一个实施方式提供了一种燃料电池***的调压器控制方法所述调压器控制方法包括多个步骤：
步骤1：检测调压器的喷口压力值；
步骤2：根据调压器的喷口压力值和预设的目标压力值使用PID算法计算占空比；
步骤3：根据调压器的喷口压力值计算压力波动幅度；
步骤4：根据压力波动幅度和预设的目标压力波动幅度使用PID算法计算开关周期；
步骤5：根据预设的占空比阈值和占空比确定调压器需要开启的阀门数量；
步骤6：根据需要开启的阀门数量和开关周期控制调压器对燃料电池进行调压。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述步骤2：根据调压器的喷口压力值和预设的目标压力值使用PID算法计算占空比包括：
步骤201：检测当前的开关周期；
步骤202：根据当前的开关周期和预设的目标流量获得预先标定的前馈占空比；
步骤203：根据根据调压器的喷口压力值和预设的目标压力值使用PID算法计算反馈占空比；
步骤204：根据前馈占空比和反馈占空比计算占空比。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述步骤4：根据压力波动幅度和预设的目标压力波动幅度使用PID算法计算开关周期包括：
步骤401：检测当前开启的阀门数量；
步骤402：根据当前开启的阀门数量获得预先标定的前馈开关周期；
步骤403：根据压力波动幅度和预设的目标压力波动幅度使用PID算法计算反馈开关周期；
步骤404：根据前馈开关周期和反馈开关周期计算开关周期。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述步骤5：根据预设的占空比阈值和占空比确定调压器需要开启的阀门数量包括：
步骤501：获取n个预设的占空比阈值P1,P2…Pn，其中n小于调压器的阀门总数量且P1<P2<…<Pn；
步骤502：比较占空比与预设的占空比阈值P1,P2…Pn并确定占空比所处的占空比阈值区间和与之对应的调压器需要开启的阀门数量。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述燃料电池***包括电堆、第一管路、气泵、第二管路、调压器、第三管路、第四管路、氢瓶和尾排阀，所述电堆的阳极上设有进气口和出气口，所述第一管路为三通管路，第一管路的第一端与电堆的出气口连通，第一管路的第二端与气泵连通，第一管路的第三端与尾排阀连通，调压器通过第二管路与气泵连通，进气口通过第三管路与调压器连通，调压器还通过第四管路与氢瓶连通。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述调压器包括多个阀门，调压器的多个阀门可以按周期单独或多个同时开启。
该调压器控制方法的优点在于：可以通过改变阀门工作的排列组合方式，来满足从小流量到大流量不同流量消耗的***上，使产品的适用性更加广泛；在控制上采用工作频率和工作占空比双闭环的方式，保证在阀门工作方式切换时，调节压力的稳定性。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池***的示意图；
图2示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池***的调压器控制方法的流程图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池***的示意图。如图1所示，其中所述燃料电池***包括电堆1、第一管路2、气泵3、第二管路4、调压器5、第三管路6、第四管路7、氢瓶8和尾排阀9，所述电堆1的阳极上设有进气口12和出气口11，所述第一管路2为三通管路，第一管路2的第一端与电堆1的出气口11连通，第一管路2的第二端与气泵3连通，第一管路2的第三端与尾排阀9连通，调压器5通过第二管路4与气泵3连通，进气口12通过第三管路6与调压器5连通，调压器5还通过第四管路7与氢瓶8连通。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述调压器9包括多个阀门91，调压器9的多个阀门91可以按周期单独或多个同时开启。
图2示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池***的调压器控制方法的流程图。如图2所示，所述调压器控制方法包括多个步骤：
步骤101：检测调压器的喷口压力值；
步骤102：根据调压器的喷口压力值和预设的目标压力值使用PID算法计算占空比；
步骤103：根据调压器的喷口压力值计算压力波动幅度；
步骤104：根据压力波动幅度和预设的目标压力波动幅度使用PID算法计算开关周期；
步骤105：根据预设的占空比阈值和占空比确定调压器需要开启的阀门数量；
步骤106：根据需要开启的阀门数量和开关周期控制调压器对燃料电池进行调压。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述喷口为调压器的出气口。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述根据需要开启的阀门数量和开关周期控制调压器对燃料电池进行调压是指：当需要开启的阀门数量为a时，将全部阀门以a个阀门为一组分为多组，每次按照开关周期开启一组a个阀门对燃料电池进行调压。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述步骤102：根据调压器的喷口压力值和预设的目标压力值使用PID算法计算占空比包括：
步骤102a：检测当前的开关周期；
步骤102b：根据当前的开关周期和预设的目标流量获得预先标定的前馈占空比；
步骤102c：根据根据调压器的喷口压力值和预设的目标压力值使用PID算法计算反馈占空比；
步骤102d：根据前馈占空比和反馈占空比计算占空比。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述步骤104：根据压力波动幅度和预设的目标压力波动幅度使用PID算法计算开关周期包括：
步骤104a：检测当前开启的阀门数量；
步骤104b：根据当前开启的阀门数量获得预先标定的前馈开关周期；
步骤104c：根据压力波动幅度和预设的目标压力波动幅度使用PID算法计算反馈开关周期；
步骤104d：根据前馈开关周期和反馈开关周期计算开关周期。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，其中所述步骤105：根据预设的占空比阈值和占空比确定调压器需要开启的阀门数量包括：
步骤105a：获取n个预设的占空比阈值P1,P2…Pn，其中n小于调压器的阀门总数量且P1<P2<…<Pn；
步骤105b：比较占空比与预设的占空比阈值P1,P2…Pn并确定占空比所处的占空比阈值区间和与之对应的调压器需要开启的阀门数量。
根据本发明的上述一个实施方式提供的调压器控制方法，所述预设的占空比阈值P1,P2…Pn并确定占空比所处的占空比阈值区间和与之对应的调压器需要开启的阀门数量的对应关系的方法包括但不限于：设定阀门开启的占空比设定为从0％-Pmax，所述Pmax根据阀门数量确定且P1,P2…Pn均小于Pmax，当占空比<P1时，需要开启的阀门数量为1，单个阀门依次交替工作；当占空比大于等于P1且小于P2时，需要开启的阀门数量为2，每2个阀门为一组同时开启，多组阀门交替工作；当占空比大于等于P2且小于P3时，需要开启的阀门数量为3，每3个阀门同时开启，多组阀门交替工作；当占空比大于等于Pn时，，需要开启的阀门数量为调压器的全部阀门的数量，所有阀门一起工作。
该调压器控制方法的优点在于：可以通过改变阀门工作的排列组合方式，来满足从小流量到大流量不同流量消耗的***上，使产品的适用性更加广泛；在控制上采用工作频率和工作占空比双闭环的方式，保证在阀门工作方式切换时，调节压力的稳定性。
当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。

Claims (6)

1.一种燃料电池***的调压器控制方法，其特征在于，所述调压器控制方法包括多个步骤：
步骤1：检测调压器的喷口压力值；
步骤2：根据调压器的喷口压力值和预设的目标压力值使用PID算法计算占空比；
步骤3：根据调压器的喷口压力值计算压力波动幅度；
步骤4：根据压力波动幅度和预设的目标压力波动幅度使用PID算法计算开关周期；
步骤5：根据预设的占空比阈值和占空比确定调压器需要开启的阀门数量；
步骤6：根据需要开启的阀门数量和开关周期控制调压器对燃料电池进行调压。
2.如权利要求1所述的燃料电池***的调压器控制方法，其特征在于，所述步骤2：根据调压器的喷口压力值和预设的目标压力值使用PID算法计算占空比包括：
步骤201：检测当前的开关周期；
步骤202：根据当前的开关周期和预设的目标流量获得预先标定的前馈占空比；
步骤203：根据根据调压器的喷口压力值和预设的目标压力值使用PID算法计算反馈占空比；
步骤204：根据前馈占空比和反馈占空比计算占空比。
3.如权利要求1所述的燃料电池***的调压器控制方法，其特征在于，所述步骤4：根据压力波动幅度和预设的目标压力波动幅度使用PID算法计算开关周期包括：
步骤401：检测当前开启的阀门数量；
步骤402：根据当前开启的阀门数量获得预先标定的前馈开关周期；
步骤403：根据压力波动幅度和预设的目标压力波动幅度使用PID算法计算反馈开关周期；
步骤404：根据前馈开关周期和反馈开关周期计算开关周期。
4.如权利要求1所述的燃料电池***的调压器控制方法，其特征在于，所述步骤5：根据预设的占空比阈值和占空比确定调压器需要开启的阀门数量包括：
步骤501：获取n个预设的占空比阈值P1,P2…Pn，其中n小于调压器的阀门总数量且P1<P2<…<Pn；
步骤502：比较占空比与预设的占空比阈值P1,P2…Pn并确定占空比所处的占空比阈值区间和与之对应的调压器需要开启的阀门数量。
5.如权利要求1所述的燃料电池***的调压器控制方法，其特征在于，所述燃料电池***包括电堆、第一管路、气泵、第二管路、调压器、第三管路、第四管路、氢瓶和尾排阀，所述电堆的阳极上设有进气口和出气口，所述第一管路为三通管路，第一管路的第一端与电堆的出气口连通，第一管路的第二端与气泵连通，第一管路的第三端与尾排阀连通，调压器通过第二管路与气泵连通，进气口通过第三管路与调压器连通，调压器还通过第四管路与氢瓶连通。
6.如权利要求5所述的燃料电池***的调压器控制方法，其特征在于，所述调压器包括多个阀门，排氢阀与燃料电池连通，排氢阀的多个阀门可以按周期单独或多个同时开启。
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GR01 Patent grant
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