CN111293333B - 燃料电池的空气***的控制方法及控制装置 - Google Patents

燃料电池的空气***的控制方法及控制装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种燃料电池的空气***的控制方法，包括：确定空气流量目标值和空气压力目标值；确定空气压缩机的第一转速控制值和电子节气门的第一开度控制值；对空气***的空气流量目标值与空气流量实际值之间的流量差值进行PID控制，得到空气压缩机的转速调整值，对空气压缩机的第一转速控制值进行修正，将空气压缩机的转速调整至修正后的转速控制值；对空气***的空气压力目标值与空气压力实际值之间的压力差值进行PID控制，得到电子节气门的开度调整值，对电子节气门的第一开度控制值进行修正，将电子节气门的开度调整至修正后的开度控制值。基于本申请公开的控制方法，能够提高空气***对环境的适应性和抗干扰能力。

Description

燃料电池的空气***的控制方法及控制装置
技术领域
本申请属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池的空气***的控制方法及控制装置。
背景技术
空气***是燃料电池的关键子***之一，承担着供给氧化剂的作用，除此之外，燃料电池在工作过程中产生的大部分水也需要通过空气***排出，因此空气***对电池内部的水平衡也起到至关重要的作用。
燃料电池的空气***是一个多输入输出***，其结构如图1所示，主要包括：空气滤清器1、空气压缩机2、中冷器3、增湿器4、燃料电池的空气侧5、电子节气门6、控制装置7、空气流量计8和空气压力传感器9。其中，电子节气门6的后端通向大气，控制装置7采集空气流量器8和空气压力传感器9的测量数据，据此控制空气压缩机2和电子节气门6的运行。
目前针对燃料电池的空气***主要采用开环控制的方式，具体的：在一定的环境条件下，当燃料电池处于某个工作点时，根据燃料电池的化学反应及对应的过量系数求出空气流量目标值和空气压力目标值，将求出的空气流量目标值和空气压力目标值作为目标，反复调节空气压缩机的转速和电子节气门的开度，使得空气***的实际流量和压力满足前述的目标，最后将得到的空气压缩机的转速和电子节气门的开度作为燃料电池在该工作点的控制输入量；之后，在燃料电池的不同工作点重复执行上述的过程，直至覆盖燃料电池的整个工作区间。在燃料电池运行过程中，根据燃料电池所处的工作点，获得与该工作点对应的控制输入量，即获得与该工作点对应的空气压缩机的转速和电子节气门的开度，将空压机调整至该转速，将电子节气门调整至该开度，对空气***进行开环控制，控制过程如图2所示。
但是，针对燃料电池的空气***采用上述的开环控制方式，存在适应性差和抗干扰能力弱的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种燃料电池的空气***的控制方法及控制装置，以解决现有技术中存在的适应性差和抗干扰能力弱的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一方面，本申请提供一种燃料电池的空气***的控制方法，包括：
根据所述燃料电池当前所处的工作点确定所述空气***的空气流量目标值和空气压力目标值；
根据所述空气流量目标值和空气压力目标值确定所述空气***中空气压缩机的第一转速控制值、以及所述空气***中电子节气门的第一开度控制值，其中，在当前的工作点下，当所述空气压缩机的转速为所述第一转速控制值且所述电子节气门的开度为所述第一开度控制值时，所述空气压缩机不会进入喘振区；
计算所述空气***的空气流量目标值与空气流量实际值之间的流量差值，对所述流量差值进行PID控制，得到所述空气压缩机的转速调整值；
利用所述转速调整值对所述空气压缩机的第一转速控制值进行修正，得到第二转速控制值，将所述空气压缩机的转速调整至所述第二转速控制值；
计算所述空气***的空气压力目标值与空气压力实际值之间的压力差值，对所述压力差值进行PID控制，得到所述电子节气门的开度调整值；
利用所述开度调整值对所述电子节气门的第一开度控制值进行修正，得到第二开度控制值，将所述电子节气门的开度调整至所述第二开度控制值。
可选的，在上述控制方法中，所述利用所述开度调整值对所述电子节气门的第一开度控制值进行修正，包括：
获得与所述工作点对应的解耦网络；
将所述转速调整值与所述解耦网络中的第一系数相乘，得到开度修正值，其中，所述第一系数表征所述空气压缩机的转速变化对所述空气***的空气压力的影响程度；
对所述开度调整值和所述开度修正值进行求和处理，得到开度调整终值；
对所述开度调整终值和所述电子节气门的第一开度控制值进行求和处理，将求和结果作为所述第二开度控制值。
可选的，在上述控制方法中，所述利用所述转速调整值对所述空气压缩机的第一转速控制值进行修正，包括：
获得与所述工作点对应的解耦网络；
将所述开度调整值与所述解耦网络中的第二系数相乘，得到转速修正值，其中，所述第二系数表征所述电子节气门的开度变化对所述空气***的空气流量的影响程度；
对所述转速调整值和所述转速修正值进行求和处理，得到转速调整终值；
对所述转速调整终值和所述空气压缩机的第一转速控制值进行求和处理，将求和结果作为所述第二转速控制值。
可选的，在上述控制方法的基础上，还包括：针对所述燃料电池的多个工作点分别预先构建解耦网络；
其中，针对所述燃料电池的一个工作点构建解耦网络，包括：确定燃料电池处于所述工作点的情况下，所述空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度；根据所述空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度确定第一系数和第二系数，以构成解耦网络。
另一方面，本申请提供一种燃料电池的空气***的控制装置，包括：
目标值确定单元，用于根据所述燃料电池当前所处的工作点确定所述空气***的空气流量目标值和空气压力目标值；
控制量确定单元，用于根据所述空气流量目标值和空气压力目标值确定所述空气***中空气压缩机的第一转速控制值、以及所述空气***中电子节气门的第一开度控制值，其中，在当前的工作点下，当所述空气压缩机的转速为所述第一转速控制值且所述电子节气门的开度为所述第一开度控制值时，所述空气压缩机不会进入喘振区；
转速调整值确定单元，用于计算所述空气***的空气流量目标值与空气流量实际值之间的流量差值，对所述流量差值进行PID控制，得到所述空气压缩机的转速调整值；
转速调整单元，用于利用所述转速调整值对所述空气压缩机的第一转速控制值进行修正，得到第二转速控制值，将所述空气压缩机的转速调整至所述第二转速控制值；
开度调整值确定单元，用于计算所述空气***的空气压力目标值与空气压力实际值之间的压力差值，对所述压力差值进行PID控制，得到所述电子节气门的开度调整值；
开度调整单元，用于利用所述开度调整值对所述电子节气门的第一开度控制值进行修正，得到第二开度控制值，将所述电子节气门的开度调整至所述第二开度控制值。
可选的，在上述控制装置中，所述开度调整单元在利用所述开度调整值对所述电子节气门的第一开度控制值进行修正的方面，具体用于：
获得与所述工作点对应的解耦网络；将所述转速调整值与所述解耦网络中的第一系数相乘，得到开度修正值，其中，所述第一系数表征所述空气压缩机的转速变化对所述空气***的空气压力的影响程度；对所述开度调整值和所述开度修正值进行求和处理，得到开度调整终值；对所述开度调整终值和所述电子节气门的第一开度控制值进行求和处理，将求和结果作为所述第二开度控制值。
可选的，在上述控制装置中，所述转速调整单元在利用所述转速调整值对所述空气压缩机的第一转速控制值进行修正的方面，具体用于：
获得与所述工作点对应的解耦网络；将所述开度调整值与所述解耦网络中的第二系数相乘，得到转速修正值，其中，所述第二系数表征所述电子节气门的开度变化对所述空气***的空气流量的影响程度；对所述转速调整值和所述转速修正值进行求和处理，得到转速调整终值；对所述转速调整终值和所述空气压缩机的第一转速控制值进行求和处理，将求和结果作为所述第二转速控制值。
可选的，在上述控制装置的基础上，还包括预处理单元，所述预处理单元用于针对所述燃料电池的多个工作点分别预先构建解耦网络；
其中，所述预处理单元针对所述燃料电池的一个工作点构建解耦网络，具体包括：确定燃料电池处于所述工作点的情况下，所述空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度；根据所述空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度确定第一系数和第二系数，以构成解耦网络。
由此可见，本申请的有益效果为：
本申请公开的燃料电池的空气***的控制方法，采用前馈控制加反馈闭环的方式对空气***进行控制。当燃料电池所处的环境发生变化，导致空气***的空气流量和空气压力与目标值出现偏差时，能够自动调整空气压缩机的转速和电子节气门的开度，使得空气***的空气流量和空气压力满足需求，从而使得空气***免受环境变化的影响，能够提高空气***对环境的适应性和抗干扰能力。另外，在前馈控制环节对空气压缩机和电子节气门的工作路径进行规划，使得在燃料电池变载时，空气***能够快速响应，而且空气压缩机保持工作在喘振区之外，有利于延长空气压缩机的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为燃料电池的空气***的结构图；
图2为现有的针对燃料电池的空气***的控制原理图；
图3为本申请公开的一种燃料电池的空气***的控制方法的流程图；
图4为本申请公开的利用开度调整值对电子节气门的第一开度控制值进行修正的一个示例的流程图；
图5为本申请公开的利用转速调整值对空气压缩机的第一转速控制值进行修正的一个示例的流程图；
图6为本申请公开的燃料电池的空气***的控制方法的原理框图；
图7为采用图6所示的控制方法的情况下，空气***的空气流量的控制效果图；
图8为采用图6所示的控制方法的情况下，空气***的空气压力的控制效果图；
图9为采用图6所示的控制方法的情况下，空气压缩机的历史工作路径图；
图10为本申请公开的一种燃料电池的空气***的控制装置的结构图。
具体实施方式
现有技术中，针对燃料电池的空气***采用的是开环控制方式，而且在燃料电池的各个工作点对应的控制输入量，是基于预定的环境条件标定的，这就导致当燃料电池所处的环境发生变化时，基于在特定的环境条件标定的控制输入量对空气***进行控制，控制效果会出现较大的偏差，整个开环控制方式的适应性差，抗干扰能力弱。例如，当季节变化或者天气变化导致环境温度出现较大的变化时，基于特定的环境条件标定的控制输入量不再适用当前的场景，控制效果会出现较大的偏差，这导致在环境多变的车载条件下很难对燃料电池的空气***进行有效控制。
本申请公开燃料电池的空气***的控制方法及控制装置，能够提高燃料电池的空气***对环境的适应能力和抗干扰能力，从而提高燃料电池的综合性能。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图3，图3为本申请公开的一种燃料电池的空气***的控制方法的流程图，包括：
步骤S1：根据燃料电池当前所处的工作点确定空气***的空气流量目标值和空气压力目标值。
燃料电池稳定的输出功率是不连续的，是一系列离散功率点，这一系列离散功率点对应的燃料电池的工作状态为燃料电池的工作点。燃料电池所处的工作点不同时，所需的空气流量和空气压力也是不同的。
作为一种实施方式，预先确定燃料电池在不同工作点下对应的空气流量目标值和空气压力目标值，即，预先确定燃料电池的工作点与对应的空气流量目标值和空气压力目标值的映射关系。例如，预先根据燃料电池的化学反应及对应的过量系数，分别求出燃料电池在不同工作点下对应的空气流量目标值和空气压力目标值。在执行步骤S1时，从预存的数据中获得燃料电池当前所处的工作点对应的空气***的空气流量目标值和空气压力目标值。
步骤S2：根据空气流量目标值和空气压力目标值确定空气***中空气压缩机的第一转速控制值、以及空气***中电子节气门的第一开度控制值。
其中，在当前的工作点下，当空气压缩机的转速为第一转速控制值且节气门的开度为第一开度控制值时，空气压缩机不会进入喘振区。
在根据燃料电池当前所处的工作点确定空气***的空气流量目标值和空气压力目标值后，根据空气流量目标值和空气压力目标值确定空气压缩机的第一转速控制值和电子节气门的第一开度控制值，需要说明的是，第一转速控制值和第一开度控制值应满足以下条件：在当前的工作点下，当空气压缩机的转速为第一转速控制值，且电子节气门的开度为第一开度控制值时，空气压缩机不进入喘振区。
实施中，可以将空气***的空气流量目标值和空气压力目标值作为目标，根据空气流量计得到的空气流量实际值以及空气压力传感器得到的空气压力实际值，在确保空气压缩机不进入喘振区的前提下，调整空气压缩机的转速和电子节气门的开度，直至空气***的空气流量实际值达到空气流量目标值，且空气***的空气压力实际值达到空气压力目标值，记录空气压缩机当前的转速值和电子节气门当前的开度值。重复执行上述的过程，获得多组空气流量目标值和空气压力目标值对应的空气压缩机的转速值和电子节气门的开度值，得到的多组结果形成前馈规划表。
也就是说，前馈规划表包括多个数据组，其中，每个数据组包括空气***的空气流量目标值和空气压力目标值，以及对应的空气压缩机的转速值和电子节气门的开度值。
在执行步骤S2的过程中，在前馈规划表中查找与当前的空气流量目标值和空气压力目标值对应的空气压缩机的转速值以及电子节气门的开度值，将查找到的空气压缩机的转速值作为第一转速控制值，将查找到的电子节气门的开度值作为第一开度控制值。
上述的步骤S2是针对空气***的前馈控制环节，通过对空气压缩机和电子节气门的工作路径进行规划，一方面能够保证在燃料电池变载时，空气***能够快速响应，另一方面能够保证空气压缩机在燃料电池变载过程中保持工作在喘振区之外。
步骤S3：计算空气***的空气压力目标值与空气压力实际值之间的压力差值，对压力差值进行PID控制，得到电子节气门的开度调整值。
步骤S4：利用开度调整值对电子节气门的第一开度控制值进行修正，得到第二开度控制值，将电子节气门的开度调整至第二开度控制值。
通过空气压力传感器检测空气***的空气压力实际值，计算空气***的空气压力目标值和空气压力实际值之间的压力差值，对计算得到的压力差值进行PID控制(比例积分微分控制)，得到电子节气门的开度调整值。利用得到的开度调整值对电子节气门的第一开度控制值进行修正，得到第二开度控制值，将电子节气门的开度调整值该第二开度控制值。
步骤S5：计算空气***的空气流量目标值与空气流量实际值之间的流量差值，对流量差值进行PID控制，得到空气压缩机的转速调整值。
步骤S6：利用转速调整值对空气压缩机的第一转速控制值进行修正，得到第二转速控制值，将空气压缩机的转速调整至第二转速控制值。
通过空气流量计检测空气***的空气流量实际值，计算空气***的空气流量目标值和空气流量实际值之间的流量差值，对计算得到的流量差值进行PID控制，得到空气压缩机的转速调整值。利用得到的转速调整值对空气压缩机的第一转速控制值进行修正，得到第二转速控制值，将空气压缩机的转速调整至该第二转速控制值。
上述的步骤S3至步骤S6是针对空气***的反馈闭环环节，当燃料电池所处的环境发生变化，导致空气***的空气流量和空气压力与目标值出现偏差时，能够自动调整空气压缩机的转速和电子节气门的开度，使得空气***的空气流量和空气压力满足需求。
本申请公开的燃料电池的空气***的控制方法，采用前馈控制加反馈闭环的方式对空气***进行控制。当燃料电池所处的环境发生变化，导致空气***的空气流量和空气压力与目标值出现偏差时，能够自动调整空气压缩机的转速和电子节气门的开度，使得空气***的空气流量和空气压力满足需求，使得空气***免受环境变化的影响，能够提高空气***对环境的适应性和抗干扰能力。另外，在前馈控制环节对空气压缩机和电子节气门的工作路径进行规划，使得在燃料电池变载时，空气***能够快速响应，而且空气压缩机保持工作在喘振区之外，有利于延长空气压缩机的使用寿命。
作为一个示例，在步骤S4中，对步骤S3得到的电子节气门的开度调整值和步骤S2得到的第一开度控制值进行求和，将求和结果作为第二开度控制值。在步骤S6中，对步骤S5得到的空气压缩机的转速调整值和步骤S2得到的第一转速控制值进行求和，将求和结果作为第二转速控制值。
申请人发现，燃料电池的空气***的空气流量和空气压力之间存在一定的耦合性，也就是说，当调整空气压缩机的转速时，不仅空气***的空气流量会发生变化，而且空气***的空气压力也会变化；当调整电子节气门的开度时，不仅空气***的空气压力会发生变化，而且空气***的空气流量也会发生变化。
基于此发现，本申请公开步骤S4以及步骤S6的另外一个示例，下面分别进行说明。
参见图4，图4为本申请公开利用开度调整值对电子节气门的第一开度控制值进行修正的一个示例的流程图，包括：
步骤S401：获得与工作点对应的解耦网络。
步骤S402：将转速调整值与解耦网络中的第一系数相乘，得到开度修正值。其中，第一系数表征空气压缩机的转速变化对空气***的空气压力的影响程度。
步骤S403：对开度调整值和开度修正值进行求和处理，得到开度调整终值。
步骤S404：对开度调整终值和节气门的第一开度控制值进行求和处理，将求和结果作为第二开度控制值。
参见图5，图5为本申请公开利用转速调整值对空气压缩机的第一转速控制值进行修正的一个示例的流程图，包括：
步骤S501：获得与工作点对应的解耦网络。
步骤S502：将开度调整值与解耦网络中的第二系数相乘，得到转速修正值。其中，第二系数表征节气门的开度变化对空气***的空气流量的影响程度。
步骤S503：对转速调整值和转速修正值进行求和处理，得到转速调整终值。
步骤S504：对转速调整终值和空气压缩机的第一转速控制值进行求和处理，将求和结果作为第二转速控制值。
对于一个燃料电池来说，其空气***的空气压力和空气流量之间的耦合强度并不是恒定的，两者之间的耦合强度随着燃料电池的工作点的改变而改变。当燃料电池所处的工作点不同时，空气***的空气流量和空气压力的耦合程度不同。也就是说，燃料电池所处的工作点不同时，空气压缩机的转速变化对空气***的空气压力的影响程度不同，节气门的开度变化对空气***的空气流量的影响程度也不同，相应的，所需要的解耦网络也不同。
需要说明的是，解耦网络主要包括两个系数，分别记为第一系数和第二系数，其中，第一系数表征空气压缩机的转速变化对空气***的空气压力的影响程度，第二系数表征节气门的开度变化对空气***的空气流量的影响程度。
根据燃料电池当前所处的工作点，获得对应的解耦网络。
将转速调整值与获得的解耦网络中的第一系数相乘，得到开度修正值，计算开度调整值和开度修正值的和值，该和值作为开度调整终值，计算开度调整终值和电子节气门的第一开度控制值的和值，该和值作为第二开度控制值，将电子节气门的开度调整至该第二开度控制值。将开度调整值与获得的解耦网络中的第二系数相乘，得到转速修正值，计算转速调整值和转速修正值的和值，该和值作为转速调整终值，计算转速调整终值和空气压缩机的第一转速控制值的和值，该和值作为第二转速控制值，将空气压缩机的转速调整至该第二转速控制值。
本申请图4所示的利用开度调整值对电子节气门的第一开度控制值进行修正的示例，以及图5所示的利用转速调整值对空气压缩机的第一转速控制值进行修正的示例，利用与燃料电池当前所处工作点对应的解耦网络对空气***的空气流量和空气压力进行解耦处理，使得空气***的空气流量由空气压缩机控制，空气***的空气压力由电子节气门控制，能够提高空气***的控制精度。
请参见图6，图6为本申请公开的燃料电池的空气***的控制方法的原理框图。另外，图7示出了采用图6所示控制方法的情况下，空气***的空气流量的控制效果，图8示出了采用图6所示控制方法的情况下，空气***的空气压力的控制效果，图9示出了采用图6所示控制方法的情况下，空气压缩机的历史工作路径。
在本申请上述公开的控制方法的基础上，还可以设置以下步骤：针对燃料电池的多个工作点分别预先构建解耦网络。构建解耦网络的过程可以理解为确定第一系数和第二系数的过程。
其中，针对燃料电池的一个工作点构建解耦网络，包括：确定燃料电池处于该工作点的情况下，空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度；根据空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度确定第一系数和第二系数，以构成解耦网络。
作为一种实施方式，空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度可以采用空气***传递函数的相对增益矩阵。
下面进行详细说明：
在一个工作点下，控制空气压缩机的转速保持在与该工作点对应的第一转速值，控制电子节气门的开度以第一开度值为起点，按照预定的开度差上下跳动，即：控制电子节气门的开度以第一开度值为起点按照预定的开度差逐渐增大，控制电子节气门的开度以第一开度值为起点按照预定的开度差逐渐减小，获得并记录相应的空气***的空气流量实际值和空气压力实际值，得到多个数据组。在该工作点下，控制电子节气门的开度保持在于该工作点对应的第一开度值，控制空气压缩机的转速以第一转速值为起点，按照预定的转速差上下跳动，即：控制空气压缩机的转速以第一转速值为起点按照预定的转速差逐渐增大，控制空气压缩机的转速以第一转速值为起点按照预定的转速差逐渐减小，获得并记录相应的空气***的空气流量实际值和空气压力实际值，得到多个数据组。
其中，每个数据组包括空气压缩机的转速值、电子节气门的开度值、空气***的空气流量实际值和空气压力实际值。
第一转速值和第一开度值具体为：根据燃料电池当前所处的工作点确定空气***的空气流量目标值和空气压力目标值，根据空气流量目标值和空气压力目标值确定第一转速值和第一开度值。
实施中，可以在前馈规划表中查找与当前的空气流量目标值和空气压力目标值对应的空气压缩机的转速值以及电子节气门的开度值，将查找到的空气压缩机的转速值作为第一转速值，将查找到的电子节气门的开度值作为第一开度值。
对前述得到的多个数据组进行拟合，得到空气***的传递函数，之后，根据空气***的传递函数确定当前工作点下的解耦网络中的第一系数和第二系数。
这里以一个实例进行说明：
假如在燃料电池处于工作点1时，空气***的传递函数如下：
Figure BDA0001896862180000131
其中，s为拉普拉斯变元，y1为空气***的空气流量，单位为g/s，y2为空气***的空气压力，单位为kPa，u1为空气压缩机的转速，单位为RPM，u2为电子节气门的开度，单位为％。
静态增益矩阵
Figure BDA0001896862180000132
相对增益矩阵
Figure BDA0001896862180000133
此时空气***的空气流量和空气压力具有较强耦合性。
计算解耦网络中的第一系数N12和第二系数N21：
N12(s)＝-G21(s)/G22(s)
N21(s)＝-G12(s)/G11(s)
其中，G11(s)为0.0045/(1+0.0566s)，G12(s)为19.7/(1+0.0777s)，G21(s)为0.0137/(1+0.31s)，G22(s)为-174.86/(1+0.17s)。
Figure BDA0001896862180000134
Figure BDA0001896862180000141
本申请上述公开了燃料电池的空气***的控制方法，相应的，本申请公开燃料电池的空气***的控制装置，下文中关于控制装置的描述与上文中关于控制方法的描述，可以相互参见。
参见图10，图10为本申请公开的一种燃料电池的空气***的控制装置的结构图，包括：
目标值确定单元100，用于根据燃料电池当前所处的工作点确定空气***的空气流量目标值和空气压力目标值；
控制量确定单元200，用于根据空气流量目标值和空气压力目标值确定空气***中空气压缩机的第一转速控制值、以及空气***中电子节气门的第一开度控制值，其中，在当前的工作点下，当空气压缩机的转速为第一转速控制值，且电子节气门的开度为第一开度控制值时，空气压缩机不会进入喘振区；
转速调整值确定单元300，用于计算空气***的空气流量目标值与空气流量实际值之间的流量差值，对流量差值进行PID控制，得到空气压缩机的转速调整值；
转速调整单元400，用于利用转速调整值对空气压缩机的第一转速控制值进行修正，得到第二转速控制值，将空气压缩机的转速调整至第二转速控制值；
开度调整值确定单元500，用于计算空气***的空气压力目标值与空气压力实际值之间的压力差值，对压力差值进行PID控制，得到电子节气门的开度调整值；
开度调整单元600，用于利用开度调整值对电子节气门的第一开度控制值进行修正，得到第二开度控制值，将电子节气门的开度调整至第二开度控制值。
本申请公开的燃料电池的空气***的控制装置，采用前馈控制加反馈闭环的方式对空气***进行控制。当燃料电池所处的环境发生变化，导致空气***的空气流量和空气压力与目标值出现偏差时，能够自动调整空气压缩机的转速和电子节气门的开度，使得空气***的空气流量和空气压力满足需求，从而使得空气***免受环境变化的影响，能够提高空气***对环境的适应性和抗干扰能力。另外，在前馈控制环节对空气压缩机和电子节气门的工作路径进行规划，使得在燃料电池变载时，空气***能够快速响应，而且空气压缩机保持工作在喘振区之外，有利于延长空气压缩机的使用寿命。
作为一个示例，开度调整单元600在利用开度调整值对电子节气门的第一开度控制值进行修正的方面，具体用于：对开度调整值确定单元500确定的电子节气门的开度调整值和控制量确定单元200确定的第一开度控制值进行求和，将求和结果作为第二开度控制值。
作为另一个示例，开度调整单元600在利用开度调整值对电子节气门的第一开度控制值进行修正的方面，具体用于：获得与工作点对应的解耦网络；将转速调整值与解耦网络中的第一系数相乘，得到开度修正值，其中，第一系数表征空气压缩机的转速变化对空气***的空气压力的影响程度；对开度调整值和开度修正值进行求和处理，得到开度调整终值；对开度调整终值和电子节气门的第一开度控制值进行求和处理，将求和结果作为第二开度控制值。
作为一个示例，转速调整单元400在利用转速调整值对空气压缩机的第一转速控制值进行修正的方面，具体用于：对转速调整值确定单元300确定的空气压缩机的转速调整值和控制量确定单元200确定的第一转速控制值进行求和，将求和结果作为第二转速控制值。
作为另一个示例，转速调整单元400在利用转速调整值对空气压缩机的第一转速控制值进行修正的方面，具体用于：获得与工作点对应的解耦网络；将开度调整值与解耦网络中的第二系数相乘，得到转速修正值，其中，第二系数表征电子节气门的开度变化对空气***的空气流量的影响程度；对转速调整值和转速修正值进行求和处理，得到转速调整终值；对转速调整终值和空气压缩机的第一转速控制值进行求和处理，将求和结果作为第二转速控制值。
可选的，在本申请上述公开的控制装置的基础上，进一步设置预处理单元，预处理单元用于针对燃料电池的多个工作点分别预先构建解耦网络。
其中，预处理单元针对燃料电池的一个工作点构建解耦网络，具体包括：确定燃料电池处于工作点的情况下，空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度；根据空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度确定第一系数和第二系数，以构成解耦网络。
作为一种实施方式，空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度可以采用空气***传递函数的相对增益矩阵。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种燃料电池的空气***的控制方法，其特征在于，包括：
根据所述燃料电池当前所处的工作点确定所述空气***的空气流量目标值和空气压力目标值；
根据所述空气流量目标值和空气压力目标值确定所述空气***中空气压缩机的第一转速控制值、以及所述空气***中电子节气门的第一开度控制值，其中，在当前的工作点下，当所述空气压缩机的转速为所述第一转速控制值且所述电子节气门的开度为所述第一开度控制值时，所述空气压缩机不会进入喘振区；
计算所述空气***的空气流量目标值与空气流量实际值之间的流量差值，对所述流量差值进行PID控制，得到所述空气压缩机的转速调整值；
利用所述转速调整值对所述空气压缩机的第一转速控制值进行修正，得到第二转速控制值，将所述空气压缩机的转速调整至所述第二转速控制值；
计算所述空气***的空气压力目标值与空气压力实际值之间的压力差值，对所述压力差值进行PID控制，得到所述电子节气门的开度调整值；
利用所述开度调整值对所述电子节气门的第一开度控制值进行修正，得到第二开度控制值，将所述电子节气门的开度调整至所述第二开度控制值；所述利用所述开度调整值对所述电子节气门的第一开度控制值进行修正，包括：
获得与所述工作点对应的解耦网络；
将所述转速调整值与所述解耦网络中的第一系数相乘，得到开度修正值，其中，所述第一系数表征所述空气压缩机的转速变化对所述空气***的空气压力的影响程度；
对所述开度调整值和所述开度修正值进行求和处理，得到开度调整终值；
对所述开度调整终值和所述电子节气门的第一开度控制值进行求和处理，将求和结果作为所述第二开度控制值。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述利用所述转速调整值对所述空气压缩机的第一转速控制值进行修正，包括：
获得与所述工作点对应的解耦网络；
将所述开度调整值与所述解耦网络中的第二系数相乘，得到转速修正值，其中，所述第二系数表征所述电子节气门的开度变化对所述空气***的空气流量的影响程度；
对所述转速调整值和所述转速修正值进行求和处理，得到转速调整终值；
对所述转速调整终值和所述空气压缩机的第一转速控制值进行求和处理，将求和结果作为所述第二转速控制值。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，还包括：针对所述燃料电池的多个工作点分别预先构建解耦网络；
其中，针对所述燃料电池的一个工作点构建解耦网络，包括：确定燃料电池处于所述工作点的情况下，所述空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度；根据所述空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度确定第一系数和第二系数，以构成解耦网络。
4.一种燃料电池的空气***的控制装置，其特征在于，包括：
目标值确定单元，用于根据所述燃料电池当前所处的工作点确定所述空气***的空气流量目标值和空气压力目标值；
控制量确定单元，用于根据所述空气流量目标值和空气压力目标值确定所述空气***中空气压缩机的第一转速控制值、以及所述空气***中电子节气门的第一开度控制值，其中，在当前的工作点下，当所述空气压缩机的转速为所述第一转速控制值且所述电子节气门的开度为所述第一开度控制值时，所述空气压缩机不会进入喘振区；
转速调整值确定单元，用于计算所述空气***的空气流量目标值与空气流量实际值之间的流量差值，对所述流量差值进行PID控制，得到所述空气压缩机的转速调整值；
转速调整单元，用于利用所述转速调整值对所述空气压缩机的第一转速控制值进行修正，得到第二转速控制值，将所述空气压缩机的转速调整至所述第二转速控制值；
开度调整值确定单元，用于计算所述空气***的空气压力目标值与空气压力实际值之间的压力差值，对所述压力差值进行PID控制，得到所述电子节气门的开度调整值；
开度调整单元，用于利用所述开度调整值对所述电子节气门的第一开度控制值进行修正，得到第二开度控制值，将所述电子节气门的开度调整至所述第二开度控制值；所述开度调整单元在利用所述开度调整值对所述电子节气门的第一开度控制值进行修正的方面，具体用于：
获得与所述工作点对应的解耦网络；将所述转速调整值与所述解耦网络中的第一系数相乘，得到开度修正值，其中，所述第一系数表征所述空气压缩机的转速变化对所述空气***的空气压力的影响程度；对所述开度调整值和所述开度修正值进行求和处理，得到开度调整终值；对所述开度调整终值和所述电子节气门的第一开度控制值进行求和处理，将求和结果作为所述第二开度控制值。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述转速调整单元在利用所述转速调整值对所述空气压缩机的第一转速控制值进行修正的方面，具体用于：
获得与所述工作点对应的解耦网络；将所述开度调整值与所述解耦网络中的第二系数相乘，得到转速修正值，其中，所述第二系数表征所述电子节气门的开度变化对所述空气***的空气流量的影响程度；对所述转速调整值和所述转速修正值进行求和处理，得到转速调整终值；对所述转速调整终值和所述空气压缩机的第一转速控制值进行求和处理，将求和结果作为所述第二转速控制值。
6.根据权利要求4或5所述的控制装置，其特征在于，还包括预处理单元，所述预处理单元用于针对所述燃料电池的多个工作点分别预先构建解耦网络；
其中，所述预处理单元针对所述燃料电池的一个工作点构建解耦网络，具体包括：确定燃料电池处于所述工作点的情况下，所述空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度；根据所述空气***的空气流量和空气压力之间的耦合强度确定第一系数和第二系数，以构成解耦网络。
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