CN109830709A - 燃料电池氢气供给控制方法、计算机设备和储存介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种燃料电池氢气供给控制方法、计算机设备和储存介质，通过计算用于补偿循环泵对压力影响的所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}、用于补偿电堆电化学反应对压力影响的第二前馈占空比u_{inject,current_c}、用于补偿尾排阀对压力影响的第三前馈占空比u_{inject,purge_c}、以及反馈占空比Δu_inject，之后求和得到氢气喷射装置目标占空比u_inject，进而控制所述氢气喷射装置的开启时长，以上步骤使得阳极侧压力基本跟随阴极侧压力，从而最小化所述阳极侧和所述阴极测的压力差，减小质子交换膜两侧的压差波动振幅，保护所述质子交换膜不受损伤，增强其耐久性，还可以配合电堆阳极侧水管理控制算法，实现对氢气喷射系统、循环泵、尾排阀的协同控制，进而使电堆阳极侧工作于合适的水含量与压力状态。

Description

燃料电池氢气供给控制方法、计算机设备和储存介质

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别是涉及一种燃料电池氢气供给控制方法、计算机设备和储存介质。

背景技术

质子交换膜氢燃料电池是一种以电化学反应的方式将化学能直接转化为电能的能量转化装置，其清洁、能量转化高效的特点使其逐渐应用于交通运输领域。

提升功率密度是当前降低燃料电池系统成本的重要技术思路，而实现燃料电池系统功率密度上升的关键技术方案是提高电堆内部反应气体压力。在燃料电池电堆内部，由于质子交换膜燃料电池原理性结构，提高电堆内部反应气体压力意味着系统面临更大的耐久性风险。这种耐久性风险来自两个方面：1.目前成熟的燃料电池系统在运行过程中，需要间歇性开启阳极侧氢气尾排阀，这样可以改善阳极侧排水，提高系统性能以及耐久性，尾排阀的开启周期与占空比由电堆阳极侧水管理控制算法决定，同时，阳极侧水管理控制算法会决定循环泵目标转速；在稳定工况下，阴极侧空气压力维持不变，阳极侧氢气尾排阀动作将会造成质子交换膜两侧压差波动，可能对质子交换膜造成机械损伤；提升电堆内部压力之后，这种波动幅值将会增大；2.为了提升电堆内部供给气体压力，通常采用空压机形成阴极侧空气高压环境；对比低压情况所使用的鼓风机，在过渡工况中，空压机具有更快的压力变化速率；在阳极侧氢气压力变化速率落后于阴极侧情况下，同样可能造成膜两侧压差波动幅值增大，进而对质子交换膜造成机械损伤。

发明内容

基于此，针对需要合理的控制氢气喷射装置实现质子交换膜两侧压差波动幅值最小化的问题，提供一种燃料电池氢气供给控制方法、一种计算机设备和一种储存介质。

一种适用于燃料电池氢气供给系统的燃料电池氢气供给控制方法，所述燃料电池氢气供给系统包括储气瓶、电磁阀、氢气喷射装置、循环泵和尾排阀，所述储气瓶用于通过所述氢气喷射装置向所述燃料电池电堆的阳极侧入口输入氢气，所述尾排阀和所述循环泵分别用于与所述燃料电池电堆的阳极侧出口相连通，其特征在于，所述方法包括：

S10：基于所述燃料电池电堆的阴极侧压力确定所述燃料电池电堆的阳极侧目标压力p_target；

S20:得到所述循环泵氢气质量流量占所述氢气喷射装置最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第一前馈占空比u_{inject,pump_c}，得到所述电堆反应消耗氢气质量流量占所述氢气喷射装置最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第二前馈占空比u_{inject,current_c}，得到所述尾排阀的氢气质量流量占所述氢气喷射装置最大(及占空比100％)质量流量的比值作为第三前馈占空比u_{inject,purge_c}；

S30：基于所述燃料电池电堆的阳极侧出口压力p_outlet以及所述电堆阳极侧目标压力p_target的差值,通过控制律得到用于修正所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}、所述第二前馈占空比u_{inject,current_c}以及所述第三前馈占空比u_{inject,purge_c}偏差影响的反馈占空比Δu_inject；

S40：对所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}、所述第二前馈占空比u_{inject,current_c}、所述第三前馈占空比u_{inject,purge_c}以及所述反馈占空比Δu_inject求和，得到氢气喷射装置目标占空比u_inject，通过所述氢气喷射装置目标占空比u_inject可以实现对所述氢气喷射装置开启时长的控制。

一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤。

上述燃料电池氢气供给控制方法、计算机设备和储存介质，通过计算用于补偿循环泵对压力扰动的所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}、用于补偿电堆电化学反应对压力扰动的第二前馈占空比u_{inject,current_c}、用于补偿尾排阀对压力扰动的第三前馈占空比u_{inject,purge_c}、以及反馈占空比Δu_inject，之后求和得到氢气喷射装置目标占空比u_inject，进而控制所述氢气喷射装置的开启时长，以上步骤使得阳极侧压力基本跟随阴极侧压力，从而最小化所述阳极侧和所述阴极侧的压力差，减小质子交换膜两侧的压差波动振幅，保护所述质子交换膜不受损伤，增强其耐久性。另外，这种氢气供给控制方法配合电堆阳极侧水管理控制算法，可以实现对氢气喷射系统、循环泵、尾排阀的协同控制，进而使电堆阳极侧工作于合适的水含量与压力状态。

附图说明

图1为根据本申请一实施例的燃料电池氢气供给系统示意图；

图2为根据本申请一实施例的燃料电池氢气供给控制系统示意图；

图3为根据本申请一实施例的燃料电池氢气供给控制流程图；

图4为根据本申请一实施例的计算第一前馈占空比的流程图；

图5为根据本申请一实施例的计算循环泵氢气质量流量的流程图；

图6为根据本申请一实施例的用于计算循环泵质量流量的MAP图；

图7为根据本申请一实施例的计算第二前馈占空比的流程图；

图8为根据本申请一实施例的计算第三前馈占空比的流程图；

图9为根据本申请一实施例的计算氢气喷射装置最大(即100％占空比)质量流量的流程图。

附图标记说明：

燃料电池氢气供给系统20、储气瓶201、电磁阀202、氢气管路220、氢气喷射装置204、循环泵205、电堆210、电堆阳极211、电堆阳极侧入口2111、电堆阳极侧出口2112、尾排阀203、微控制器206、压力传感器1、温度传感器2、压力传感器3、压力传感器4、温度传感器5

具体实施方式

本申请提供了一种燃料电池氢气供给控制方法10，可以适用于图1所示的燃料电池氢气供给系统20。请参见图1，所述燃料电池氢气供给系统20包括储气瓶201、电磁阀202、氢气喷射装置204、循环泵205、尾排阀203。所述电堆阳极为211。所述电堆阳极211包括电堆阳极侧入口2111和电堆阳极侧出口2112。所述储气瓶201通过所述电磁阀202以及氢气管路220与所述氢气喷射装置204相连通。所述循环泵205分别与所述阳极侧入口2111和所述阳极侧出口2112相连通，用于使氢气在所述阳极侧入口2111和所述阳极侧出口2112之间循环。所述尾排阀203与所述燃料电池电堆210的阳极侧出口2112相连通。

所述储气瓶201用于存储氢气。当所述电磁阀202开启时，氢气从所述储气瓶201，经所述202以及所述氢气管路220进入所述氢气喷射装置204。当所述氢气喷射装置204开启时，氢气经所述氢气喷射装置204喷射到所述电堆阳极211的电堆阳极侧入口2111。进入所述电堆阳极211的氢气有三种流出电堆途径，部分氢气由所述电堆210反应消耗；部分氢气由所述电堆阳极211的电堆阳极侧出口2112排出，再经所述循环泵205回到所述电堆阳极侧入口2111；部分氢气从电堆阳极侧出口2112流出后再通过所述尾排阀203排出，以加强阳极侧排水(在电堆阴极侧催化剂层产生的水会在扩散和对流作用下到达阳极侧，造成水淹后将会影响电堆性能与耐久性)。

请参见图2，表示了所述氢气供给控制系统。在图1所示氢气供给系统的基础上，还包括压力传感器1、温度传感器2、压力传感器3、压力传感器4、温度传感器5以及微控制器206。压力传感器1和温度传感器2布置于所述氢气喷射装置204前端的氢气管路220。所述压力传感器1用于测量氢气喷射装置204前端压力p_rail。所述温度传感器2用于测量氢气喷射装置204前端温度T_rail。所述压力传感器3用于测量电堆阳极侧入口压力p_inlet。所述压力传感器4用于测量电堆阳极侧出口压力p_outlet。所述温度传感器用于测量电堆阳极侧出口温度T_outlet。所述微控制器206与各个所述传感器电连接，各个所述传感器测量到的参数被所述微控制器206采集。所述微控制器206可以采集所述电堆210电流i_stack。所述微控制器206还与所述氢气喷射装置204、所述循环泵205以及所述尾排阀203电连接。所述微控制器206可以采集所述循环泵205的实际转速n_pump，还可以控制所述循环泵205的转速。所述微控制器206可以控制所述氢气喷射装置204的开启或关闭。所述微控制器206还可以控制所述尾排阀203的周期性开启或关闭。

所述氢气喷射装置204的目标占空比是指所述氢气喷射装置204开启的时间占其总周期(开启时间和关闭时间的和)的比例，也是通过所述氢气喷射装置204的氢气质量流量占到达所述氢气喷射装置204最大(即100％占空比)氢气质量流量的比例。通过控制所述氢气喷射装置204的占空比，可以有效调节所述阳极侧压力，实现最小化所述阳极侧和所述阴极测的压力差，进而减小质子交换膜两侧压差波动的振幅，增强所述质子交换膜耐久性。

请参见图3，本申请提供的燃料电池氢气供给控制方法10包括：

S10：基于所述燃料电池电堆210的阴极侧压力确定所述燃料电池电堆210的阳极211侧目标压力p_target；

S20:得到所述循环泵205氢气质量流量占所述氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第一前馈占空比u_{inject,pump_c}，得到所述电堆210反应消耗氢气质量流量占所述氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第二前馈占空比u_{inject,current_c}，得到所述尾排阀203的氢气质量流量占所述氢气喷射装置204最大(及占空比100％)质量流量的比值作为第三前馈占空比u_{inject,purge_c}；

S30：基于所述燃料电池电堆210的阳极侧出口2112压力p_outlet以及所述电堆210阳极侧目标压力p_target的差值,通过控制律得到用于修正所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}、所述第二前馈占空比u_{inject,current_c}以及所述第三前馈占空比u_{inject,purge_c}偏差影响的反馈占空比Δu_inject；

S40：对所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}、所述第二前馈占空比u_{inject,current_c}、所述第三前馈占空比u_{inject,purge_c}以及所述反馈占空比Δu_inject求和，得到氢气喷射装置204目标占空比u_inject，通过所述氢气喷射装置204目标占空比u_inject可以实现对所述氢气喷射装置204开启时长的控制。

在上述实施例中，所述反馈占空比Δu_inject目的为补偿不确定性因素造成的误差。在实际中，由于各种误差存在，前馈控制不能保证所述电堆阳极侧出口压力p_outlet与所述电堆阳极侧目标压力p_target相等。基于这种差值，利用控制律计算得到反馈占空比Δu_inject。在一个实施例中，所述控制律可以为PID控制算法。将所述电堆阳极侧出口压力p_outlet和所述电堆阳极侧目标压力p_target的差值输入所述PID控制算法后，其包括比例、积分、微分三种运算模块，之后输出所述反馈占空比Δu_inject。在另一个实施例中，用于计算所述反馈占空比Δu_inject的算法还可以包括基于现代控制算法设计反馈控制律，例如采用鲁棒预测控制算法、H_∞控制算法等。需要注意，利用这些算法设计控制律时，需要得到控制律Δu_inject＝f(p_outlet-p_target)。将Δu_inject与p_target对应的u_inject,c求和得到氢气喷射装置目标占空比。

当所述氢气喷射装置204开启时，氢气经所述氢气喷射装置204喷射到所述电堆阳极211的电堆阳极侧入口2111。进入所述电堆阳极211的氢气有三种流出电堆途径，部分氢气由所述电堆210反应消耗；部分氢气由所述电堆阳极211的电堆阳极侧出口2112排出，再经所述循环泵205回到所述电堆阳极侧入口2111；部分氢气从电堆阳极侧出口2112流出后再通过所述尾排阀203排出，以加强阳极侧排水(在电堆阴极侧催化剂层产生的水会在扩散和对流作用下到达阳极侧，造成水淹后将会影响电堆性能与耐久性)。

应理解，得到所述循环泵205氢气质量流量占所述氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第一前馈占空比u_{inject,pump_c}，所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}可以用于补偿所述述循环泵205对阳极侧压力的干扰；得到所述电堆(210)反应消耗氢气质量流量占所述氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第二前馈占空比u_{inject,current_c}，第二前馈占空比u_{inject,current_c}可以用于补偿所述燃料电池电堆210电化学反应对阳极侧压力的干扰；得到所述尾排阀(203)的氢气质量流量占所述氢气喷射装置204最大(及占空比100％)质量流量的比值作为第三前馈占空比u_{inject,purge_c}，第三前馈占空比u_{inject,purge_c}可以用于补偿所述尾排阀203对阳极侧压力的扰动。

因此得到用于补偿所述循环泵205对压力扰动的第一前馈占空比u_{inject,pump_c}、用于补偿所述燃料电池电堆210电化学反应对压力扰动的第二前馈占空比u_{inject,current_c}以及用于补偿所述尾排阀203对压力扰动的第三前馈占空比u_{inject,purge_c}，以及反馈占空比Δu_inject，以上求和可以得到所述氢气喷射装置204的目标占空比。值得注意，按照以上算法所得目标占空比由控制器发送给氢气喷射装置时受到上限为100％，下限为0％的限制。

计算所述氢气喷射装置204的目标占空比，并根据所述目标占空比驱动所述氢气喷射装置204，可以有效调节所述阳极侧压力，最小化所述阳极侧和所述阴极侧的压力差，从而减小质子交换膜两侧压差波动的振幅，增强所述质子交换膜耐久性。

请参见图4，在一个实施例中，所述步骤S20中，

得到所述循环泵205氢气质量流量占所述氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第一前馈占空比u_{inject,pump_c}包括：

S210：测量所述电堆阳极侧入口(2111)压力p_inlet；

S211：读取所述循环泵(205)实际转速n_pump；

S212：基于所述电堆阳极侧目标压力p_target、所述电堆阳极侧入口压力p_inlet以及所述循环泵实际转速n_pump计算所述循环泵205氢气质量流量

S213：基于所述循环泵205氢气质量流量以及所述氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量计算所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}，其中

在上述实施例中，所述循环泵205的实际转速n_pump是由所述微控制器206采集的。所述燃料电池电堆210的阴极侧压力可以由阴极侧压力传感器采集，并输入到所述微传感器206。基于所述燃料电池的电堆阴极侧压力确定所述燃料电池电堆的阳极侧目标压力p_target，之后计算所述氢气喷射装置204的目标占空比u_inject，可以最小化所述阳极侧和所述阴极测的压力差，从而减小质子交换膜两侧压差波动的振幅，增强所述质子交换膜耐久性。所述电堆阳极侧出口压力p_outlet可以由所述压力传感器4采集。

在上述实施例中，所述电堆阳极侧入口2111压力p_inlet可以由所述压力传感器3测量。所述循环泵205的实际转速n_pump可以由所述微控制器206采集。如前所述，所述电堆阳极侧目标压力p_target根据所述电堆阴极侧压力值确定。所述循环泵205的质量流量可以基于所述电堆阳极侧目标压力p_target、所述电堆阳极侧入口压力p_inlet以及所述循环泵205的实际转速n_pump，采用流体力学理论、有限元计算软件、循环泵生产商提供的MAP图，或者采用试验方法标定MAP图等方式进行计算。

请参见图5，在一个实施例中，所述步骤S212还包括：

S2121：根据所述电堆阳极侧目标压力p_target、所述电堆阳极侧入口2111压力p_inlet，计算所述循环泵205升压比；

S2122：根据所述升压比以及所述循环泵205实际转速n_pump，基于所述循环泵205MAP图，得到所述循环泵205氢气质量流量

请参见图6，图示为一个循环泵205的MAP图。MAP图可以反映所述循环泵205的升压比和流量的关系，如图所示，纵轴为升压比，横轴为流量(L/min)，不同的曲线对应于不同的转速3000,4000，5000，…。循环泵205的升压比为从所述循环泵205流出后和进入所述循环泵205前的流体压力比，在本实施例中，所述循环泵205的升压比为所述电堆阳极侧入口压力p_inlet(从所述循环泵205流出后的气体压力)和所述电堆阳极侧目标压力p_target(进入所述循环泵205前的气体压力)的比值。具体地，所述电堆阳极侧入口2111氢气压力p_inlet可以由所述压力传感器3测量，所述电堆阳极侧目标压力p_target根据所述电堆阴极侧实际压力确定为预设值。算出所述升压比后，根据所述升压比以及所述循环泵205的实际转速n_pump对应所述循环泵205的MAP图，确定所述循环泵205的氢气质量流量图6中所示的为氢气体积流量，进而得到氢气质量流量

请参见图7，在一个实施例中，所述步骤S20中，得到所述电堆(210)反应消耗氢气质量流量占所述氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第二前馈占空比u_{inject,current_c}包括：

S220：测量所述燃料电池电堆210电流i_stack；

S221：基于所述燃料电池电堆210电流i_stack以及燃料电池电堆210包含单片数量n_cell计算所述电堆210反应消耗氢气质量流量

其中i_stack为电堆电流，F为法拉第常数，为氢气摩尔质量，n_cell为电堆包含单片数目；

S222：基于所述电堆210反应消耗氢气质量流量以及氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量计算所述第二前馈占空比u_{inject,current_c}，其中

在上述实施例中，所述电堆的电流i_stack可由所述微控制器206采集。请参见图8，在一个实施例中，所述步骤S20中，得到所述尾排阀203的氢气质量流量占所述氢气喷射装置204最大(及占空比100％)质量流量的比值作为第三前馈占空比u_{inject,purge_c}包括：

S230：测量环境压力p_amb；

S231：测量所述电堆阳极侧出口2112温度T_outlet；

S232：根据所述电堆阳极侧目标压力p_target、所述电堆阳极侧出口2112温度T_outlet以及所述环境压力p_amb得到单个尾排阀203的质量流量

S233：根据所述单个尾排阀203的质量流量单个尾排阀203的占空比u_purge,i以及所述氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量计算所述第三前馈占空比u_{inject,purge_c},其中n_purge为所述尾排阀203的数量。这里单个尾排阀203的占空比作为已知条件，因为尾排阀203的占空比由区别于氢气喷射控制方法的电堆阳极侧水管理控制方法决定。

在上述实施例中，所述环境压力p_amb可以由外界压力传感器测量。所述电堆阳极侧出口2112温度T_outlet可以由所述温度传感器5测量。单个尾排阀203的占空比u_purge,i为已知量。在一个实施例中，所述步骤S232还包括可以根据以下公式得到所述单个尾排阀203的质量流量

其中γ_cr＝[2/(k+1)]^k/(k-1)为临界压力比，k为绝热系数，A_purge,i为垂直于所述单个尾排阀中气体流动方向的最小横截面积，R为气体常数，c_{purge,subsonic}和c_purge,sonic分别为所述单个尾排阀在亚音速流动和音速流动下的非均匀流动系数。

应理解，在上述实施例中，计算环境压力p_amb与所述电堆阳极侧目标压力p_target的比值，将所述比值与临界压力比的大小进行比较，并将环境压力p_amb与所述电堆阳极侧目标压力p_target带入相应的公式进行计算。

上述采用流体力学理论计算尾排阀质量流量只是一种示例，本申请并不限制采用其他方法得到尾排阀质量流量，比如：采用尾排阀MAP图、采用有限元计算软件计算等等。

请参见图9，在一个实施例中，所述步骤S10之前还包括步骤S010：

S011：测量氢气喷射装置204前端压力p_rail、氢气喷射装置前端温度T_rail以及电堆阳极侧入口2111压力p_inlet；

S012：根据所述氢气喷射装置前端压力p_rail、所述氢气喷射装置前端温度T_rail以及所述电堆阳极侧入口2111压力p_inlet计算单个氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量

S013：对单个氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量求和得到所述氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量其中n_inject为所述氢气喷射装置包含氢气喷射装置204数量。

在上述实施例中，所述氢气管路220压力p_rail可以由所述压力传感器1测量。所述氢气管路220温度T_rail可以由所述温度传感器2测量。所述电堆阳极侧入口2111氢气压力p_inlet可以由所述压力传感器3测量。

在一个实施例中，所述氢气喷射装置204可以为喷嘴。在一个实施例中，为了保证氢气喷射的均匀性，各个所述的喷嘴的喷射质量流量相同，即单个氢气喷射装置204的氢气质量流量为相同的定值。则所述氢气喷射装置204总质量流量为n_inject为所述氢气喷射装置204数量。请再参见图1或图2，在一个实施例中，所述氢气喷射装置204数量可以为4个。

在一个实施例中，所述步骤S012中可以根据以下公式计算单个氢气喷射装置204最大(即占空比100％)质量流量

其中γ_cr＝[2/(k+1)]^k/(k-1)为临界压力比，k为绝热系数，A_inject,i为垂直于所述单个氢气喷射装置中气体流动方向的最小横截面积，R为气体常数，c_{inject,subsonic}和c_inject,sonic分别为氢气喷射装置在亚音速流动和音速流动下的非均匀流动系数氢气喷射装置。

应理解，在上述实施例中，计算所述电堆阳极入口2111压力p_inlet与所述氢气喷射装置204前端压力p_rail的比值，将所述比值与临界压力比的大小进行比较，并将所述氢气喷射装置204前端压力p_rail与所述电堆阳极入口2111压力p_inlet带入相应的公式进行计算。

在一个实施例中，所述燃料电池电堆210的阳极侧入口2111压力p_inlet可以通常处于100kPa到200kPa之间，所述氢气管路压力p_rail可以为1MPa，氢气的临界压力比为0.5283，这意味着喷射流动处于超音速流动区域，即可以将所述氢气管路压力p_rail与所述电堆阳极的氢气入口压力p_inlet和所述氢气管路温度T_rail代入第二个公式进行喷嘴质量流量的计算。上述采用流体力学理论计算单个氢气喷射装置质量流量只是一种示例，本申请并不限制采用其他方法得到单个氢气喷射装置质量流量比如：采用单个氢气喷射装置MAP图、采用有限元计算软件计算等等。

本申请还提用了一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项方法的步骤。所述计算机设备可以根据所述目标占空比u_inject控制所述氢气喷射装置204开启时长，从而最小化所述阳极侧和所述阴极测的压力差，从而减小质子交换膜两侧压差波动的振幅，增强所述质子交换膜耐久性。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤，可以根据所述目标占空比u_inject控制所述氢气喷射装置204开启时长，从而最小化所述阳极侧和所述阴极测的压力差，从而减小质子交换膜两侧压差波动的振幅，增强所述质子交换膜耐久性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种适用于燃料电池氢气供给系统(20)的燃料电池氢气供给控制方法，所述燃料电池氢气供给系统(20)包括储气瓶(201)、氢气喷射装置(204)、循环泵(205)和尾排阀(203)，所述储气瓶(201)用于通过所述氢气喷射装置(204)向所述燃料电池电堆(210)的阳极(211)侧入口输入氢气，所述循环泵(205)用于与所述燃料电池电堆(210)的阳极侧出口(2111)和阳极侧入口(2112)相连通，所述尾排阀(203)用于与所述燃料电池电堆(210)的阳极侧出口(2112)相连通，其特征在于，所述方法包括：

S10：基于所述燃料电池电堆(210)的阴极侧压力确定所述燃料电池电堆(210)的阳极(211)侧目标压力p_target；

S20:得到所述循环泵(205)氢气质量流量占所述氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第一前馈占空比u_{inject,pump_c}，得到所述电堆(210)反应消耗氢气质量流量占所述氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第二前馈占空比u_{inject,current_c}，得到所述尾排阀(203)的氢气质量流量占所述氢气喷射装置(204)最大(及占空比100％)质量流量的比值作为第三前馈占空比u_{inject,purge_c}；

S30：基于所述燃料电池电堆(210)的阳极侧出口(2112)压力p_outlet以及所述电堆(210)阳极(211)侧目标压力p_target的差值,通过控制律得到用于修正所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}、所述第二前馈占空比u_{inject,current_c}以及所述第三前馈占空比u_{inject,purge_c}偏差影响的反馈占空比Δu_inject；

S40：对所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}、所述第二前馈占空比u_{inject,current_c}、所述第三前馈占空比u_{inject,purge_c}以及所述反馈占空比Δu_inject求和，得到氢气喷射装置(204)目标占空比u_inject，通过所述氢气喷射装置(204)目标占空比u_inject可以实现对所述氢气喷射装置(204)开启时长的控制。

2.根据权利要求1所述燃料电池氢气供给控制方法，其特征在于，所述步骤S20中，得到所述循环泵(205)氢气质量流量占所述氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第一前馈占空比u_{inject,pump_c}包括：

S210：测量所述电堆阳极侧入口(2111)压力p_inlet；

S211：读取所述循环泵(205)实际转速n_pump；

S212：基于所述电堆阳极侧目标压力p_target、所述电堆阳极侧入口(2111)压力p_inlet以及所述循环泵(205)实际转速n_pump计算所述循环泵(205)氢气质量流量

S213：基于所述循环泵(205)氢气质量流量以及所述氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量计算所述第一前馈占空比u_{inject,pump_c}，其中

3.根据权利要求2所述的燃料电池氢气供给控制方法，其特征在于，所述步骤S212还包括：

S2121：根据所述电堆阳极侧目标压力p_target、所述电堆阳极侧入口(2111)压力p_inlet，计算所述循环泵(205)升压比；

S2122：根据所述升压比以及所述循环泵(205)实际转速n_pump，基于所述循环泵MAP图，得到所述循环泵(205)氢气质量流量

4.根据权利要求1所述的燃料电池氢气供给控制方法，其特征在于，所述步骤S20中，得到所述电堆(210)反应消耗氢气质量流量占所述氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量的比值作为第二前馈占空比u_{inject,current_c}包括：

S220：测量所述燃料电池电堆(210)电流i_stack；

S221：基于所述燃料电池电堆(210)电流i_stack以及燃料电池电堆(210)包含单片数量n_cell计算所述电堆(210)反应消耗氢气质量流量

其中i_stack为电堆电流，F为法拉第常数，为氢气摩尔质量，n_cell为电堆包含单片数目；

S222：基于所述电堆(210)反应消耗氢气质量流量以及氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量计算所述第二前馈占空比u_{inject,current_c}，其中

5.根据权利要求1所述的燃料电池氢气供给控制方法，其特征在于，所述步骤S20中，得到所述尾排阀(203)的氢气质量流量占所述氢气喷射装置(204)最大(及占空比100％)质量流量的比值作为第三前馈占空比u_{inject,purge_c}包括：

S230：测量环境压力p_amb；

S231：测量所述电堆阳极侧出口(2112)温度T_outlet；

S232：根据所述电堆阳极侧目标压力p_target、所述电堆阳极侧出口(2112)温度T_outlet以及所述环境压力p_amb得到单个尾排阀(203)的质量流量

S233：根据所述单个尾排阀(203)的质量流量单个尾排阀(203)的占空比u_purge,i以及所述氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量计算所述第三前馈占空比u_{inject,purge_c},其中n_purge为所述尾排阀(203)的数量。

6.根据权利要求5所述的燃料电池氢气供给控制方法，其特征在于，所述步骤S232还包括可以根据以下公式得到所述单个尾排阀(203)的质量流量

其中γ_cr＝[2/(k+1)]^k/(k-1)为临界压力比，k为绝热系数，A_purge,i为垂直于所述单个尾排阀(203)中气体流动方向的最小横截面积，R为气体常数，c_{purge,subsonic}和c_purge,sonic分别为所述单个尾排阀(203)在亚音速流动和音速流动下的非均匀流动系数。

7.根据权利要求1所述的燃料电池氢气供给控制方法，其特征在于，所述步骤S10之前还包括步骤S010：

S011：测量氢气喷射装置(204)前端压力p_rail、氢气喷射装置(204)前端温度T_rail以及电堆阳极侧入口(2111)压力p_inlet；

S012：根据所述氢气喷射装置(204)前端压力p_rail、所述氢气喷射装置(204)前端温度T_rail以及所述电堆阳极侧入口压力p_inlet计算单个氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量

S013：对单个氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量求和得到所述氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量其中n_inject为所述氢气喷射装置(204)的数量。

8.根据权利要求7所述的燃料电池氢气供给控制方法，其特征在于，所述步骤S012中可以根据以下公式计算单个氢气喷射装置(204)最大(即占空比100％)质量流量

其中γ_cr＝[2/(k+1)]^k/(k-1)为临界压力比，k为绝热系数，A_inject,i为垂直于所述单个氢气喷射装置中气体流动方向的最小横截面积，R为气体常数，c_{inject,subsonic}和c_inject,sonic分别为单个氢气喷射装置(204)在亚音速流动和音速流动下的非均匀流动系数氢气喷射装置。

9.一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。