CN110010931A - 一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明及燃料电池发动机技术领域，具体为一种燃料电池发动机供氢子系统控制策略方法及系统，包括步骤1，将氢气进堆压力设定值与氢气实际进堆压力反馈值进行比较获得压差值；步骤2，若压差值大于0，则通过累加及模糊控制的方式获取调节阀开度值；若压差值小于0，则通过累减及模糊控制的方式获取调节阀开度值；步骤3，根据调节阀开度值控制调节阀开度。本申请的控制策略采用累加累减的基本控制方式，放慢实际控制时的调节阀开度变化以消除氢气压力的快速波动，同时加入模糊控制作为补偿，模糊控制可根据实际配置来提高响应速度，作为补偿量可以在排氢排水和压力调整的瞬间进行快速补偿，避免压力波动超过允许值。

Description

一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法及系统
技术领域
本发明及燃料电池发动机技术领域，具体为一种燃料电池发动机供氢子系统控制策略方法及系统。
背景技术
燃料电池发动机系统的氢气供应子系统主要用于将高压储氢瓶（350bar~700bar）通过减压阀将压力降至10bar~20bar，再通过压力调节阀（比例阀）将氢气进堆压力调节至适合燃料电池电堆工作的值（一般为0bar~1bar），属于高压转低压的调节系统。同时由于燃料电池电堆的特性，燃料电池电堆的氢气进堆压力与空气进堆压力的压差不得过大（一般氢气压力略大于空气压力，但不得超过0.2bar）。因此燃料电池发动机系统对氢气进堆压力的稳定性要求很高（特别是在排氢和排水的瞬间），其次是对压力响应速度的要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种燃料电池发动机供氢子系统控制策略方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法，包括
步骤1，将氢气进堆压力设定值与氢气实际进堆压力反馈值进行比较获得压差值；
步骤2，若压差值大于0，则通过累加及模糊控制的方式获取调节阀开度值；若压差值小于0，则通过累减及模糊控制的方式获取调节阀开度值；
步骤3，根据调节阀开度值控制调节阀开度。
作为优选，所述步骤2具体为，当压差值大于0且小于0.04时，通过累加的方式获取调节阀开度值；当压差值大于0.04时，通过累加及模糊控制的方式获取调节阀开度值；当压差值小于0且大于-0.04时，通过累减的方式获取调节阀开度值；当压差值小于-0.04时，通过累减及模糊控制的方式获取调节阀开度值。
作为优选，所述氢气进堆压力设定值为0.15bar。
作为优选，所述氢气进堆压力设定值为0.25bar。
作为优选，所述氢气进堆压力设定值为0.35bar。
一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略系统，包括第一减法器，零比较器，第二减法器，延时器，和第三减法器，所述第一减法器的正输入端与氢气进堆压力设定单元连接，所述第一减法器的负输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第一减法器的输出端与第一放大器的输入端连接，所述第一放大器的输出端与基本控制器的输入端口一连接；
所述零比较器的输入端与所述氢气进堆压力设定单元连接，所述零比较器的输出端与数据类型转换器的输入端，所述数据类型转换器的输出端与所述基本控制器的输入端口二连接；
所述第二减法器的正输入端与氢气进堆压力设定单元连接，所述第二减法器的负输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第二减法器的输出端与第二放大器的输入端连接，所述第二放大器的输出端与模糊控制补偿器的输入端口一连接；
所述延时器的输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第三减法器的正输入端与所述延时器的输出端连接，所述第三减法器的负输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第三减法器的输出端与第三放大器的输入端连接，所述第三放大器的输出端与模糊控制补偿器的输入端口二连接，所述模糊控制补偿器的输出端口与第四放大器的输入端口连接；
所述基本控制器的输出端口与累加器的输入端口一连接，所述第四放大器的输出端口与所述累加器的输入端口二连接，所述累加器的输出端口与调节阀开度输出单元连接。
作为优选，所述第一放大器的放大系数为100。
作为优选，所述第二放大器的放大系数为100。
作为优选，所述第三放大器的放大系数为100。
作为优选，所述第四放大器的放大系数为10。
本发明的有益效果是，本申请的控制策略采用累加累减的基本控制方式，放慢实际控制时的调节阀开度变化以消除氢气压力的快速波动，同时加入模糊控制作为补偿，模糊控制可根据实际配置来提高响应速度，作为补偿量可以在排氢排水和压力调整的瞬间进行快速补偿，避免压力波动超过允许值。
附图说明
图1为氢气供应子系统原理图；
图2为传统PID控制方式下的氢气进堆压力波动图；
图3为本申请控制策略的方法流程图；
图4为本申请控制策略的系统结构图；
图5为本申请控制策略下的氢气进堆压力波动图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1、图3和图4所示，一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法，包括步骤1，将氢气进堆压力设定值与氢气实际进堆压力反馈值进行比较获得压差值。氢气进堆压力设定值可以是0.15bar，0.25bar或0.35bar。
步骤2，若压差值大于0，则通过累加及模糊控制的方式获取调节阀开度值；若压差值小于0，则通过累减及模糊控制的方式获取调节阀开度值。当压差值大于0且小于0.04时，通过累加的方式获取调节阀开度值；当压差值大于0.04时，通过累加及模糊控制的方式获取调节阀开度值；当压差值小于0且大于-0.04时，通过累减的方式获取调节阀开度值；当压差值小于-0.04时，通过累减及模糊控制的方式获取调节阀开度值。
步骤3，根据调节阀开度值控制调节阀开度。
一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略系统，包括第一减法器，零比较器，第二减法器，延时器，和第三减法器，所述第一减法器的正输入端与氢气进堆压力设定单元连接，所述第一减法器的负输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第一减法器的输出端与第一放大器的输入端连接，所述第一放大器的输出端与基本控制器的输入端口一连接。
所述零比较器的输入端与所述氢气进堆压力设定单元连接，所述零比较器的输出端与数据类型转换器的输入端，所述数据类型转换器的输出端与所述基本控制器的输入端口二连接。
所述第二减法器的正输入端与氢气进堆压力设定单元连接，所述第二减法器的负输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第二减法器的输出端与第二放大器的输入端连接，所述第二放大器的输出端与模糊控制补偿器的输入端口一连接。
所述延时器的输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第三减法器的正输入端与所述延时器的输出端连接，所述第三减法器的负输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第三减法器的输出端与第三放大器的输入端连接，所述第三放大器的输出端与模糊控制补偿器的输入端口二连接，所述模糊控制补偿器的输出端口与第四放大器的输入端口连接。
所述基本控制器的输出端口与累加器的输入端口一连接，所述第四放大器的输出端口与所述累加器的输入端口二连接，所述累加器的输出端口与调节阀开度输出单元连接。
所述第一放大器的放大系数为100，所述第二放大器的放大系数为100，所述第三放大器的放大系数为100，所述第四放大器的放大系数为10。
本申请的燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法及系统能够有效控制燃料电池发动机系统在不同运行状态下氢气侧的氢气压力波动，包括正常运行下的氢气供给及排氢排水瞬间的氢气供给补偿，在任何状态下，保证氢气压力的波动在其设定值的±0.05bar以内，同时能够快速响应。
如图2和图5所示，氢气进堆压力设定值依次是是0.15bar，0.25bar，0.35bar，0.45bar和0.55bar。传统的PID控制方式下，虽然压力较低时的氢气压力本身波动在允许范围内，但设定压力越高其波动范围越大，甚至会超过允许范围，且波动频率太高，对电堆内质子交换膜的性能影响较大，不利于燃料电池发动机系统长时间运行。
而本申请的控制策略采用累加累减的基本控制方式，放慢实际控制时的调节阀开度变化以消除氢气压力的快速波动，但同时也降低了控制系统的响应速度，为了避免这个问题，加入了模糊控制作为补偿，模糊控制可根据实际配置来提高响应速度，作为补偿量可以在排氢排水和压力调整的瞬间进行快速补偿，避免压力波动超过允许值。在本申请控制策略下的氢气进堆压力本身波动很小，同时排氢排水瞬间的氢气压力波动也能很好地被抑制。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法，其特征在于：包括
步骤1，将氢气进堆压力设定值与氢气实际进堆压力反馈值进行比较获得压差值；
步骤2，若压差值大于0，则通过累加及模糊控制的方式获取调节阀开度值；若压差值小于0，则通过累减及模糊控制的方式获取调节阀开度值；
步骤3，根据调节阀开度值控制调节阀开度。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法，其特征在于：所述步骤2具体为，当压差值大于0且小于0.04时，通过累加的方式获取调节阀开度值；当压差值大于0.04时，通过累加及模糊控制的方式获取调节阀开度值；当压差值小于0且大于-0.04时，通过累减的方式获取调节阀开度值；当压差值小于-0.04时，通过累减及模糊控制的方式获取调节阀开度值。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法，其特征在于：所述氢气进堆压力设定值为0.15bar。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法，其特征在于：所述氢气进堆压力设定值为0.25bar。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略方法，其特征在于：所述氢气进堆压力设定值为0.35bar。
6.一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略系统，其特征在于：包括第一减法器，零比较器，第二减法器，延时器，和第三减法器，所述第一减法器的正输入端与氢气进堆压力设定单元连接，所述第一减法器的负输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第一减法器的输出端与第一放大器的输入端连接，所述第一放大器的输出端与基本控制器的输入端口一连接；
所述零比较器的输入端与所述氢气进堆压力设定单元连接，所述零比较器的输出端与数据类型转换器的输入端，所述数据类型转换器的输出端与所述基本控制器的输入端口二连接；
所述第二减法器的正输入端与氢气进堆压力设定单元连接，所述第二减法器的负输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第二减法器的输出端与第二放大器的输入端连接，所述第二放大器的输出端与模糊控制补偿器的输入端口一连接；
所述延时器的输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第三减法器的正输入端与所述延时器的输出端连接，所述第三减法器的负输入端与氢气实际进堆压力反馈单元连接，所述第三减法器的输出端与第三放大器的输入端连接，所述第三放大器的输出端与模糊控制补偿器的输入端口二连接，所述模糊控制补偿器的输出端口与第四放大器的输入端口连接；
所述基本控制器的输出端口与累加器的输入端口一连接，所述第四放大器的输出端口与所述累加器的输入端口二连接，所述累加器的输出端口与调节阀开度输出单元连接。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略系统，其特征在于：所述第一放大器的放大系数为100。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略系统，其特征在于：所述第二放大器的放大系数为100。
9.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略系统，其特征在于：所述第三放大器的放大系数为100。
10.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机供氢子系统的控制策略系统，其特征在于：所述第四放大器的放大系数为10。
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