CN110021765A - 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110021765A
CN110021765A CN201910197686.0A CN201910197686A CN110021765A CN 110021765 A CN110021765 A CN 110021765A CN 201910197686 A CN201910197686 A CN 201910197686A CN 110021765 A CN110021765 A CN 110021765A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
control model
hydrogen
flow value
controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910197686.0A
Other languages
English (en)
Inventor
彭旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Hydrogen Amperex Technology Ltd
Original Assignee
Shenzhen Hydrogen Amperex Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Hydrogen Amperex Technology Ltd filed Critical Shenzhen Hydrogen Amperex Technology Ltd
Priority to CN201910197686.0A priority Critical patent/CN110021765A/zh
Publication of CN110021765A publication Critical patent/CN110021765A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)

Abstract

本发明提供了一种燃料电池系统的控制方法，包括：获取进入燃料电池的氢气流量对应的目标流量值；根据目标流量值将燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，第一控制模式为通过实时调节氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入燃料电池的氢气流量的模式；第二控制模式为通过实时调节燃料电池的进气阀的开度以调节进入燃料电池的氢气流量的模式；根据第一控制模式或第二控制模式调节进入燃料电池的氢气流量。本发明还提供了一种燃料电池系统。本发明使燃料电池能够实时地调节进入燃料电池的氢气流量，可以调节电池内的水相对平衡，提高了氢气的利用率，还提高氢气循环泵的抗干扰、控制精度、动态响应实时性，延长了燃料电池的寿命。

Description

燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法。
背景技术
氢燃料电池指的是质子交换膜燃料电池。燃料电池系统工作时，保证质子交换膜的阳极、阴极中的水相对平衡，对电堆的使用寿命有非常重要。适量的水分子可以携带氢质子通过膜到达阴极，当水含量过低，电堆中质子交换膜会过干，阻碍氢质子的有效传输；反之，当水含量过高会产生水淹现象，阻碍多孔介质中气体的扩散，导致电堆输出电压降低。另外，从阴极侧穿透到阳极的杂质气体不断累积，会对电堆的性能寿命造成影响。
针对以上过干、水淹和气体渗透的问题，一般采用排氢的方法，氢气在排出时可以将电堆内部生成的水和累积的杂质气体排出，保持系统中水平衡。然而，排氢的抗干扰能力、控制精度及动态响应实时性较差，排氢频率、响应太低，容易导致堵水和杂质气体累积，从而导致电堆性能、寿命下降；排氢频率太高，非常浪费氢气，氢气外排过多，尾排氢气浓度增大，严重时带来潜在危险。为保证质子交换膜燃料电池稳定高效运行，同时提高氢气利用率，通常采用氢气循环的方法，即氢气把电堆内部生成的水带出后，经水气分离装置将液态水分离，再将氢气循环送回到电堆阳极重复使用，同时对新鲜氢气进行加湿。
目前大多系统采用的是线控脉冲宽度调制或者电压模拟量控制，存在以下的问题：首先，在燃料电池系统工作中容易造成电磁干扰或者传导干扰控制信号问题；其次，氢气循环泵的流量是由电机转速控制，上述控制方式容易导致控制精度不够或者批量产品一致性问题；再次，上述控制方式控制实时响应、控制信息、故障信息需求无法满足使用需求。
发明内容
本发明提供了一种燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法，能够实时地监测和调节氢气循环泵中电机的转速或燃料电池中氢气的流量，具有较好的实时响应能力。
一方面，本发明提供了一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括燃料电池和氢气循环泵，包括：
获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值；
根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，所述第一控制模式为通过实时调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过实时调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；
根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量。
其中，所述获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值，包括：
获取所述燃料电池系统需要输出的功率；
根据所述功率获取目标流量值。
其中，所述根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式，包括：
若所述目标流量值小于预设值，则切换至第一控制模式；
若所述目标流量值大于或等于所述预设值，则切换至第二控制模式。
其中，所述根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式，包括：
获取所述目标流量值的精度等级；
若所述精度等级小于预设精度等级，则切换至第一控制模式；
若所述精度等级大于或等于所述预设精度等级，则切换至第二控制模式。
其中，所述根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量，包括：
当处于所述第一控制模式时，通过第一传感器监测所述氢气循环泵中电机的第一转速；
比较所述第一转速和目标转速，当所述第一转速与所述目标转速不相等时，将所述第一转速调节至所述目标转速，根据所述目标转速将所述氢气流量调节至所述目标流量值。
其中，所述根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量，包括：
当处于所述第二控制模式时，通过第二传感器监测进入所述燃料电池氢气的第一流量；
比较所述第一流量和所述目标流量值，当所述第一流量与所述目标流量值不相等时，将所述第一流量调节至所述目标流量值。
其中，在所述根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式之前，还包括：
实时获取所述氢气循环泵中电机的第一参数，其中，所述第一参数包括所述氢气循环泵中电机的电压、电流、温度及转动状态；
根据所述第一参数控制所述氢气循环泵进入工作状态。
另一方面，本发明还提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池、氢气循环泵、第一控制器及第二控制器；
所述燃料电池和所述氢气循环泵相连通，以使所述燃料电池排出的氢气通过所述氢气循环泵后进入所述燃料电池内；所述第二控制器电连接所述第一控制器；
所述第一控制器用于获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值；
所述第一控制器用于根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，所述第一控制模式为通过所述第二控制器实时调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过所述第二控制器实时调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；
所述第二控制器用于根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量。
其中，所述燃料电池系统还包括第一传感器，所述第一传感器电连接所述第二控制器；
所述第二控制器用于当所述燃料电池系统处于所述第一控制模式时，通过所述第一传感器监测所述氢气循环泵中电机的第一转速；
所述第一控制器用于比较目标转速和所述第一转速，所述第一控制器还用于当所述第一转速与所述目标转速不相等时，控制所述第二控制器将所述第一转速调节至所述目标转速，根据所述目标转速将所述氢气流量调节至实时目标流量值。
其中，所述燃料电池系统还包括第二传感器，所述第二传感器电连接所述第二控制器；
所述第二控制器用于当所述燃料电池系统处于所述第二控制模式时，通过所述第二传感器监测进入所述燃料电池氢气的第一流量；
所述第一控制器用于比较所述第一流量和所述目标流量值，所述第一控制器还用于当所述第一流量与所述目标流量值不相等时，控制所述第二控制器将所述第一流量调节至所述目标流量值，根据所述目标流量值调节所述氢气流量。
本实施例中，通过获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值；根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，所述第一控制模式为通过实时调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过实时调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量。以使燃料电池能够实时地调节进入所述燃料电池的氢气流量，可以调节电池内的水相对平衡，且调节的方式可以根据不同的场景来匹配不同的调节方式，提高了氢气的利用率，增加了使用氢气的安全性，还提高氢气循环泵的抗干扰、控制精度、动态响应实时性，延长了燃料电池的寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种燃料电池系统的控制方法的场景示意图。
图2是本发明实施例提供的一种燃料电池系统的控制方法的流程图。
图3是本发明实施例提供的一种燃料电池系统的一种信号传输的示意图。
图4是本发明实施例提供的一种燃料电池系统的结构示意图。
图5是本发明实施例提供的一种燃料电池系统构建的网络拓扑图。
图6是本发明实施例提供的一种燃料电池系统的另一种信号传输的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种燃料电池系统的控制方法的场景示意图。燃料电池系统可以应用于汽车、船等需要电池的设备中。本实施例以燃料电池系统用于汽车的场景为例。汽车行驶过程中，需要燃料电池系统提供输出功率，根据输出功率计算燃料电池中需要的氢气流量的流量值，根据流量值的大小切换燃料电池系统为转速控制模式或质量流量控制模式。其中，转速控制模式用于通过实时调节氢气循环泵中电机的转速以调节进入燃料电池的氢气流量；质量流量模式用于通过实时调节燃料电池的进气阀的开度以调节进入燃料电池的氢气流量。例如，当汽车在平路上行驶过程中，需要输出的功率较小，此时燃料电池中需要的氢气流量的流量值较小，那么燃料电池系统可以切换至转速控制模式，通过调节氢气循环泵中电机的转速以调节进入燃料电池的氢气流量，以匹配需要输出的功率需求。当汽车爬坡过程中，需要输出的功率相对较大，此时燃料电池中需要的氢气流量的流量值较大，那么燃料电池系统可以切换至质量流量控制模式，通过实时调节燃料电池的进气阀的开度以调节进入燃料电池的氢气流量，以匹配需要输出的功率需求。
请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种燃料电池系统的控制方法的流程图。所述燃料电池系统的控制方法应用于燃料电池系统。燃料电池系统包括相连通的燃料电池和氢气循环泵。燃料电池为氢燃料电池，也是质子交换膜燃料电池。质子交换膜燃料电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。质子交换膜燃料电池工作时相当于一个直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。燃料电池排出的氢气可以经过氢气循环泵后再次进入燃料电池内，以提高氢气的利用率。
具体的，在燃料电池中，通过控制氢气的流量，可以为燃料电池提供化学反应所需要的氢气量，以使燃料电池输出需要的功率；还可以调节燃料电池中的水平衡。具体的，氢气在燃料电池内能够形成流道以带走电池内部的水，当电池内部的水分过多时，通过增加燃料电池内部的氢气流量，以使氢气带走更多的水，以避免电池内部水淹现象，提高电池的输出能效；当电池内部的水分过少时，通过减少燃料电池内部的氢气流量，以避免电池内部的水分过低的现象，以确保质子交换膜可以使得氢质子的有效传输，进而提高电池的寿命。
请参阅图2，燃料电池系统的控制方法包括但不限于以下的步骤。
步骤101、获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值。
具体的，进入所述燃料电池的氢气流量可以影响燃料电池产生的电流和电压。在燃料电池系统应用于汽车时，汽车需要一定的输出功率，所以需要燃料电池的输出一定的电流，以提供足够的功率给汽车，使汽车运行。换而言之，汽车所需要的功率与进入燃料电池的氢气流量相对应，当汽车所需要的功率增加时，可以使得进入燃料电池的氢气流量增加，以使燃料电池输出的功率能够满足汽车的需求；当汽车所需要的功率减小时，可以减小进入燃料电池的氢气流量，以避免进入燃料电池的大量氢气不能够被有效地利用而造成浪费，进而提高氢气的利用率。
在一种实施方式中，可以通过获取所述燃料电池系统需要输出的功率；根据所述功率获取目标流量值。
具体的，燃料电池系统获取汽车所需要的功率，燃料电池系统根据汽车所需要的功率计算燃料电池输出该功率所需要的氢气流量，将该氢气流量确定为目标流量值。可以理解的，汽车所需要的功率会随着时间而发生变化，所以目标流量值也会随着时间而发生变化。本实施例中，燃料电池系统实时获取汽车所需要的功率，从而计算不同时刻需要为燃料电池提供的氢气流量。
在另一种实施方式中，还可以通过燃料电池内部的水平衡状态获取目标流量值。
具体的，根据燃料电池的输出电压、输出电流及气体压力，检测电池内部的水平衡状态。当燃料电池的输出电压、输出电流过小时，表明燃料电池中的水过少，此时可以获取目标流量值，该目标流量值小于当前进入燃料电池的氢气流量。例如，当前进入燃料电池的氢气流量为0.2m3/s，目标流量值为0.15m3/s。当进入燃料电池的氢气流量为目标流量值，通过减少进入燃料电池的氢气流量，使得氢气从燃料电池内带走的水减少，进而调节燃料电池内部的水平衡。当燃料电池的进气口和出气口之间的压差较大时，表明燃料电池中的水过多，产生“水淹”现象，此时可以获取目标流量值，该目标流量值大于当前进入燃料电池的氢气流量。例如，当前进入燃料电池的氢气流量为0.2m3/s，目标流量值为0.25m3/s。当进入燃料电池的氢气流量为目标流量值，通过增加进入燃料电池的氢气流量，使得氢气从燃料电池内带走更多的水，进而调节燃料电池内部的水平衡。
步骤102、根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，所述第一控制模式为通过实时调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过实时调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式。
具体的，氢气循环泵中电机的转速越大，进入所述燃料电池的氢气流量越大，氢气循环泵中电机的转速越小，进入所述燃料电池的氢气流量越小，所以可以通过调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量。所述燃料电池的进气阀的开度越大，进入所述燃料电池的氢气流量越大，燃料电池的进气阀的开度越小，进入所述燃料电池的氢气流量越小，所以可以通过调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量。
可以理解的，所述第一控制模式为通过实时监控和实时调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过实时监控进入所述燃料电池的氢气流量和实时调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式。
在一种实施例中，通过所述目标流量值的大小来确定所述燃料电池系统处于第一控制模式或第二控制模式。
具体的，若所述目标流量值小于预设值，则切换至第一控制模式；若所述目标流量值大于或等于所述预设值，则切换至第二控制模式。
举例而言，燃料电池系统应用于汽车。根据汽车所需的功率确定目标流量值。当汽车在平路上行驶时，需要的功率为2000w，该功率对应的目标流量值为0.2m3/s。当汽车爬坡时，需要的功率为8000w，该功率对应的目标流量值为1m3/s。取预设值为0.4m3/s。当汽车在平路上行驶时，所述目标流量值小于预设值，则燃料电池系统切换至第一控制模式，燃料电池系统通过实时调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量。当汽车爬坡时，所述目标流量值大于预设值，则燃料电池系统切换至第二控制模式，燃料电池系统通过实时调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量。
在另一种实施方式中，通过所述目标流量值的精度等级来确定所述燃料电池系统处于第一控制模式或第二控制模式。
具体的，获取所述目标流量值的精度等级；若所述精度等级小于预设精度等级，则切换至第一控制模式；若所述精度等级大于或等于所述预设精度等级，则切换至第二控制模式。
具体的，目标流量值的精度等级为目标流量值的小数点后保留的位数。预设精度等级可以为目标流量值的小数点后保留的三位。在燃料电池系统的测试阶段，需要准确计算进入燃料电池的氢气流量与燃料电池的输出功率的对应关系，所以需要进入燃料电池的氢气流量值具有较高的精度等级，即需要目标流量值的具有较高的精度等级，较高的精度等级可以为目标流量值的小数点后保留的四位或五位。在这种情况下，可以将燃料电池系统切换至第二控制模式。在无需目标流量值的具有较高的精度等级，例如目标流量值的精度确定至小数点后保留的一位或两位，可以将燃料电池系统切换至第一控制模式。
步骤103、根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量。
具体的，当燃料电池系统处于所述第一控制模式时，通过第一传感器监测所述氢气循环泵中电机的第一转速；比较所述第一转速和目标转速，当所述第一转速与所述目标转速不相等时，将所述第一转速调节至所述目标转速，根据所述目标转速将所述氢气流量调节至所述目标流量值。
其中，燃料电池系统应用于汽车，汽车需要第一输出功率，根据第一输出功率计算需要进入燃料电池内的氢气流量的目标流量值，根据目标流量值计算电机需要转动的目标转速。根据第一传感器监测所述氢气循环泵中电机当前的第一转速，通过比较第一转速是否与目标转速相等，若第一转速大于目标转速，则控制第一转速减小至目标转速；若第一转速小于目标转速，则控制第一转速增加至目标转速；若第一转速等于目标转速，则保持第一转速直至目标转速变化，再调节第一转速与目标转速相等。以使燃料电池内的输出功率大于等于第一输出功率。
当燃料电池系统处于所述第二控制模式时，通过第二传感器监测进入所述燃料电池氢气的第一流量；比较所述第一流量和所述目标流量值，当所述第一流量与所述目标流量值不相等时，将所述第一流量调节至所述目标流量值，根据所述目标流量值调节所述氢气流量。
其中，燃料电池系统应用于汽车，汽车需要第二输出功率，根据第二输出功率计算需要进入燃料电池内的氢气流量的目标流量值。通过第二传感器监测进入所述燃料电池氢气的第一流量，比较所述第一流量和所述目标流量值，若第一流量大于目标流量值，则减小进气阀的开度，以使第一流量减小至目标流量值；若第一流量小于目标流量值，则增大进气阀的开度，以使第一流量增加至目标流量值；若第一流量等于目目标流量值，则保持第一流量直至目标流量值变化，再调节第一流量与目标流量值相等。以使燃料电池内的输出功率大于等于第一输出功率。
进一步地，请参阅图3，在所述根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式之前或同时，还包括：实时获取所述氢气循环泵中电机的第一参数，其中，所述第一参数包括所述氢气循环泵中电机的实时电压、实时电流、实时温度及转动状态；根据所述第一参数控制所述氢气循环泵进入工作状态。
具体的，第二控制器获取电机的实时电压、实时电流、实时温度、工作状态、故障状态、报警状态及氢气流量，并将电机的实时电压、实时电流、实时温度、工作状态、故障状态、报警状态及氢气流量发送至第一控制器，第一控制器发送使能信号，转速调节信号，进气阀的开度调节信号至第二控制器，以使第二控制器控制电机的转速或进气阀的开度，进而调节氢气流量。
具体的，当氢气循环泵上电后，自检氢气循环泵的状态，通过电机的实时电压、实时电流、实时温度、工作状态、故障状态、报警状态及氢气流量，监测氢气循环泵中电机的状态，判断氢气循环泵中电机是否存在异常。当氢气循环泵中电机正常时，系统状态为“PowerOn(通电)”代表上电成功，说明氢气循环泵已经可以接受燃料电池系统控制器的指令。当状态为“Pump Enable(使能)”，并且“Mass Flow Governor Enable(质量流量调节使能)”说明燃料电池系统为第二控制模式，燃料电池系统控制器发送目标流量值时，氢气循环泵控制器PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)调节当前进入燃料电池的氢气流量，使其无限接近目标流量值。大多数情况下，当状态为“Pump Enable(使能)”，并且“Mass Flow Governor Disenable(质量流量调节非使能)”说明燃料电池系统为第一控制模式，燃料电池系统控制器发送目标转速，氢气循环泵控制器PID(ProportionIntegration Differentiation，比例积分微分)调节氢气循环泵中电机的当前转速，使其无限接近目标转速。
当氢气循环泵中电机异常时，判断电机异常的程度为警报状态或故障状态，根据电机异常的程度来控制电机的转动状态。
本实施例中，通过获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值；根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，所述第一控制模式为通过实时调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过实时调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量。以使燃料电池能够实时地调节进入所述燃料电池的氢气流量，且调节的方式可以根据不同的场景来匹配不同的调节方式，提高了氢气的利用率，增加了使用氢气的安全性，还提高氢气循环泵的抗干扰、控制精度、动态响应实时性、状态及故障灯信息化问题，最终节约了氢气和延长了燃料电池的寿命。
请参阅图4，本发明还提供了一种燃料电池系统100，所述燃料电池系统100包括燃料电池1、氢气循环泵2、第一控制器3及第二控制器4。所述燃料电池1和所述氢气循环泵2相连通，以使所述燃料电池1排出的氢气通过所述氢气循环泵2后进入所述燃料电池1内；所述第二控制器4电连接所述第一控制器3；所述第一控制器3用于获取进入所述燃料电池1的氢气流量对应的目标流量值；所述第一控制器3用于根据所述目标流量值将所述燃料电池系统100切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，所述第一控制模式为通过所述第二控制器4实时调节所述氢气循环泵2中电机21的第一转速以调节进入所述燃料电池1的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过所述第二控制器4实时调节所述燃料电池1的进气阀5的开度以调节进入所述燃料电池1的氢气流量的模式；所述第二控制器4用于根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池1的氢气流量。
可以理解的，请参阅图4，所述燃料电池系统100还包括依次相连接的氢气罐6、减压阀7、进气阀5、排气阀8。其中，所述减压阀7设于所述氢气罐6的出气口，所述氢气罐6的出气口连通所述燃料电池1的进气口，所述燃料电池1的出气口连通所述氢气循环泵2的进气口，所述氢气循环泵2的出气口连通所述燃料电池1的进气口。进气阀5设于燃料电池1的进气口，排气阀8设于燃料电池1的出气口，燃料电池1与氢气循环泵2形成氢气的循环回路，图4中箭头方向为氢气的流向，以使燃料电池1排出的氢气可以通过氢气循环泵2通过进气阀5进入燃料电池1而被循环利用，进而提高氢气的利用率，减少氢气的浪费。
请一并参考图5，本实施例将第一控制器3与第二控制器4之间建立通讯，并实现控制策略。利用CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)将氢气循环泵2和进气阀5接入燃料电池系统100的网络中，实现网络化控制与通讯，以使第一控制器3可以根据需求和不同的场景自动选取第一种控制模式或第二种控制模式来控制燃料电池1内部的氢气流量。
具体的，请一并参考图5，为实现第一控制器3能够抗干扰强、精确、实时控制氢气循环泵2和进气阀5，本实施例采用目前汽车中的CAN总线技术。CAN总线的介质可以为双绞线、光纤、同轴电缆、光导纤维具有优良的抗电磁干扰特性，所以第一控制器3与第二控制器4之间的信号传输的抗干扰强。通过CAN网络将第一控制器3与第二控制器4组成到一个局域网内，通过标识符识别对方，其中包含消息的优先级、保留位、协议数据单元、源地址等信息。采用的是ISO11898-国际标准化组织标准ISO，道路车辆数字信息交换-高速通信控制器局域CAN2.0规范，参考SAE J1939-SAE标准制定相关通讯协议。其中还规定通讯周期为250kbps(kilobyte per second)，消息中数据传输排布按照INTEL(英特尔)模式传输，低字节在前，高位在前。物理层总线的头和尾各匹配一个120欧姆的第一电阻和第二电阻，以保证CAN总线正常通讯。
具体的，当燃料电池系统100切换至上述任意一种控制方式时，第二控制器4会将实时的氢气流量、实时电机21的转速、实时电机21的电压、电流、实时电机21及控制器温度，电机21的工作状态、故障状态等信息发送给第一控制器3，来调节实际输出的需求限制。以上形成闭环控制系统。保证相互实时调节。
进一步地，请参阅图4，所述燃料电池系统100还包括第一传感器22。所述第一传感器22电连接所述第二控制器4。
所述第二控制器4用于当所述燃料电池系统100处于所述第一控制模式时，通过所述第一传感器22监测所述氢气循环泵2中电机21的第一转速。所述第一传感器22可以是编码器。
所述第一控制器3用于比较目标转速和所述第一转速，所述第一控制器3还用于当所述第一转速与所述目标转速不相等时，控制所述第二控制器4将所述第一转速调节至所述目标转速，根据所述目标转速将所述氢气流量调节至所述目标流量值。
进一步地，请参阅图4，所述燃料电池系统100还包括第二传感器9。所述第二传感器9电连接所述第二控制器4。
所述第二控制器4用于当所述燃料电池系统100处于所述第二控制模式时，通过所述第二传感器9监测进入所述燃料电池1氢气的第一流量。所述第二传感器9可以为流量计，所述第二传感器9设于所述燃料电池1的进气口。
所述第一控制器3用于比较所述第一流量和所述目标流量值，所述第一控制器3还用于当所述第一流量与所述目标流量值不相等时，控制所述第二控制器4将所述第一流量调节至所述目标流量值。
请参阅图6，根据氢气循环泵2中电机21的实时电压、电流、转速、氢气流量、当前状态、故障综合分析并计算，确定氢气循环泵2的工作状态，根据当前输出功率需求计算氢气的目标流量值，第一控制器3根据目标流量值将燃料电池系统100切换成第一控制模式或第二控制模式，并分别计算出第一控制模式或第二控制模式的PID调节器，在保证燃料电池1的输出功率无限接近功率需求的情况下，输出实时的转速或者氢气流量，达到氢气管路中的水平衡以及相对压力的需求，保证氢气流量实时跟随功率需求的变化而变化，并保证氢气安全且利用最大化，另保证燃料电池1中水路平衡和氢气管路中压力的相对平衡。
本实施例中，通过获取进入所述燃料电池1的氢气流量对应的目标流量值；根据所述目标流量值将所述燃料电池系统100切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，所述第一控制模式为通过实时调节所述氢气循环泵2中电机21的第一转速以调节进入所述燃料电池1的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过实时调节所述燃料电池1的进气阀5的开度以调节进入所述燃料电池1的氢气流量的模式；根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池1的氢气流量。以使燃料电池1能够实时地调节进入所述燃料电池1的氢气流量，且调节的方式可以根据不同的场景来匹配不同的调节方式，提高了氢气的利用率，增加了使用氢气的安全性，还提高氢气循环泵的抗干扰、控制精度、动态响应实时性、状态及故障灯信息化问题，最终节约了氢气和延长了燃料电池的寿命。
以上所述是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括燃料电池和氢气循环泵，其特征在于，包括：
获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值；
根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，所述第一控制模式为通过实时调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过实时调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；
根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值，包括：
获取所述燃料电池系统需要输出的功率；
根据所述功率获取目标流量值。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式，包括：
若所述目标流量值小于预设值，则切换至第一控制模式；
若所述目标流量值大于或等于所述预设值，则切换至第二控制模式。
4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式，包括：
获取所述目标流量值的精度等级；
若所述精度等级小于预设精度等级，则切换至第一控制模式；
若所述精度等级大于或等于所述预设精度等级，则切换至第二控制模式。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量，包括：
当处于所述第一控制模式时，通过第一传感器监测所述氢气循环泵中电机的第一转速；
比较所述第一转速和目标转速，当所述第一转速与所述目标转速不相等时，将所述第一转速调节至所述目标转速，根据所述目标转速将所述氢气流量调节至所述目标流量值。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量，包括：
当处于所述第二控制模式时，通过第二传感器监测进入所述燃料电池氢气的第一流量；
比较所述第一流量和所述目标流量值，当所述第一流量与所述目标流量值不相等时，将所述第一流量调节至所述目标流量值。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式之前，还包括：
实时获取所述氢气循环泵中电机的第一参数，其中，所述第一参数包括所述氢气循环泵中电机的电压、电流、温度及转动状态；
根据所述第一参数控制所述氢气循环泵进入工作状态。
8.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括燃料电池、氢气循环泵、第一控制器及第二控制器；
所述燃料电池和所述氢气循环泵相连通，以使所述燃料电池排出的氢气通过所述氢气循环泵后进入所述燃料电池内；所述第二控制器电连接所述第一控制器；
所述第一控制器用于获取进入所述燃料电池的氢气流量对应的目标流量值；
所述第一控制器用于根据所述目标流量值将所述燃料电池系统切换至第一控制模式或第二控制模式；其中，所述第一控制模式为通过所述第二控制器实时调节所述氢气循环泵中电机的第一转速以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；所述第二控制模式为通过所述第二控制器实时调节所述燃料电池的进气阀的开度以调节进入所述燃料电池的氢气流量的模式；
所述第二控制器用于根据所述第一控制模式或所述第二控制模式调节进入所述燃料电池的氢气流量。
9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括第一传感器，所述第一传感器电连接所述第二控制器；
所述第二控制器用于当所述燃料电池系统处于所述第一控制模式时，通过所述第一传感器监测所述氢气循环泵中电机的第一转速；
所述第一控制器用于比较目标转速和所述第一转速，所述第一控制器还用于当所述第一转速与所述目标转速不相等时，控制所述第二控制器将所述第一转速调节至所述目标转速，根据所述目标转速将所述氢气流量调节至实时目标流量值。
10.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括第二传感器，所述第二传感器电连接所述第二控制器；
所述第二控制器用于当所述燃料电池系统处于所述第二控制模式时，通过所述第二传感器监测进入所述燃料电池氢气的第一流量；
所述第一控制器用于比较所述第一流量和所述目标流量值，所述第一控制器还用于当所述第一流量与所述目标流量值不相等时，控制所述第二控制器将所述第一流量调节至所述目标流量值，根据所述目标流量值调节所述氢气流量。
CN201910197686.0A 2019-03-15 2019-03-15 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法 Pending CN110021765A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910197686.0A CN110021765A (zh) 2019-03-15 2019-03-15 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910197686.0A CN110021765A (zh) 2019-03-15 2019-03-15 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110021765A true CN110021765A (zh) 2019-07-16

Family

ID=67189607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910197686.0A Pending CN110021765A (zh) 2019-03-15 2019-03-15 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110021765A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429300A (zh) * 2019-08-07 2019-11-08 上海捷氢科技有限公司 氢气循环泵的启动方法、启动装置以及燃料电池系统
CN110783607A (zh) * 2019-10-25 2020-02-11 上海重塑能源科技有限公司 燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法、排气控制系统及其使用方法、存储介质
CN111525164A (zh) * 2020-04-30 2020-08-11 郑州帅先新能源科技有限公司 燃料电池再生控制方法及燃料电池系统
CN111613815A (zh) * 2020-05-26 2020-09-01 东风汽车集团有限公司 一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法
CN113224355A (zh) * 2021-05-06 2021-08-06 永安行科技股份有限公司 氢燃料电池电堆的在线监测方法、系统及使用该监测方法的氢燃料电动车
CN113571746A (zh) * 2021-06-04 2021-10-29 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种燃料电池系统及防止电堆阳极水淹的方法
CN114243064A (zh) * 2021-12-08 2022-03-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004207030A (ja) * 2002-12-25 2004-07-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN1860634A (zh) * 2003-05-21 2006-11-08 日产自动车株式会社 燃料电池系统
CN1910780A (zh) * 2004-01-22 2007-02-07 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及其驱动方法
CN101663785A (zh) * 2007-04-12 2010-03-03 丰田自动车株式会社 燃料电池系统和用于控制燃料电池系统的方法
US20120028146A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Hyundai Motor Company Fuel cell system for vehicles and method for controlling the same
WO2018062142A1 (ja) * 2016-09-27 2018-04-05 ブラザー工業株式会社 燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法、及びコンピュータプログラム
CN108028402A (zh) * 2015-09-11 2018-05-11 日产自动车株式会社 燃料电池系统的控制装置以及燃料电池系统的控制方法
CN108630966A (zh) * 2017-03-22 2018-10-09 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及残留水扫气控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004207030A (ja) * 2002-12-25 2004-07-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN1860634A (zh) * 2003-05-21 2006-11-08 日产自动车株式会社 燃料电池系统
CN1910780A (zh) * 2004-01-22 2007-02-07 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及其驱动方法
CN101663785A (zh) * 2007-04-12 2010-03-03 丰田自动车株式会社 燃料电池系统和用于控制燃料电池系统的方法
US20120028146A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Hyundai Motor Company Fuel cell system for vehicles and method for controlling the same
CN108028402A (zh) * 2015-09-11 2018-05-11 日产自动车株式会社 燃料电池系统的控制装置以及燃料电池系统的控制方法
WO2018062142A1 (ja) * 2016-09-27 2018-04-05 ブラザー工業株式会社 燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法、及びコンピュータプログラム
CN108630966A (zh) * 2017-03-22 2018-10-09 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及残留水扫气控制方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙迎春 等主编: "《基础物理实验》", 31 March 2015, 东北师范大学出版社 *
帅长红 主编: "《液压设备设计、生产、技术改进与故障诊断监测及国内外标准规范实用手册 第3卷》", 31 January 2006, 北方工业出版社 *
湛从昌 等编著: "《液压可靠性设计基础与设计准则》", 31 August 2018, 冶金工业出版社 *
陈冠荣 等编: "《化工百科全书 第1卷 锕系元素的锕系后元素-丙烯酰胺聚合物》", 31 December 1990, 化学工业出版社 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429300A (zh) * 2019-08-07 2019-11-08 上海捷氢科技有限公司 氢气循环泵的启动方法、启动装置以及燃料电池系统
CN110783607A (zh) * 2019-10-25 2020-02-11 上海重塑能源科技有限公司 燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法、排气控制系统及其使用方法、存储介质
CN110783607B (zh) * 2019-10-25 2020-11-13 上海重塑能源科技有限公司 燃料电池汽车尾排氢气浓度计算方法、排气控制系统及其使用方法、存储介质
CN111525164A (zh) * 2020-04-30 2020-08-11 郑州帅先新能源科技有限公司 燃料电池再生控制方法及燃料电池系统
CN111525164B (zh) * 2020-04-30 2021-03-12 郑州帅先新能源科技有限公司 燃料电池再生控制方法及燃料电池系统
CN111613815A (zh) * 2020-05-26 2020-09-01 东风汽车集团有限公司 一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法
CN113224355A (zh) * 2021-05-06 2021-08-06 永安行科技股份有限公司 氢燃料电池电堆的在线监测方法、系统及使用该监测方法的氢燃料电动车
CN113571746A (zh) * 2021-06-04 2021-10-29 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种燃料电池系统及防止电堆阳极水淹的方法
CN113571746B (zh) * 2021-06-04 2024-02-06 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种燃料电池系统及防止电堆阳极水淹的方法
CN114243064A (zh) * 2021-12-08 2022-03-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置
CN114243064B (zh) * 2021-12-08 2024-02-13 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110021765A (zh) 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法
CN104836319B (zh) 一种一体化燃料电池供电系统
JP3832802B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
CN100452512C (zh) 一种燃料电池发电系统功率输出的控制方法和控制系统
US10115989B2 (en) Operation method of fuel cell system and fuel cell system
CN111106367B (zh) 一种避免燃料电池二次结冰冷启动失败的系统及控制方法
CN101647146A (zh) 燃料电池系统及电源控制方法
CN109390613B (zh) 燃料电池内阻的调整方法及系统
CN101645512A (zh) 用作冷却剂加热器的燃料电池组
CN207781770U (zh) 燃料电池冷却液的电导率控制装置
CN101911357A (zh) 燃料电池系统
CN113224354B (zh) 一种燃料电池冬季低温储存氢气路除水干燥控制方法
CN114335648B (zh) 全钒液流电池系统的控制方法和控制系统
CN104134810A (zh) 一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统
CN113258106A (zh) 一种燃料电池生成水含量的判断方法和控制系统
CN102906922A (zh) 燃料电池系统
CN105667326A (zh) 一种具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统和方法
CN108110295B (zh) 液流电池装置的能效优化控制方法及系统
CN204029931U (zh) 一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统
CN210454483U (zh) 一种增程式电动车动力系统
CN204992738U (zh) 一种一体化燃料电池供电系统
CN117766815A (zh) 一种基于知识图谱的全钒液流电池运维策略自动生成方法
CN107195932B (zh) 液流电池容量稳定调控方法、系统及液流电池
CN115360393B (zh) 一种提高燃料电池响应速率的控制方法
KR20190063313A (ko) 오픈 캐소드 타입 연료전지의 팬 제어 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190716