CN111129550B - 燃料电池系统的pid控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃料电池系统的PID控制方法，该PID控制方法包括构建燃料电池的理论数据库，理论数据库包括功率参数以及与功率参数对应的冷却液温度参数、氢气流量参数和空气流量参数；获取燃料电池的理论参数值以及与理论参数值对应的实际参数值，并计算实际参数值与理论参数值的偏差值，理论参数值为冷却液温度值、氢气流量值和空气流量值中的任意一种；将偏差值输入至预设的PID控制算法，以计算出燃料电池的控制量；根据控制量控制对应的执行机构调整输入至燃料电池的冷却液温度、氢气流量或空气流量，执行机构为冷却系统、供氢系统或供气系统。本发明有利于提高控制燃料电池系统运行的控制精度以及提高控制燃料电池系统的响应速度。

Description

燃料电池系统的PID控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池系统的PID控制方法。
背景技术
众所周知，氢燃料电池是一种以氢气为燃料的清洁能源，而氢燃料电池也是作为未来清洁能源发展的方向之一。
现有的氢燃料电池运行的方式一般采用PID(Proportion IntegrationDifferentiation)控制器，通过标定参数的方法对燃料电池系统进行控制，再在目标值附近通过算法进行修正，从而导致传统PID控制器在运行的过程中会存在响应速度较慢以及误差较大的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种燃料电池系统的PID控制方法，旨在解决现有PID控制器存在响应速度较慢以及误差较大的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种燃料电池系统的PID控制方法，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、用于向所述燃料电池堆供应氢气的供氢系统、用于向所述燃料电池堆供应空气的供气系统和用于对所述燃料电池堆进行冷却的冷却系统，所述燃料电池系统的PID控制方法包括：
构建燃料电池的理论数据库，所述理论数据库包括功率参数以及与所述功率参数对应的冷却液温度参数、氢气流量参数和空气流量参数；
获取燃料电池的理论参数值以及与所述理论参数值对应的实际参数值，并计算所述实际参数值与理论参数值的偏差值，所述理论参数值为冷却液温度值、氢气流量值和空气流量值中的任意一种；
将所述偏差值输入至预设的PID控制算法，以计算出燃料电池的控制量；
根据所述控制量控制对应的执行机构调整输入至燃料电池的冷却液温度、氢气流量或空气流量，所述执行机构为冷却系统、供氢系统或供气系统。
优选地，所述PID控制算法的表达式为：
Figure BDA0002327051650000021
其中，u(k)为控制量，e(k)为第k次采样的差值，e(k-1)为第k-1次采样的差值，f[e(k)]为变速积分系数；kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数；T为采样周期，m为积分分离项系数，n为抗积分饱和项累加系数，j为计算累加算子。
优选地，若所述偏差值的绝对值小于等于最大偏差允许值，则m＝1；若所述偏差值的绝对值大于最大偏差允许值，则m＝0，
其中，最大偏差允许值为积分分离阀值。
优选地，若u(k-1)的绝对值小于等于控制算法的最大控制量，则n＝1；若u(k-1)的绝对值大于控制算法的最大控制量，则n＝0，
其中，最大控制量为与所述实际输入参数值对应的冷却液最高温度上限值、氢气最大流量上限值和空气最大流量上限值中的一种。
优选地，其中f[e(k)]的表达式为：
Figure BDA0002327051650000022
其中，A和B为变速积分区间参数。
优选地，所述最大偏差允许值≥A+B。
优选地，所述冷却系统包括散热风扇，若所述控制量大于第一预设阈值的上限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S+S·c1(k)/r1(k)；若所述控制量小于第一预设阈值的下限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S-S·c1(k)/r1(k)；若所述控制量大于第一预设阈值的下限值，且小于第一预设阈值的上限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S；
其中，r1(k)为特定工况下燃料电池的冷却液的理论输入温度值，c1(k)为燃料电池的冷却液的实际输入温度值，S为散热风扇的参考PWM值。
优选地，所述供氢系统包括供氢比例阀，若所述控制量大于第二预设阈值的上限，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q-Q·c2(k)/r2(k)；若所述控制量小于第二预设阈值的下限，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q+Q·c2(k)/r2(k)；若所述控制量大于第二预设阈值的下限值，且小于第二预设阈值的上限值，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q；
其中，r2(k)为特定工况下燃料电池的理论氢气输入流量值，c2(k)为燃料电池的实际氢气输入流量值，Q为供氢比例阀开度的参考PWM值。
优选地，所述供气系统包括空压机，若所述控制量大于第三预设阈值的上限，则所述空压机转速值为P(k)＝P-P·c3(k)/r3(k)；若所述控制量小于第三预设阈值的下限，则所述空压机转速值为P(k)＝P+P·c3(k)/r3(k)；若所述控制量大于第三预设阈值的下限值，且小于第三预设阈值的上限值，则所述空压机的转速值为P(k)＝P；
其中，r3(k)为特定工况下燃料电池的理论空压机转速输入值，c3(k)为燃料电池的实际空压机转速输入值，Q为空压机的参考转速值。
本发明实施例提供的燃料电池系统的PID控制方法，通过获取燃料电池的理论输入参数值和实际输入参数值之间的偏差值，从而有利于利用得到的偏差值计算本次对燃料电池的控制量，以补偿本次理论输入参数值与实际要输入参数值之间的差值，以此实现了利用采集燃料电池上次的输入参数值控制燃料电池本次待输入的参数值。相对现有技术而言，本发明有利于提高控制燃料电池系统运行的控制精度以及提高控制燃料电池系统的响应速度。
附图说明
图1为本发明中燃料电池系统的PID控制方法第一实施例的流程图；
图2为本发明中燃料电池系统的PID控制方法第二实施例的流程图；
图3为本发明中燃料电池系统的PID控制方法第三实施例的流程图；
图4为本发明中燃料电池系统的PID控制方法第四实施例的流程图；
图5为本发明中燃料电池系统的PID控制方法第五实施例的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种燃料电池系统的PID控制方法，其中，燃料电池系统包括燃料电池堆、用于向燃料电池堆供应氢气的供氢系统、用于向燃料电池堆供应空气的供气系统和用于对燃料电池堆进行冷却的冷却系统，如图1所示，该PID控制方法包括：
S10，构建燃料电池的理论数据库，理论数据库包括功率参数以及与功率参数对应的冷却液温度参数、氢气流量参数和空气流量参数。
本步骤中，构建理论数据库的方式优选采用MATLAB&Simulink生成数据模型并通过实验数据对数据模型优化后构建数据库，如根据燃料电池的输出功率计算当前功率下需求的理论冷却液温度值、氢气流量值以及空气流量值，从而使燃料电池在每个工况(不同输出功率)下均具有对应的理论控制参数。
S20，获取燃料电池的理论参数值以及与理论参数值对应的实际参数值，并计算实际参数值与理论参数值的偏差值，理论参数值为冷却液温度值、氢气流量值和空气流量值中的任意一种。
本步骤中，获取理论输入参数值的方式可以是从控制装置中直接提取，如燃料电池的控制系统中，在控制系统向各个执行部件发送控制信号时即上传与该控制信号对应的理论输入参数。获取实际输入参数值的方式优选采用传感器进行检测，如检测温度的温度传感器和检测气体流量的气体流量传感器。此时，检测实际参数的传感器可以使单独设置，还可以是执行机构(即散热风扇或水泵输出流量、供氢比例阀和空压机)上自带有数据反馈装置。同时还将获取的实际输入参数值与理论输入参数值相减以计算两者之间的偏差值，从而确定实际输入参数值与理论输入参数值的偏差幅度。
S30，将偏差值输入至预设的PID控制算法，以计算出燃料电池的控制量。
本步骤中，PID控制算法计算的方式为根据偏差值的大小对本次理论输入参数值进行一定比例权重调整，从而使得本次的实际输入参数值与本次原理论输入参数值相对应或减少两者之间的偏差值，从而将偏差值输入至PID控制算法中并得出本次燃料电池的控制量，如PID控制算法采用增量式或离散式，并将该控制算法嵌入在PID控制器中。
S40，根据控制量控制对应的执行机构调整输入至燃料电池的冷却液温度、氢气流量或空气流量，执行机构为冷却系统、供氢系统或供气系统。
本步骤中，控制量可为与理论输入参数值对应的散热风扇转速值、氢气流量以及空气流量，即当理论输入参数值为冷却液温度值时，控制量则为散热风扇转速值，此时执行机构则为散热系统(即散热风扇)；当理论输入参数值为氢气流量值时，控制量则为氢气流量值，执行机构则为供氢系统(即氢气供氢比例阀)，当理论输入参数值为空气流量值时，控制量则为空气流量值，执行机构则为供气系统(即空压机)。
本实施例中，通过获取燃料电池的理论输入参数值和实际输入参数值之间的偏差值，从而有利于利用得到的偏差值计算本次对燃料电池的控制量，以补偿本次理论输入参数值与实际要输入参数值之间的差值，以此实现了利用采集燃料电池上次的输入参数值控制燃料电池本次待输入的参数值，从而提高控制燃料电池系统的运行控制精度以及提高控制燃料电池系统的响应速度。
在一较佳实施例中，优选PID控制算法采用的表达式为：
Figure BDA0002327051650000051
其中，u(k)为控制量，e(k)为第k次采样的差值，e(k-1)为第k-1次采样的差值，f[e(k)]为变速积分系数；kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数；T为采样周期，m为积分分离项系数，n为抗积分饱和项累加系数，j为计算累加算子。
此时，PID控制算法将燃料电池系统的偏差值分为大偏差范围和小偏差范围。其中，在大偏差范围需要让系统快速响应进入小偏差范围；在小偏差范围保证控制精度，并稳定在小偏差范围内。为了提高控制精度，在小偏差范围内按照一定规律调整积分累加速度，使控制系统兼顾动态性能与稳态性能。
如在PID控制算法设计中，大偏差范围内采用积分分离控制算法，进行PD控制，提高系统响应速度并减小超调量；小偏差范围内采用变速积分控制算法，提高控制精度，同时采用抗积分饱和算法，防止积分累加时超高所控制的空气流量、氢气流量和冷却液温度的最大值。
具体的，若偏差值的绝对值小于等于最大偏差允许值，则m＝1；若偏差值的绝对值大于最大偏差允许值，则m＝0，
其中，最大偏差允许值为积分分离阀值。
若u(k-1)的绝对值小于等于控制算法的最大控制量，则n＝1；若u(k-1)的绝对值大于控制算法的最大控制量，则n＝0，
其中，最大控制量为与实际输入参数值对应的冷却液最高温度上限值、氢气最大流量上限值和空气最大流量上限值中的一种。
其中f[e(k)]表达式为：
Figure BDA0002327051650000061
其中，A和B为变速积分区间参数。
若u(k)的绝对值小于等于A，则f[e(k)]＝1；若u(k)的绝对值大于A，且小于等于A+B，则
Figure BDA0002327051650000062
若u(k)的绝对值大于A+B，则f[e(k)]＝0。
此时，应当指出的是只有在最大偏差允许值大于等于A+B时，才能保证PID控制器正常工作。
其中，如图2所示，PID控制器存在四种控制模式，即：
传统PID控制，其表达式为
Figure BDA0002327051650000063
Figure BDA0002327051650000064
新偏差累加的变速积分PID控制，其表达式为
Figure BDA0002327051650000065
Figure BDA0002327051650000066
新偏差不累加的PID控制，其表达式为
Figure BDA0002327051650000067
Figure BDA0002327051650000068
PD控制，其表达式为u(k)＝kp*e(k)+kd*[e(k)-e(k-1)]
本发明中的PID控制方法在大偏差范围内采用积分分离控制算法，进行PD控制，提高系统响应速度并减小超调量；小偏差范围内采用变速积分控制算法，提高控制精度，同时采用抗积分饱和算法，防止积分累加时超过所控制的空气流量、氢气流量和冷却液温度的最大值。同时，通过算法可使得燃料电池系统实现反馈调节、自动控制、快速响应、减小超调量和稳态误差及提高控制精度的目的。
在一较佳实施例中，如图3所示，冷却系统包括散热风扇，若控制量大于第一预设阈值的上限值，则散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S+S·c1(k)/r1(k)；若控制量小于第一预设阈值的下限值，则散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S-S·c1(k)/r1(k)；若控制量大于第一预设阈值的下限值，且小于第一预设阈值的上限值，则散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S；
其中，r1(k)为特定工况下燃料电池的冷却液的理论输入温度值，c1(k)为燃料电池的冷却液的实际输入温度值，S为散热风扇的参考PWM值。同时，第一预设阈值的上限为正冷却液温度期望阀值，第一预设阈值的下限为负冷却液温度期望阀值。
本实施例中，采用这种控制方法可减少散热风扇转速改变次数，进而减少冷却液温度变化幅度等。
在一较佳实施例中，如图4所示，供氢系统包括供氢比例阀，若控制量大于第二预设阈值的上限，则供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q-Q·c2(k)/r2(k)；若控制量小于第二预设阈值的下限，则供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q+Q·c2(k)/r2(k)；若控制量大于第二预设阈值的下限值，且小于第二预设阈值的上限值，则供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q；
其中，r2(k)为特定工况下燃料电池的理论氢气输入流量值，c2(k)为燃料电池的实际氢气输入流量值，Q为供氢比例阀开度的参考PWM值。同时，第二预设阈值的上限为正氢气流量期望阀值，第二预设阈值的下限为负氢气流量期望阀值。
本实施例中，采用这种控制方法可减少供氢比例阀阀芯磨损量、降低氢气流量高频波动等。
在一较佳实施例中，如图5所示，供气系统包括空压机，若控制量大于第三预设阈值的上限，则空压机转速值为P(k)＝P-P·c3(k)/r3(k)；若控制量小于第三预设阈值的下限，则空压机转速值为P(k)＝P+P·c3(k)/r3(k)；若控制量大于第三预设阈值的下限值，且小于第三预设阈值的上限值，则空压机的转速值为P(k)＝P；
其中，r3(k)为特定工况下燃料电池的理论空压机转速输入值，c3(k)为燃料电池的实际空压机转速输入值，Q为空压机的参考转速值。同时，第三预设阈值的上限为正空气流量期望阀值，第三预设阈值的下限为负空气流量期望阀值。
本实施例中，采用这种控制方法设定限幅算法，可减少空压机转速调整次数、提高空压机运行寿命，并降低空压机电机转速改变引起的啸叫噪声等。
在一较佳实施例中，PID控制算法的表达式还可为：
Figure BDA0002327051650000081
其中，各个符号的含义参照上述实施例即可，在此不做详细说明。
此时，采用抗饱和积分算法，如PID控制器在计算u(k)(即本次燃料电池的控制量)时，首先判断u(k-1)(即前一次燃料电池系统的控制量)是否超出极限范围，其中，若u(k-1)>umax，则该PID控制算法只累加负偏差，若u(k-1)<umin，则该PID控制算法只累加正偏差，umax和umin为限幅，具体的取值可根据燃料电池的类型来决定，以限制燃料电池系统的控制量的最大值和最小值。
在一较佳实施例中，上一实施例中PID控制器在调节时分为三个调节区间，即死区、微调区和快速调节区。针对上述三个区间的特点，在快速调节区引入变速积分算法，从而增大快速调节区的区域范围，以减小环境变化和动态变载对燃料电池的影响，其变速积分的表达式如下：
Figure BDA0002327051650000082
其中，ti是变速积分PID算法的周期，f[e(k)]是设定系数，也是快速调节区调节量的函数，两者之间通过按阶梯关系，分为线性区和非线性区，其划分规则根据当前燃料电池系统的输出功率和外部相关的环境设定，以及由数据模型计算而来并可根据实验数据进行优化。
以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统的PID控制方法，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、用于向所述燃料电池堆供应氢气的供氢系统、用于向所述燃料电池堆供应空气的供气系统和用于对所述燃料电池堆进行冷却的冷却系统，其特征在于，所述燃料电池系统的PID控制方法包括：
构建燃料电池的理论数据库，所述理论数据库包括功率参数以及与所述功率参数对应的冷却液温度参数、氢气流量参数和空气流量参数；
获取燃料电池的理论参数值以及与所述理论参数值对应的实际参数值，并计算所述实际参数值与理论参数值的偏差值，所述理论参数值为冷却液温度值、氢气流量值和空气流量值中的任意一种；
将所述偏差值输入至预设的PID控制算法，以计算出燃料电池的控制量；
根据所述控制量控制对应的执行机构调整输入至燃料电池的冷却液温度、氢气流量或空气流量，所述执行机构为冷却系统、供氢系统或供气系统；
所述PID控制算法的表达式为：
Figure FDA0002717682830000011
其中，u(k)为控制量，e(k)为第k次采样的差值，e(k-1)为第k-1次采样的差值，f[e(k)]为变速积分系数；kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数；T为采样周期，m为积分分离项系数，n为抗积分饱和项累加系数，j为计算累加算子。
2.根据权利要求1所述的PID控制方法，其特征在于，若所述偏差值的绝对值小于等于最大偏差允许值，则m＝1；若所述偏差值的绝对值大于最大偏差允许值，则m＝0，
其中，最大偏差允许值为积分分离阀值。
3.根据权利要求2所述的PID控制方法，其特征在于，若u(k-1)的绝对值小于等于控制算法的最大控制量，则n＝1；若u(k-1)的绝对值大于控制算法的最大控制量，则n＝0，
其中，最大控制量为与实际输入参数值对应的冷却液最高温度上限值、氢气最大流量上限值和空气最大流量上限值中的一种。
4.根据权利要求3所述的PID控制方法，其特征在于，其中f[e(k)]的表达式为：
Figure FDA0002717682830000021
其中，A和B为变速积分区间参数。
5.根据权利要求4所述的PID控制方法，其特征在于，若u(k)的绝对值小于等于A，则f[e(k)]＝1；若u(k)的绝对值大于A，且小于等于A+B，则
Figure FDA0002717682830000022
若u(k)的绝对值大于A+B，则f[e(k)]＝0。
6.根据权利要求5所述的PID控制方法，其特征在于，所述最大偏差允许值≥A+B。
7.根据权利要求1所述的PID控制方法，其特征在于，所述冷却系统包括散热风扇，若所述控制量大于第一预设阈值的上限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S+S·c1(k)/r1(k)；若所述控制量小于第一预设阈值的下限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S-S·c1(k)/r1(k)；若所述控制量大于第一预设阈值的下限值，且小于第一预设阈值的上限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S；
其中，r1(k)为特定工况下燃料电池的冷却液的理论输入温度值，c1(k)为燃料电池的冷却液的实际输入温度值，S为散热风扇的参考PWM值。
8.根据权利要求1所述的PID控制方法，其特征在于，所述供氢系统包括供氢比例阀，若所述控制量大于第二预设阈值的上限，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q-Q·c2(k)/r2(k)；若所述控制量小于第二预设阈值的下限，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q+Q·c2(k)/r2(k)；若所述控制量大于第二预设阈值的下限值，且小于第二预设阈值的上限值，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q；
其中，r2(k)为特定工况下燃料电池的理论氢气输入流量值，c2(k)为燃料电池的实际氢气输入流量值，Q为供氢比例阀开度的参考PWM值。
9.根据权利要求1所述的PID控制方法，其特征在于，所述供气系统包括空压机，若所述控制量大于第三预设阈值的上限，则所述空压机转速值为P(k)＝P-P·c3(k)/r3(k)；若所述控制量小于第三预设阈值的下限，则所述空压机转速值为P(k)＝P+P·c3(k)/r3(k)；若所述控制量大于第三预设阈值的下限值，且小于第三预设阈值的上限值，则所述空压机的转速值为P(k)＝P；
其中，r3(k)为特定工况下燃料电池的理论空压机转速输入值，c3(k)为燃料电池的实际空压机转速输入值，Q为空压机的参考转速值。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112018409B (zh) * 2020-09-07 2021-09-21 佛山市飞驰汽车科技有限公司 燃料电池公交车中的燃料电池热管理系统及热管理方法
CN112635791B (zh) * 2020-12-18 2022-03-18 东风汽车集团有限公司 一种氢燃料电池汽车氢气供应控制方法
CN112615031B (zh) 2020-12-21 2023-05-23 海卓动力(青岛)能源科技有限公司 一种车用质子交换膜燃料电池系统温度控制方法
CN112963339A (zh) * 2021-03-26 2021-06-15 北京氢澜科技有限公司 基于多模态pid的空压机转速控制方法、装置及设备
CN113659176B (zh) * 2021-06-29 2023-03-24 东风汽车集团股份有限公司 一种氢燃料电池自适应控制方法和装置
CN113549953A (zh) * 2021-08-16 2021-10-26 阳光电源股份有限公司 一种制氢系统的液位平衡控制方法及制氢系统
CN113903946B (zh) * 2021-09-29 2023-02-24 北京亿华通科技股份有限公司 一种车载燃料电池的散热控制方法及装置
CN114883615A (zh) * 2021-12-17 2022-08-09 长沙理工大学 一种氢燃料电堆的温度控制新方法
CN114883613A (zh) * 2021-12-17 2022-08-09 长沙理工大学 一种氢燃料电堆温度控制的自耦比例-积分新方法
CN114464848B (zh) * 2022-01-24 2023-11-24 同济大学 一种车载供氢系统氢气流量负载匹配控制方法和装置
CN114856984A (zh) * 2022-03-28 2022-08-05 深圳国氢新能源科技有限公司 燃料电池空压机的控制方法、装置、系统及存储介质
CN115000469B (zh) * 2022-07-11 2022-11-08 佛山市清极能源科技有限公司 一种燃料电池系统的功率控制方法
CN115498223B (zh) * 2022-11-21 2023-04-07 广东能创科技有限公司 一种用于燃料电池的供氢控制方法及系统
CN115832532B (zh) * 2023-02-14 2023-05-23 广东采日能源科技有限公司 液冷储能系统的控制方法、装置及系统
CN116387553B (zh) * 2023-06-05 2024-02-20 南昌大学 一种sofc系统温度控制装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006066300A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システムの燃焼温度制御装置およびその設計方法
CN102024962A (zh) * 2009-09-14 2011-04-20 华为技术有限公司 燃料电池控制方法及燃料电池控制器
CN104733759A (zh) * 2015-03-27 2015-06-24 上海新源动力有限公司 一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法
CN105137806A (zh) * 2015-08-04 2015-12-09 温州大学 基于Matlab的燃料电池系统过氧量模糊PID控制方法
CN110010933A (zh) * 2019-04-15 2019-07-12 吉林大学 一种燃料电池空气供给系统控制方法及系统
CN110085891A (zh) * 2019-06-28 2019-08-02 潍柴动力股份有限公司 燃料电池的电堆入口空气压力调节方法及相关装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108134114B (zh) * 2017-12-07 2020-04-14 电子科技大学 一种质子交换膜燃料电池温度控制方法
CN110112437B (zh) * 2019-07-02 2019-10-15 潍柴动力股份有限公司 燃料电池的电堆入口空气流量调节方法及相关装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006066300A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システムの燃焼温度制御装置およびその設計方法
CN102024962A (zh) * 2009-09-14 2011-04-20 华为技术有限公司 燃料电池控制方法及燃料电池控制器
CN104733759A (zh) * 2015-03-27 2015-06-24 上海新源动力有限公司 一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法
CN105137806A (zh) * 2015-08-04 2015-12-09 温州大学 基于Matlab的燃料电池系统过氧量模糊PID控制方法
CN110010933A (zh) * 2019-04-15 2019-07-12 吉林大学 一种燃料电池空气供给系统控制方法及系统
CN110085891A (zh) * 2019-06-28 2019-08-02 潍柴动力股份有限公司 燃料电池的电堆入口空气压力调节方法及相关装置

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Assignee: China Hydrogen New Energy (Shenzhen) New Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN GUOQING NEW ENERGY TECHNOLOGY CO.,LTD.

Contract record no.: X2024980003927

Denomination of invention: PID control method for fuel cell systems

Granted publication date: 20210202

License type: Exclusive License

Record date: 20240407