CN111196184A - 车辆及车用燃料电池进气系统的控制方法、控制装置 - Google Patents

车辆及车用燃料电池进气系统的控制方法、控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111196184A
CN111196184A CN201811367557.3A CN201811367557A CN111196184A CN 111196184 A CN111196184 A CN 111196184A CN 201811367557 A CN201811367557 A CN 201811367557A CN 111196184 A CN111196184 A CN 111196184A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air supply
fuel cell
air
output current
compressor
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
CN201811367557.3A
Other languages
English (en)
Inventor
孙一超
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.)
Borgward Automotive China Co Ltd
Original Assignee
Borgward Automotive China Co 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 Borgward Automotive China Co Ltd filed Critical Borgward Automotive China Co Ltd
Priority to CN201811367557.3A priority Critical patent/CN111196184A/zh
Publication of CN111196184A publication Critical patent/CN111196184A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • 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
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • 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
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种车辆及车用燃料电池进气系统的控制方法、控制装置，所述车用燃料电池进气系统包括供气压缩机和与所述供气压缩机相连的供气歧管，所述供气歧管用于向燃料电池供气，所述控制方法包括以下步骤：获取车辆的踏板信号和所述燃料电池的供电功率信息；根据所述踏板信号和所述供电功率信息确定所述燃料电池的目标输出电流；实时采集所述燃料电池的实际输出电流或者所述供气歧管的实际供气量；根据所述目标输出电流，以及所述实际输出电流或者所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，以调节所述供气歧管的供气量。该控制方法能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。

Description

车辆及车用燃料电池进气系统的控制方法、控制装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种车用燃料电池进气系统的控制方法、一种车用燃料电池进气系统的控制装置和一种车辆。
背景技术
氢能作为一种无污染可循环的新型能源受到了广泛的关注，质子交换膜燃料电池因其所具有的运行温度低、功率密度高、响应速度快、稳定性好等特点，成为氢能利用的一种重要方式，也是氢氧燃料电池汽车的组成核心。过氧比是质子交换膜燃料电池正常运行的重要指标之一，一个稳定的过氧比也是燃料电池控制的主要目标，其实质在于控制阳极和阴极的气流流量，避免出现氧饱和及氧饥饿的情况，在保证系统正常运行的同时使系统整体的输出功率最大化，从而提高系统的效率。
目前，燃料电池供气系统的一般采用PID(Proportion-Integration-Differential，比例-积分-微分)控制技术。然而，PID控制器在电机控制中多直接进行电流的控制，以保证控制效果，其需要对燃料电池的输出电流与供气量、压缩机电流与压缩机转速及供气量进行标定，标定成本较高，且若需提高控制精确，对于不同批次燃料电池及压缩机产品的一致性要求较高。另外，质子交换膜燃料电池结构复杂，具有非线性、时变不确定的特点，难以建立精确的数学模型，且在变化复杂的路况条件下，常规的PID控制器不能达到理想的控制效果，存在快速性与超调之间的矛盾。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种车用燃料电池进气系统的控制方法，该控制方法能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。
本发明的第二个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
本发明的第三个目的在于提出一种车用燃料电池进气系统的控制装置。
本发明的第四个目的在于提出另一种车用燃料电池进气系统的控制装置。
本发明的第五个目的在于提出一种车辆。
为达到上述目的，本发明第一方便实施例提出了一种车用燃料电池进气系统的控制方法，所述车用燃料电池进气系统包括供气压缩机和与所述供气压缩机相连的供气歧管，所述供气歧管用于向燃料电池供气，所述控制方法包括以下步骤：获取车辆的踏板信号和所述燃料电池的供电功率信息；根据所述踏板信号和所述供电功率信息确定所述燃料电池的目标输出电流；实时采集所述燃料电池的实际输出电流或者所述供气歧管的实际供气量；通过自抗扰控制器根据所述目标输出电流、所述实际输出电流或者所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，以调节所述供气歧管的供气量。
本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制方法，在获取到燃料电池的目标输出电流后，通过自抗扰控制器根据目标输出电流、实际输出电流或者实际供气量对供气压缩机进行控制，以调节供气歧管的供气量，由此，能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。
另外，根据本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制方法还具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述根据所述踏板信号和所述供电功率信息确定所述燃料电池的目标输出电流，包括：根据所述踏板信号获取所述车辆的目标转矩；根据所述目标转矩确定所述车辆的驱动电机的需求电流；根据所述需求电流和所述供电功率信息确定所述目标输出电流。
根据本发明的一个实施例，在通过所述自抗扰控制器根据所述目标输出电流、所述实际输出电流对所述供气压缩机进行控制时，所述自抗扰控制器的输入端输入所述目标输出电流和所述实际输出电流，所述自抗扰控制器的输出端输出第一电流指令，所述自抗扰控制器根据所述第一电流指令控制所述供气压缩机。
根据本发明的一个实施例，所述通过所述自抗扰控制器根据所述目标输出电流、所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，包括：根据所述目标输出电流调用第一预设表，以获取与所述目标输出电流对应的目标供气量；通过所述自抗扰控制器根据所述目标供气量、所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，其中，所述自抗扰控制器的输入端输入所述目供气量和所述实际供气量，所述自抗扰控制器的输出端输出第二电流指令，所述自抗扰控制器根据所述第二电流指令控制所述供气压缩机。
根据本发明的一个实施例，所述通过所述自抗扰控制器根据所述目标输出电流和所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，包括：根据所述目标输出电流调用第二预设表，以获取与所述目标输出电流对应的目标供氧量；获取当前环境空气中的含氧量；根据所述目标供氧量和所述当前环境空气中的含氧量确定所述目标供气量；通过所述自抗扰控制器根据所述目标供气量、所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，其中，所述自抗扰控制器的输入端输入所述目供气量和所述实际供气量，所述自抗扰控制器的输出端输出第二电流指令，所述自抗扰控制器根据所述第二电流指令控制所述供气压缩机。
根据本发明的一个实施例，所述自抗扰控制器包括跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性组合，其中，目标值v0输入所述跟踪微分器，所述跟踪微分器根据v0输出安排的过渡过程v1和v0的微分信号v2，其中，所述目标值v0为目标供气量或者目标输出电流；所述供气压缩机的估计状态z1与实际值做差后与所述自抗扰控制器的输出信号一起输入至所述扩张状态观测器，所述扩张状态观测器输出所述供气压缩机的估计状态z1、z2和作用于所述供气压缩机的总扰动z3，进而得到状态误差e1＝v1-z1和e2＝v2-z2；e1和e2输入到所述非线性组合，所述非线性组合输出控制规律u0，用u0和z3的补偿量来得到用于对所述供气压缩机进行控制的控制指令
Figure BDA0001868985770000031
其中，b0为补偿因子。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的车用燃料电池进气系统的控制方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述控制方法对应的计算机程序被处理器执行时，能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种车用燃料电池进气系统的控制装置，所述车用燃料电池进气系统包括供气压缩机和与所述供气压缩机相连的供气歧管，所述供气歧管用于向燃料电池供气，所述控制装置包括：获取模块，用于获取车辆的踏板信号和所述燃料电池的供电功率信息；确定模块，用于根据所述踏板信号和所述供电功率信息确定所述燃料电池的目标输出电流；采集模块，用于实时采集所述燃料电池的实际输出电流或者所述供气歧管的实际供气量；控制模块，所述控制模块包括自抗扰控制器，所述控制模块通过所述自抗扰控制器根据所述目标输出电流，以及所述实际输出电流或者所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，以调节所述供气歧管的供气量。
根据本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制装置，通过确定模块根据踏板信号和供电功率信息确定燃料电池的目标输出电流，并通过采集模块实时采集燃料电池的实际输出电流或者供气歧管的实际供气量，进而通过自抗扰控制器根据目标输出电流，以及实际输出电流或者实际供气量对供气压缩机进行控制，以调节供气歧管的供气量，由此，能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。
为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种车用燃料电池进气系统的控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述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程序时，实现上述的车用燃料电池进气系统的控制方法。
根据本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制装置，在其存储器上存储的与上述控制方法对应的计算机程序被处理器执行时，能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。
为达到上述目的，本发明第五方面提出了一种车辆，包括：燃料电池；车用燃料电池进气系统，所述车用燃料电池进气系统包括供气压缩机和与供气压缩机相连的供气歧管，所述供气歧管用于向所述燃料电池供气；上述的车用燃料电池进气系统的控制装置，所述控制装置用于对所述供气压缩机进行控制，以调节所述供气歧管的供气量。
根据本发明实施例的车辆，采用上述实施例的控制装置对进气系统进行控制时，能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制方法的流程图；
图2是根据本发明一个具体实施例的车用燃料电池进气系统的控制方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的另一个具体实施例的车用燃料电池进气系统的控制方法的流程图；
图4是根据本发明又一个具体实施例的车用燃料电池进气系统的控制方法的流程图；
图5是根据本发明实施例的自抗扰控制器的结构示意图；
图6是根据本发明一个实施例的车用燃料电池进气系统的控制装置的结构框图；
图7是根据本发明另一个实施例的车用燃料电池进气系统的控制装置的结构框图；
图8是根据本发明实施例的车辆的结构框图。
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。
下面参考附图描述本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制方法、车用燃料电池进气系统的控制方法和车辆。
图1是根据本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制方法的流程图。
在该实施例中，车用燃料电池进气系统包括供气压缩机和与供气压缩机相连的供气歧管，其中，供气歧管用于向燃料电池供气。
如图1所示，本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制方法包括以下步骤：
S1，获取车辆的踏板信号和燃料电池的供电功率信息。
其中，车辆的踏板信号可以包括油门踏板信号，也可以包括制动踏板信号。
可选地，还可以获取车辆的档位信息。
S2，根据踏板信号和供电功率信息确定燃料电池的目标输出电流。
在本发明的一个实施例中，可根据踏板信号获取车辆的目标转矩，进而根据目标转矩确定车辆的驱动电机的需求电流，从而可根据需求电流和供电功率信息确定目标输出电流。
具体地，如图2、图3、图4所示，获取车辆的踏板信息和燃料电池的供电功率信息。在获取踏板信号后，对踏板信号进行解析，以获得车辆的目标转矩(即车辆转矩需求)，进而采用FOC(field-oriented control，磁场导向控制)算法，根据车辆的目标转矩得到车辆的驱动电机的需求电流。进一步地，根据驱动电机的需求电流和燃料电池的供电功率信息确定燃料电池的供电方式(如供电频率、供电电压等级、供电容量、供电电源相数和数量、供电可靠性、计量方式、供电类别等)，进而确定燃料电池的目标输出电流，例如，在确定供电电压等级后，可根据供电电压等级U和供电功率P确定燃料电池的目标输出电流I＝P/U。
S3，实时采集燃料电池的实际输出电流或者供气歧管的实际供气量。
具体地，可通过串联在燃料电池放电主回路中的电流传感器，对燃料电池的实际输出电流进行采集；可通过设置在供气歧管内的压力传感器检测供气歧管的供气压力，进而可根据供气压力和供气歧管的截面积、长度等计算得到供气歧管的实际供气量。
S4，通过自抗扰控制器根据目标输出电流，以及实际输出电流或者实际供气量对供气压缩机进行控制，以调节供气歧管的供气量。
在本发明的一个实施例中，在通过自抗扰控制器根据目标输出电流和实际供气量对供气压缩机进行控制时，可先根据目标输出电流调用第一预设表，以获取与目标输出电流对应的目标供气量；进而可通过自抗扰控制器根据目标供气量、实际供气量对供气压缩机进行控制。其中，自抗扰控制器的输入端输入目供气量和实际供气量，自抗扰控制器的输出端输出第二电流指令，自抗扰控制器根据第二电流指令控制供气压缩机。
具体地，首先需对燃料电池输出电流与对应供气量需求进行标定，得到各输出电流与供气量的对应表，即上述第一预设表。然后搭建从踏板信号到实际供气量的控制逻辑，如图2所示。
参见图2，在得到燃料电池的目标输出电流后，调用第一预设表，可得到对应的供气歧管的目标供气量。供气歧管的目标供气量和实际供气量输入至ADRC控制器，经ADRC(Active Disturbance Rejection Control，自抗扰控制器)处理后，输出第二电流指令(该指令同样包括供气压缩机的输入电流)。进一步地，根据该第二电流指令控制供气压缩机工作，供气压缩机工作时，可对供气歧管的供气量进行调节，以最终使供气歧管的实际供气量等于或近似等于目标供气量。
在本发明的另一个实施例中，在通过自抗扰控制器根据目标输出电流和实际供气量对供气压缩机进行控制时，还可以根据目标输出电流调用第二预设表，以获取与目标输出电流对应的目标供氧量；获取当前环境空气中的含氧量；根据目标供氧量和当前环境空气中的含氧量确定目标供气量；进而通过自抗扰控制器根据目标供气量、实际供气量对供气压缩机进行控制。其中，自抗扰控制器的输入端输入目供气量和实际供气量，自抗扰控制器的输出端输出第二电流指令，自抗扰控制器根据第二电流指令控制供气压缩机。
其中，可通过氧传感器采集环境空气中的氧含量，也可以根据车辆所在地的海拔、温度、湿度等核算得到环境空气中的氧含量。
具体地，首先需对燃料电池输出电流与对应供氧量需求进行标定，得到各输出电流与供氧量的对应表，即上述第二预设表。然后搭建从踏板信号到实际供气量的控制逻辑，如图3所示。
参见图3，在得到燃料电池的目标输出电流后，调用第二预设表，可得到对应的目标供氧量，进而根据环境空气中的氧含量，可以得到进气歧管的目标供气量。供气歧管的目标供气量和实际供气量输入至ADRC控制器，经ADRC处理后，输出第二电流指令(该指令同样包括供气压缩机的输入电流)。进一步地，根据该第二电流指令控制供气压缩机工作，供气压缩机工作时，可对供气歧管的供气量进行调节，以最终使供气歧管的实际供气量等于或近似等于目标供气量。
在本发明的又一个实施例中，在通过自抗扰控制器根据目标输出电流、实际输出电流对供气压缩机进行控制时。自抗扰控制器的输入端输入目标输出电流和实际输出电流，自抗扰控制器的输出端输出第一电流指令，自抗扰控制器根据第一电流指令控制供气压缩机。
具体地，如图4所示，燃料电池的目标输出电流和实际输出电流输入至ADRC控制器，经ADRC处理后，输出第一电流指令(该指令包括供气压缩机的输入电流)。进一步地，根据该第一电流指令控制供气压缩机工作，供气压缩机工作时，可对供气歧管的供气量进行调节，由此可实现对燃料电池输出电流的调节，最终使燃料电池的实际输出电流等于或近似等于目标输出电流。
相较于图2、图3所示的实施例，该实施例通过ADRC控制器直接以燃料电池的输出电流作为控制对象进行控制，可省略掉燃料电池、供气量/供氧量的标定工作，同时省略掉环境空气中氧气值的核算，大大简化了控制流程。
本发明的实施例中，如图5所示，自抗扰控制器包括跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性组合。参照图5，目标值v0输入跟踪微分器，跟踪微分器根据v0输出安排的过渡过程v1和v0的微分信号v2，其中，目标值v0为目标供气量或者目标输出电流；供气压缩机的估计状态z1与实际值做差后与自抗扰控制器的输出信号一起输入至扩张状态观测器，扩张状态观测器输出供气压缩机的估计状态z1、z2和作用于供气压缩机的总扰动z3，进而得到状态误差e1＝v1-z1和e2＝v2-z2；e1和e2输入到非线性组合，非线性组合输出控制规律u0，用u0和z3的补偿量来得到用于对供气压缩机进行控制的控制指令
Figure BDA0001868985770000071
(即上述第一电流指令和上述第二电流指令)，其中，b0为补偿因子。
在一个示例中，跟踪微分器可通过下式(1)表示：
Figure BDA0001868985770000072
其中，v1为输入信号v0的滤波信号，v2为输入信号v0的导数，h为数值积分步长，r0为快慢因子，其为决定跟踪快慢的参数，h0为第一滤波因子，其为决定噪声滤波效应的参数，fhan(x1,x2,r0,h0)可通过下式(2)计算：
Figure BDA0001868985770000073
扩张状态观测器可通过下式(3)表示：
Figure BDA0001868985770000074
其中，z1、z2给出对象状态变量的估计，z3估计对象的所有不确定模型和外扰的实时总和作用，T为采样周期，β01、β02、β03为可调参数，e(k)＝z1(k)-y(k)，
Figure BDA0001868985770000081
δ为第二滤波因子，y为所述自抗扰控制器的输出信号。
进一步地，根据如下公式(4)计算控制规律u0：
Figure BDA0001868985770000082
其中，c为阻尼系数，r为控制量增益，h1为精度因子。
需要说明的是，质子交换膜燃料电池是一个非线性、强耦合的复杂动态系统，控制难度较高，仅靠PID控制，即使是只针对空气供气系统的控制，当面对复杂路况对应的突变的负载电流时，效果也并不理想，存在快速性与超调之间的矛盾。
而本发明采用ADRC控制器技术，即采用“观测+补偿”的方法来处理控制系统中的非线性与不确定性，同时配合非线性的反馈方式，提高了控制器的动态性能。该技术不依赖被控对象精确模型，对于非线性、强耦合的复杂动态系统，控制效果更好，更符合质子交换膜燃料电池过氧比控制的特点。
综上所述，根据本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制方法，能够实现对复杂扰动、工况多变的质子交换膜燃料电池发电量的控制，且相较于PID控制，通过降低超调量和实现快速跟随提高了控制效率，提升了控制效果。
进一步地，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的车用燃料电池进气系统的控制方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述控制方法对应的计算机程序被处理器执行时，能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。
图6是根据本发明一个实施例的车用燃料电池进气系统的控制装置的结构框图。
在该实施例中，车用燃料电池进气系统包括供气压缩机和与供气压缩机相连的供气歧管，供气歧管用于向燃料电池供气。
如图6所示，该控制装置400包括：获取模块410、确定模块420、采集模块430和控制模块440。
其中，获取模块410用于获取车辆的踏板信号和燃料电池的供电功率信息；确定模块420用于根据踏板信号和供电功率信息确定燃料电池的目标输出电流；采集模块430用于实时采集燃料电池的实际输出电流或者供气歧管的实际供气量；控制模块440包括自抗扰控制器441，控制模块440通过自抗扰控制器441根据目标输出电流，以及实际输出电流或者实际供气量对供气压缩机进行控制，以调节供气歧管的供气量。
根据本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制装置，通过确定模块根据踏板信号和供电功率信息确定燃料电池的目标输出电流，并通过采集模块实时采集燃料电池的实际输出电流或者供气歧管的实际供气量，进而通过自抗扰控制器根据目标输出电流，以及实际输出电流或者实际供气量对供气压缩机进行控制，以调节供气歧管的供气量，由此，能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。
图7是根据本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制装置的结构框图。
如图7所示，该控制装置100包括存储器110、处理器120及存储在存储器110上并可在处理器120上运行的计算机程序130。
其中，处理器120执行所述程序130时，实现上述的车用燃料电池进气系统的控制方法。
根据本发明实施例的车用燃料电池进气系统的控制装置，在其存储器上存储的与上述控制方法对应的计算机程序被处理器执行时，能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。
图8是根据本发明实施例的车辆的结构框图。
如图8所示，车辆1000包括：上述实施例的车用燃料电池进气系统的控制装置100或400(图8以包括控制装置100为例示出)、燃料电池200和车用燃料电池进气系统300。
其中，车用燃料电池进气系统300包括供气压缩机310和与供气压缩机310相连的供气歧管320，供气歧管320用于向燃料电池200供气。控制装置100用于对供气压缩机310进行控制，以调节供气歧管320的供气量。
根据本发明实施例的车辆，采用上述实施例的控制装置对进气系统进行控制时，能够实现对复杂扰动、工况多变的燃料电池发电量的控制，控制效果好，控制效率高。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种车用燃料电池进气系统的控制方法，其特征在于，所述车用燃料电池进气系统包括供气压缩机和与所述供气压缩机相连的供气歧管，所述供气歧管用于向燃料电池供气，所述控制方法包括以下步骤：
获取车辆的踏板信号和所述燃料电池的供电功率信息；
根据所述踏板信号和所述供电功率信息确定所述燃料电池的目标输出电流；
实时采集所述燃料电池的实际输出电流或者所述供气歧管的实际供气量；
通过自抗扰控制器根据所述目标输出电流，以及所述实际输出电流或者所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，以调节所述供气歧管的供气量。
2.如权利要求1所述的车用燃料电池进气系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述踏板信号和所述供电功率信息确定所述燃料电池的目标输出电流，包括：
根据所述踏板信号获取所述车辆的目标转矩；
根据所述目标转矩确定所述车辆的驱动电机的需求电流；
根据所述需求电流和所述供电功率信息确定所述目标输出电流。
3.如权利要求1所述的车用燃料电池进气系统的控制方法，其特征在于，在通过所述自抗扰控制器根据所述目标输出电流、所述实际输出电流对所述供气压缩机进行控制时，
所述自抗扰控制器的输入端输入所述目标输出电流和所述实际输出电流，所述自抗扰控制器的输出端输出第一电流指令，所述自抗扰控制器根据所述第一电流指令控制所述供气压缩机。
4.如权利要求1所述的车用燃料电池进气系统的控制方法，其特征在于，所述通过所述自抗扰控制器根据所述目标输出电流和所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，包括：
根据所述目标输出电流调用第一预设表，以获取与所述目标输出电流对应的目标供气量；
通过所述自抗扰控制器根据所述目标供气量、所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，其中，所述自抗扰控制器的输入端输入所述目供气量和所述实际供气量，所述自抗扰控制器的输出端输出第二电流指令，所述自抗扰控制器根据所述第二电流指令控制所述供气压缩机。
5.如权利要求1所述的车用燃料电池进气系统的控制方法，其特征在于，所述通过所述自抗扰控制器根据所述目标输出电流和所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，包括：
根据所述目标输出电流调用第二预设表，以获取与所述目标输出电流对应的目标供氧量；
获取当前环境空气中的含氧量；
根据所述目标供氧量和所述当前环境空气中的含氧量确定所述目标供气量；
通过所述自抗扰控制器根据所述目标供气量、所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，其中，所述自抗扰控制器的输入端输入所述目供气量和所述实际供气量，所述自抗扰控制器的输出端输出第二电流指令，所述自抗扰控制器根据所述第二电流指令控制所述供气压缩机。
6.如权利要求3-5中任一项所述的车用燃料电池进气系统的控制方法，其特征在于，所述自抗扰控制器包括跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性组合，其中，
目标值v0输入所述跟踪微分器，所述跟踪微分器根据v0输出安排的过渡过程v1和v0的微分信号v2，其中，所述目标值v0为目标供气量或者目标输出电流；
所述供气压缩机的估计状态z1与实际值做差后与所述自抗扰控制器的输出信号一起输入至所述扩张状态观测器，所述扩张状态观测器输出所述供气压缩机的估计状态z1、z2和作用于所述供气压缩机的总扰动z3，进而得到状态误差e1＝v1-z1和e2＝v2-z2；
e1和e2输入到所述非线性组合，所述非线性组合输出控制规律u0，用u0和z3的补偿量来得到用于对所述供气压缩机进行控制的控制指令
Figure FDA0001868985760000021
其中，b0为补偿因子。
7.一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，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的车用燃料电池进气系统的控制方法。
8.一种车用燃料电池进气系统的控制装置，其特征在于，所述车用燃料电池进气系统包括供气压缩机和与所述供气压缩机相连的供气歧管，所述供气歧管用于向燃料电池供气，所述控制装置包括：
获取模块，用于获取车辆的踏板信号和所述燃料电池的供电功率信息；
确定模块，用于根据所述踏板信号和所述供电功率信息确定所述燃料电池的目标输出电流；
采集模块，用于实时采集所述燃料电池的实际输出电流或者所述供气歧管的实际供气量；
控制模块，所述控制模块包括自抗扰控制器，所述控制模块通过所述自抗扰控制器根据所述目标输出电流，以及所述实际输出电流或者所述实际供气量对所述供气压缩机进行控制，以调节所述供气歧管的供气量。
9.一种车用燃料电池进气系统的控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述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程序时，实现如权利要求1-6中任一项所述的车用燃料电池进气系统的控制方法。
10.一种车辆，其特征在于，包括：
燃料电池；
车用燃料电池进气系统，所述车用燃料电池进气系统包括供气压缩机和与供气压缩机相连的供气歧管，所述供气歧管用于向所述燃料电池供气；
如权利要求8或9所述的车用燃料电池进气系统的控制装置，所述控制装置用于对所述供气压缩机进行控制，以调节所述供气歧管的供气量。
CN201811367557.3A 2018-11-16 2018-11-16 车辆及车用燃料电池进气系统的控制方法、控制装置 Pending CN111196184A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811367557.3A CN111196184A (zh) 2018-11-16 2018-11-16 车辆及车用燃料电池进气系统的控制方法、控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811367557.3A CN111196184A (zh) 2018-11-16 2018-11-16 车辆及车用燃料电池进气系统的控制方法、控制装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111196184A true CN111196184A (zh) 2020-05-26

Family

ID=70740989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811367557.3A Pending CN111196184A (zh) 2018-11-16 2018-11-16 车辆及车用燃料电池进气系统的控制方法、控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111196184A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112644437A (zh) * 2021-02-05 2021-04-13 北京亿华通科技股份有限公司 一种具有能量回收系统的车辆、控制方法和可读存储介质
CN112644343A (zh) * 2021-01-12 2021-04-13 广西玉柴机器股份有限公司 一种燃料电池系统的空压机转速修正方法
CN114177954A (zh) * 2021-11-10 2022-03-15 上海凌逐新能源科技有限公司 一种燃料电池系统环境试验舱跟随进风新风系统
CN114220999A (zh) * 2021-12-17 2022-03-22 山东国创燃料电池技术创新中心有限公司 一种燃料电池系统的进气控制方法、装置、系统存储介质
CN114497653A (zh) * 2022-04-02 2022-05-13 山东国创燃料电池技术创新中心有限公司 燃料电池供氢控制方法及装置
CN114572062A (zh) * 2020-12-01 2022-06-03 长城汽车股份有限公司 一种燃料电池功率爬升的控制方法、系统与车辆
CN115657486A (zh) * 2022-12-29 2023-01-31 北京理工大学 变海拔条件下燃料电池空气供给系统oer预测控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102324536A (zh) * 2011-07-26 2012-01-18 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种车用pemfc压力控制系统
CN104553841A (zh) * 2013-10-11 2015-04-29 现代自动车株式会社 用于控制燃料电池车辆的空气供应的系统和方法
US20180083298A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Output performance diagnosis apparatus for fuel cell, output performance diagnosis system for fuel cell, output performance diagnosis method for fuel cell, and non-transitory computer readable medium storing output performance diagnosis program for fuel cell
CN108172866A (zh) * 2017-12-29 2018-06-15 萍乡北京理工大学高新技术研究院 燃料电池空气供给系统及控制方法
CN108177539A (zh) * 2017-12-28 2018-06-19 潍柴动力股份有限公司 一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统及控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102324536A (zh) * 2011-07-26 2012-01-18 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种车用pemfc压力控制系统
CN104553841A (zh) * 2013-10-11 2015-04-29 现代自动车株式会社 用于控制燃料电池车辆的空气供应的系统和方法
US20180083298A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Output performance diagnosis apparatus for fuel cell, output performance diagnosis system for fuel cell, output performance diagnosis method for fuel cell, and non-transitory computer readable medium storing output performance diagnosis program for fuel cell
CN108177539A (zh) * 2017-12-28 2018-06-19 潍柴动力股份有限公司 一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统及控制方法
CN108172866A (zh) * 2017-12-29 2018-06-15 萍乡北京理工大学高新技术研究院 燃料电池空气供给系统及控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
董超等: "质子交换膜燃料电池输出电压性能优化的研究", 《计算机仿真》 *
韩京清: "《自抗扰控制技术 估计补偿不确定因素的控制技术》", 《自抗扰控制技术 估计补偿不确定因素的控制技术》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114572062A (zh) * 2020-12-01 2022-06-03 长城汽车股份有限公司 一种燃料电池功率爬升的控制方法、系统与车辆
CN112644343A (zh) * 2021-01-12 2021-04-13 广西玉柴机器股份有限公司 一种燃料电池系统的空压机转速修正方法
CN112644343B (zh) * 2021-01-12 2022-08-30 广西玉柴机器股份有限公司 一种燃料电池系统的空压机转速修正方法
CN112644437A (zh) * 2021-02-05 2021-04-13 北京亿华通科技股份有限公司 一种具有能量回收系统的车辆、控制方法和可读存储介质
CN112644437B (zh) * 2021-02-05 2024-05-17 北京亿华通科技股份有限公司 一种具有能量回收系统的车辆、控制方法和可读存储介质
CN114177954A (zh) * 2021-11-10 2022-03-15 上海凌逐新能源科技有限公司 一种燃料电池系统环境试验舱跟随进风新风系统
CN114177954B (zh) * 2021-11-10 2024-05-03 上海凌逐新能源科技有限公司 一种燃料电池系统环境试验舱跟随进风新风系统
CN114220999A (zh) * 2021-12-17 2022-03-22 山东国创燃料电池技术创新中心有限公司 一种燃料电池系统的进气控制方法、装置、系统存储介质
CN114497653A (zh) * 2022-04-02 2022-05-13 山东国创燃料电池技术创新中心有限公司 燃料电池供氢控制方法及装置
CN115657486A (zh) * 2022-12-29 2023-01-31 北京理工大学 变海拔条件下燃料电池空气供给系统oer预测控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111196184A (zh) 车辆及车用燃料电池进气系统的控制方法、控制装置
CN109524693B (zh) 燃料电池空气供给系统模型预测控制方法
Kandidayeni et al. Towards health-aware energy management strategies in fuel cell hybrid electric vehicles: A review
CN107437627B (zh) 带有多个可选的运行模式的燃料电池车辆
Arce et al. Real-time implementation of a constrained MPC for efficient airflow control in a PEM fuel cell
EP3432398B1 (en) Wetting state control method for fuel cell system, and wetting state control device
CN101243571B (zh) 燃料电池系统及燃料电池系统的运转方法
CN101647146B (zh) 燃料电池系统及电源控制方法
JP2002305011A (ja) 燃料電池電源装置
Sheng et al. Energy management strategy based on health state for a PEMFC/Lithium-ion batteries hybrid power system
CN108091909B (zh) 一种基于最佳过氧比的燃料电池空气流量控制方法
CN101098012A (zh) 一种燃料电池控制系统、控制装置及控制方法
Yu et al. CPSO-based parameter-identification method for the fractional-order modeling of lithium-ion batteries
DE112008000986B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren
CN112635802A (zh) 一种车用质子交换膜燃料电池系统氢气控制方法
JP2003086211A (ja) 燃料電池電源装置
CN113140765A (zh) 一种燃料电池空入流量与压力解耦控制方法及系统
CN113299951B (zh) 一种质子交换膜燃料电池阴极压力及流量观测方法
CN115312808A (zh) 燃料电池的过氧比控制方法、系统、设备及存储介质
CN115320387A (zh) 基于多源信息融合的车用燃料电池膜湿度预测方法及系统
CN115632141B (zh) 车载燃料电池电堆自增湿控制方法及车辆
JP2021118063A (ja) 燃料電池システム
JP2007012549A (ja) 燃料電池システム
US20230331121A1 (en) Method for ascertaining a vehicle fuel cell system operating strategy which is optimized with respect to efficiency and service life
WO2021256105A1 (ja) 触媒劣化抑制装置

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

Application publication date: 20200526

RJ01 Rejection of invention patent application after publication