CN111613815A - 一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池控制技术领域,具体地指一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法。本发明在燃料电池氢气循环系统在燃料电池阳极入口处设置了压力传感器、湿度传感器,获取氢气循环泵的目标转速,并通过该目标转速对氢气循环泵进行控制,实现了对燃料电池阳极氢气压力和湿度的协调控制,确保了燃料电池阳极能够更加稳定、高效和安全的运行,具有极大的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池控制技术领域,具体地指一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能,不受卡诺循环效应的限制,因此效率高;另外,燃料电池用燃料和氧气作为反应原料,同时没有机械传动部件,故没有噪声,排放出的有害气体污染极少。由此可见,从节约能源和保护生态环境的角度来看,燃料电池是一种很有发展前途的发电技术。
在众多种类的燃料电池当中,质子交换膜燃料电池采用能传导质子的固态高分子薄膜材料作为电解质。这种电解质具有高功率-质量比和低工作温度,是适用于固定和移动装置的理想材料。质子交换膜燃料电池因其能量转化效率高、工作温度低、相应迅速、以及零排放等优点,被视作具备良好发展前景的汽车动力源。在本说明书的后续内容中,如无特别说明,所提及的燃料电池均为质子交换膜燃料电池。
氢气循环系统是燃料电池系统中的重要子系统,其功能是将在燃料电池阳极出口排出的未反应完的氢气和新鲜供应的氢气混合,从而保证进入燃料电池阳极的氢气压力和湿度在合适的范围内,并且保证燃料电池阳极入口和出口处的压力差在适当值。因此,需要对进入燃料电池阳极的氢气压力、湿度进行控制。现有技术方法一般只能对燃料电池阳极的氢气压力进行控制,很少有对氢气湿度进行控制的。例如,专利《一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统及其控制方法》(CN201810575899.8)和《车辆、燃料电池的氢气循环系统及氢气循环控制方法》(CN201810718613.7)分别公开了一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法,但均未充分考虑如何控制燃料电池的湿度。有的技术方法考虑到了氢气湿度,但是不能协调控制湿度与压力,专利《燃料电池自增湿控制方法及自增湿控制系统》(CN201910105656.2)公开了一种燃料电池自增湿系统及其控制方法,但是其控制方法中循环泵的转速仅由湿度控制,没有做到控制循环泵转速时综合考虑氢气的压力和湿度。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术提到的技术问题,提供一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法。
本发明的技术方案为:一种燃料电池氢气循环系统,包括燃料电池阳极、同燃料电池阳极入口连通的氢气喷射装置、同燃料电池阳极出口连通的尾部排放阀门,
其特征在于:还包括氢气循环控制装置、
以及设置于燃料电池阳极入口和出口之间用于将出口排放的未反应完氢气与氢气喷射装置供应的新鲜氢气混合的氢气循环泵;
所述燃料电池阳极入口和出口处设置有用于监测燃料电池阳极压力、湿度和温度的监测结构;
所述氢气循环控制装置同监测结构和氢气循环泵电连接并根据监测结构获得参数对氢气循环泵进行转速控制。
进一步的所述监测结构包括分别设置于燃料电池阳极入口和出口的用于监测压力的入口压力传感器和出口压力传感器以及用于监测湿度的入口湿度传感器和监测温度的出口温度传感器。
进一步的所述氢气循环泵的入口与燃料电池阳极的出口连通,氢气循环泵的出口与燃料电池阳极的入口连通。
进一步的还包括用于调节燃料电池阳极入口压力的泄压阀;所述泄压阀的入口与氢气喷射装置的出口连通,泄压阀的出口与尾部排放阀门的入口连通,泄压阀与氢气循环控制装置电连接。
一种燃料电池氢气循环系统的氢气循环泵控制方法,其特征在于:采集燃料电池阳极的运行数据,对入口与燃料电池阳极的出口连通、出口与燃料电池阳极的入口连通的氢气循环泵进行控制,根据采集到的数据获取氢气循环泵的最终氢气循环泵目标转速NSP,并按照最终氢气循环泵目标转速NSP控制氢气循环泵的运转。
进一步的所述获取最终氢气循环泵目标转速NSP的方法为:根据采集燃料电池阳极的运行数据,获取基于压力的氢气循环泵目标转速NP和基于湿度的氢气循环泵目标转速NH,通过对NP和NH进行优化,获取最终氢气循环泵目标转速NSP。
进一步的按照下列公式对NP和NH进行优化以此获得最终氢气循环泵目标转速NSP:
其中:NSP——最终氢气循环泵目标转速;
NP——基于压力的氢气循环泵目标转速;
NH——基于湿度的氢气循环泵目标转速;
wP——基于压力的氢气循环泵目标转速在计算体系中所占权重系数;
wH——基于湿度的氢气循环泵目标转速在计算体系中所占权重系数。
进一步的所述获取基于压力的氢气循环泵目标转速NP的方法为:根据由汽车整车控制器提供的Ist查表获取燃料电池阳极入口目标压力PSP,根据采集到的燃料电池阳极入口实际压力Pact和PSP,获得压力偏差量eP;根据压力偏差量eP查表获得基于压力的氢气循环泵目标转速NP。
进一步的所述获取基于湿度的氢气循环泵目标转速NH的方法为:根据采集燃料电池阳极运行数据获得燃料电池阳极入口目标湿度HSP,对燃料电池阳极入口目标湿度HSP和采集到的燃料电池阳极入口实际湿度Hact进行运算,获得湿度偏差量eH;根据湿度偏差量eH查表得到基于湿度的氢气循环泵目标转速NH。
进一步的所述燃料电池阳极入口目标湿度HSP的获取方法为:采集燃料电池阳极入口实际温度Tact以及由汽车整车控制器提供的Ist,根据Tact和Ist查表获得燃料电池阳极入口目标湿度HSP。
进一步的采集燃料电池阳极的运行数据,根据采集数据获取控制燃料电池阳极入口压力的泄压阀的目标开度αSP,并根据该目标开度αSP控制泄压阀。
进一步的所述获取泄压阀的目标开度αSP的方法为:采集燃料电池阳极的入口实际压力Pact和出口实际压力压力Pout,获得燃料电池阳极的实际压力差ΔPact;将查表获得的燃料电池阳极的目标压力差ΔPSP减去燃料电池阳极的实际压力差ΔPact,获得压力差偏差量eΔP,根据压力差偏差量eΔP查表获取泄压阀的目标开度αSP。
本发明通过在燃料电池的阳极入口和出口设置压力和温度传感器,依据燃料电池阳极入口的压力和湿度来确定循环泵的目标转速,这样的确定方法充分考虑了各种影响因素,得到的目标转速有利于燃料电池的良好运行,提高了整个燃料电池能量转化效率和运行的安全性;
本发明通过在燃料电池的阳极入口和出口设置压力和温度传感器,依据燃料电池出口的压力计算泄压阀的目标开度,并根据该目标开度控制泄压阀,这种控制方法能够更精确的根据管路运行状态控制燃料电池阳极运行过程中的入口压力,确保整个系统流畅、高效且安全的运行。
附图说明
图1:本发明燃料电池氢气循环系统的结构示意图。
图2:本发明燃料电池氢气循环系统控制装置的模块图;
图3:本发明燃料电池氢气循环系统控制方法的流程图;
其中:1—燃料电池阳极;2—氢气喷射装置;3—尾部排放阀门;4—氢气循环泵;5—泄压阀;6—氢气循环控制装置;7—入口压力传感器;8—出口压力传感器;9—入口湿度传感器;10—出口温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示,为本实施例的燃料电池氢气循环系统的结构示意图,包括燃料电池阳极1和氢气循环控制装置6,还包括位于燃料电池阳极1入口一侧的氢气喷射装置2、位于燃料电池阳极1出口一侧的尾部排放阀门3以及布置于氢气喷射装置2和尾部排放阀门3之间的氢气循环泵4和泄压阀5。氢气喷射装置2用于将氢气喷射至燃料电池阳极1内;氢气循环泵4用于将燃料电池阳极1出口排出的未反应完的氢气循环至燃料电池阳极1入口;尾部排放阀门3用于将由燃料电池阳极1出口处及泄压阀5排出的氢气相混合,再排进大气。
具体的管路连接如下:氢气循环泵4的入口与燃料电池1阳极出口连通、出口与燃料电池阳极1入口连通,泄压阀5为入口与氢气喷射装置2出口连通、出口与尾部排放阀门3入口连通的阀门结构,泄压阀5在燃料电池阳极1入口和出口处的压力差过大时打开(泄压阀5用于调节燃料电池阳极1入口压力),排出氢气。
燃料电池阳极1入口和出口分别设置有用于监测压力的入口压力传感器7(如图1所示的P1)和出口压力传感器8(如图1所示的P2)以及用于监测湿度的入口湿度传感器9(如图1所示的H1)和出口温度传感器10(如图1所示的T1),入口压力传感器7、出口压力传感器8、入口湿度传感器9、出口温度传感器10、氢气循环泵4和泄压阀5与氢气循环控制装置6电连接。
本实施例的氢气循环控制装置6如图2所示,包括以下模块:
目标压力获取模块,其功能是通过需求电流Ist获取燃料电池阳极入口目标压力Psp,需求电流Ist由整车控制器提供,为已知值,且燃料电池阳极入口目标压力Psp与需求电流Ist之间存在一个对应关系,可以通过查表获得;
PID控制器1,其功能是通过压力偏差量eP获取基于压力的氢气循环泵的目标转速Np(压力偏差量eP与基于压力的氢气循环泵的目标转速Np之间存在一个对应关系,可以通过标定的方式获取两者对应关系的表格,实际使用时,根据压力偏差量eP直接调用对应的基于压力的氢气循环泵的目标转速Np),压力偏差量由燃料电池阳极入口目标压力Psp和燃料电池阳极入口实际压力Pact(即两者的差值)进行运算获取,燃料电池阳极入口实际压力Pact为燃料电池阳极入口处的压力,由入口压力传感器7获取;
目标湿度获取模块,其功能是通过需求电流Ist和燃料电池阳极出口实际温度Tact,获取燃料电池阳极入口目标湿度Hsp,需求电流Ist由整车控制器提供,为已知值,燃料电池阳极出口实际温度Tact为燃料电池阳极出口处的温度,由出口温度传感器10获取,燃料电池阳极入口目标湿度Hsp与需求电流Ist、燃料电池阳极出口实际温度Tact存在一个对应关系,该对应关系可以通过查表获得,即实际使用时,只需要获得需求电流Ist、燃料电池阳极出口实际温度Tact就可以通过查表得到燃料电池阳极入口目标湿度Hsp;
PID控制器2,其功能是通过湿度偏差量eH获取基于湿度的氢气循环泵的目标转速NH,湿度偏差量由燃料电池阳极入口目标湿度Hsp和燃料电池阳极入口实际湿度Hact进行运算获取,燃料电池阳极入口实际湿度Hact为燃料电池阳极入口处的湿度,由入口湿度传感器9获取;
转速优化模块,其功能是通过基于压力的氢气循环泵目标转速Np和基于湿度的氢气循环泵目标转速NH,获取优化后的最终目标转速Nsp;
PID控制器3,其功能是通过压力差偏差量eΔP获取泄压阀的目标开度αsp,压力差偏差量eΔP由目标压力差ΔPsp和实际压力差ΔPact进行运算获取,目标压力差ΔPsp为预设值,实际压力差由燃料电池阳极入口实际压力Pact和燃料电池阳极出口实际压力Pout进行运算获取,即两者的差值,燃料电池阳极出口实际压力Pout由出口压力传感器8获取。
本实施例对整个氢气循环系统的控制分为两个部分,一是对氢气循环泵4的转速控制,二是对泄压阀5的开度控制,如图3所示,具体的控制措施如下:
S101:获取需求电流Ist、燃料电池阳极出口实际温度Tact、燃料电池阳极入口实际压力Pact以及燃料电池阳极出口实际压力Pout;
在S101中,需求电流Ist由整车控制器提供,是已知值;燃料电池阳极出口实际温度Tact由出口温度传感器10获取;燃料电池阳极入口实际压力Pact为燃料电池阳极1的入口压力,由入口压力传感器7获取;燃料电池阳极出口实际压力Pout由出口压力传感器8获取;
S201:根据所述需求电流Ist,获取燃料电池阳极入口目标压力Psp;
本领域技术人员可以理解为,燃料电池的需求电流Ist和燃料电池阳极的目标压力Psp存在对应关系,该关系可以根据燃料电池本身的性质和实际需要通过标定获取(可以通过标定获取两者对应关系的表格,使用时根据需求电流Ist调用相应的燃料电池阳极的目标压力Psp即可),本实施例对该对应关系不做限定。
S301:将燃料电池阳极入口目标压力Psp减去燃料电池阳极入口实际压力Pact,获取压力偏差量eP;
S401:根据所述压力偏差量eP,通过PID控制器1,获取基于压力的氢气循环泵目标转速NP,实际应用时,压力偏差量eP与基于压力的氢气循环泵目标转速NP存在对应关系,可以通过标定的方式,形成两者的对应表格,根据表格,调用与压力偏差量eP对应的基于压力的氢气循环泵目标转速NP即可;
本领域技术人员可以理解为,PID控制器1是将控制偏差量按比例、积分和微分通过现行组合构成控制量,对被控对象进行控制;PID控制器1由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成,通过比例参数Kp、积分参数Ki,微分参数Kd的设定,可以得到理想的控制量从而达到控制被控对象的目的。本领域技术人员可以理解,所述三个参数需要根据自动控制理论的相关方法以及实际情况获取,本发明对所述三个参数的值不做限定;
在S401中,控制偏差量是压力偏差量eP,控制量是基于压力的氢气循环泵目标转速NP,被控对象是氢气循环泵4。
S202:根据所述需求电流Ist和燃料电池阳极出口实际温度Tact获取燃料电池阳极入口目标湿度Hsp;
本领域技术人员可以理解,燃料电池的需求电流Ist和燃料电池阳极出口实际温度Tact和燃料电池阳极入口目标湿度Hsp存在对应关系,该关系可以根据燃料电池本身的性质和实际需要通过标定获取,本实施例对该对应关系不做限定。
S302:将燃料电池阳极入口目标湿度Hsp减去燃料电池阳极入口实际湿度Hact,获取湿度偏差量eH;
在S302中,燃料电池阳极入口实际湿度Hact由入口湿度传感器9获取;
S402:根据湿度偏差量eH,通过PID控制器2,获取基于湿度的氢气循环泵目标转速NH,实际应用时,湿度偏差量eH与基于湿度的氢气循环泵目标转速NH存在对应关系,可以通过标定的方式,形成两者的对应表格,根据表格,调用与湿度偏差量eH对应的基于湿度的氢气循环泵目标转速NH即可;
本领域技术人员可以理解,PID控制器2是将控制偏差量按比例、积分和微分通过现行组合构成控制量,对被控对象进行控制;PID控制器2由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成,通过比例参数Kp、积分参数Ki,微分参数Kd的设定,可以得到理想的控制量从而达到控制被控对象的目的。本领域技术人员可以理解,所述三个参数需要根据自动控制理论的相关方法以及实际情况获取,本实施例对所述三个参数的值不做限定;
在S402中,控制偏差量是湿度偏差量eH,控制量是基于湿度的氢气循环泵目标转速NH,被控对象是氢气循环泵4。
S501:根据基于压力的氢气循环泵目标转速NP与基于湿度的氢气循环泵目标转速NH取加权平均值,获取优化后的最终氢气循环泵目标转速Nsp,输入给氢气循环泵4,使其实现相应的转速;
在S501中,所述优化后的最终氢气循环泵目标转速Nsp的公式为:
其中:NSP——最终氢气循环泵目标转速;
NP——基于压力的氢气循环泵目标转速;
NH——基于湿度的氢气循环泵目标转速;
wP——基于压力的氢气循环泵目标转速在计算体系中所占权重系数;
wH——基于湿度的氢气循环泵目标转速在计算体系中所占权重系数。
本领域技术人员可以理解,上述方程即为基于压力的氢气循环泵目标转速NP与基于湿度的氢气循环泵目标转速NH取加权平均值的表达式,wP和wH分别是基于压力的氢气循环泵目标转速NP与基于湿度的氢气循环泵目标转速NH各自所占的权重,权重通过试验获取,即通过标定试验获取对应表格,本实施例对所述权重的值不做限定。
S203:将燃料电池阳极入口实际压力Pact减去燃料电池阳极出口实际压力Pout,获取燃料电池阳极入口实际压力差ΔPact;
S303:将燃料电池阳极入口目标压力差ΔPsp减去燃料电池阳极入口实际压力差ΔPact,获取压力差偏差量eΔP;
在S303中,燃料电池阳极入口目标压力差ΔPsp是预设值,本领域技术人员可以理解,燃料电池阳极入口目标压力差ΔPsp是根据燃料电池本身的性质和实际需要通过试验获取的,本实施例对燃料电池阳极入口目标压力差ΔPsp的值不做限制。
S403:根据压力差偏差量eΔP,通过PID控制器3,获取泄压阀5开度αsp;将泄压阀开度αsp输入泄压阀5,使其实现相应的开度,实际应用时,压力差偏差量eΔP与泄压阀开度αsp存在对应关系,可以通过标定的方式,形成两者的对应表格,根据表格,调用与压力差偏差量eΔP对应的泄压阀开度αsp即可。
本领域技术人员可以理解,PID控制器3是将控制偏差量按比例、积分和微分通过现行组合构成控制量,对被控对象进行控制;PID控制器1由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成,通过比例参数Kp、积分参数Ki,微分参数Kd的设定,可以得到理想的控制量从而达到控制被控对象的目的。本领域技术人员可以理解,所述三个参数需要根据自动控制理论的相关方法以及实际情况获取,本发明对所述三个参数的值不做限定。
现通过具体的实施流程对氢气循环系统的控制方法进行阐述:
S101:整车控制器向氢气循环控制装置6发送信号,告知整车的需求电流为350A(即上文所述的Ist);氢气循环控制装置6通过温度传感器10获得燃料电池阳极出口实际温度为60℃,通过入口压力传感器7获得燃料电池阳极入口实际压力为70kPa,通过出口压力传感器8获得燃料电池阳极出口压力为50kPa,通过湿度传感器9获得燃料电池阳极入口实际湿度为50%;
S201:根据所述需求电流350A,通过查表得到此状态下,燃料电池阳极1的目标压力为100kPa;燃料电池需求电流和燃料电池阳极的目标压力存在对应关系,这种关系是通过试验获得的,存储在氢气循环控制装置6的内存中,使用时调用即可;
S301:将燃料电池目标压力100kPa减去燃料电池实际压力70kPa,获取压力偏差量为30kPa;
S401:根据燃料电池压力偏差量30kPa,通过PID控制器1,获取基于压力的氢气循环泵4目标转速为5000rpm;此时氢气循环泵4的实际转速为4700rpm,意味着,为了让实际压力提升至目标压力,控制装置希望氢气循环泵4的转速能够继续提升;
S202:根据需求电流350A和燃料电池实际温度60℃,获取燃料电池阳极入口目标湿度为40%;燃料电池的需求电流和燃料电池阳极出口实际温度和燃料电池阳极入口目标湿度存在对应关系,这种关系是通过试验获得的,存储在氢气循环控制装置6的内存中,使用时调用即可;
S302:将燃料电池阳极入口目标湿度40%减去燃料电池阳极入口实际湿度50%,获取湿度偏差量为-10%;
S402:根据湿度偏差量-10%,通过PID控制器2,获取基于湿度的氢气循环泵4目标转速4000rpm;意味着,为了让实际湿度下降至目标湿度,控制装置希望氢气循环泵4的转速能够下降。
S501:S401和S402获得两个氢气循环泵目标转速的各自权重均为0.5,利用加权平均值的计算公式,获得优化后的最终氢气循环泵目标转速为4500rpm,输入给氢气循环泵4,使其实现相应的转速;权重通过试验获得,工程师根据自己的设计需求,考虑是优先保证压力需求还是湿度需求,从而获取希望的权重,然后存储在控制装置的内存中。本实例认为二者同等重要,结果是希望氢气循环泵4转速能稍微下降一些。
S203:将燃料电池阳极阳极实际压力70kPa减去燃料电池阳极出口压力50kPa,获取燃料电池阳极入口实际压力差20kPa;
S303:将燃料电池阳极入口目标压力差15kPa减去燃料电池阳极入口实际压力差20kPa,获取压力差偏差量-5kPa;偏差量小于0,就意味着需要泄压阀5开度应大一些,泄放部分压力。燃料电池阳极入口目标压力差通过试验获得,然后存储在控制器装置的内存中。
S403:根据压力差偏差量-5kPa,通过PID控制器3,获取泄压阀5开度50%,输入泄压阀5,使其实现相应的开度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (12)
1.一种燃料电池氢气循环系统,包括燃料电池阳极(1)、同燃料电池阳极(1)入口连通的氢气喷射装置(2)、同燃料电池阳极(1)出口连通的尾部排放阀门(3),
其特征在于:还包括氢气循环控制装置(6)、
以及设置于燃料电池阳极(1)入口和出口之间用于将出口排放的未反应完氢气与氢气喷射装置(2)供应的新鲜氢气混合的氢气循环泵(4);
所述燃料电池阳极(1)入口和出口处设置有用于监测燃料电池阳极(1)压力、湿度和温度的监测结构;
所述氢气循环控制装置(6)同监测结构和氢气循环泵(4)电连接并根据监测结构获得参数对氢气循环泵(4)进行转速控制。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环系统,其特征在于:所述监测结构包括分别设置于燃料电池阳极(1)入口和出口的用于监测压力的入口压力传感器(7)和出口压力传感器(8)以及用于监测湿度的入口湿度传感器(9)和监测温度的出口温度传感器(10)。
3.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环系统,其特征在于:所述氢气循环泵(4)的入口与燃料电池阳极(1)的出口连通,氢气循环泵(4)的出口与燃料电池阳极(1)的入口连通。
4.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环系统,其特征在于:还包括用于调节燃料电池阳极(1)入口压力的泄压阀(5);所述泄压阀(5)的入口与氢气喷射装置(2)的出口连通,泄压阀(5)的出口与尾部排放阀门(3)的入口连通,泄压阀(5)与氢气循环控制装置(6)电连接。
5.一种燃料电池氢气循环系统的控制方法,其特征在于:采集燃料电池阳极(1)的运行数据,对入口与燃料电池阳极(1)的出口连通、出口与燃料电池阳极(1)的入口连通的氢气循环泵(4)进行控制,根据采集到的数据获取氢气循环泵(4)的最终氢气循环泵目标转速NSP,并按照最终氢气循环泵目标转速NSP控制氢气循环泵(4)的运转。
6.如权利要求5所述的一种控制方法,其特征在于:所述获取最终氢气循环泵目标转速NSP的方法为:根据采集燃料电池阳极(1)的运行数据,获取基于压力的氢气循环泵目标转速NP和基于湿度的氢气循环泵目标转速NH,通过对NP和NH进行优化,获取最终氢气循环泵目标转速NSP。
8.如权利要求6所述的一种控制方法,其特征在于:所述获取基于压力的氢气循环泵目标转速NP的方法为:根据由汽车整车控制器提供的Ist查表获取燃料电池阳极入口目标压力PSP,采集燃料电池阳极(1)入口实际压力Pact,根据Pact和PSP,获得压力偏差量eP;根据压力偏差量eP查表获得基于压力的氢气循环泵目标转速NP。
9.如权利要求6、7或8所述的一种控制方法,其特征在于:所述获取基于湿度的氢气循环泵目标转速NH的方法为:根据采集燃料电池阳极(1)运行数据获得燃料电池阳极入口目标湿度HSP,计算燃料电池阳极入口目标湿度HSP和采集到的燃料电池阳极入口实际湿度Hact的差值,得到湿度偏差量eH;根据湿度偏差量eH查表得到基于湿度的氢气循环泵目标转速NH。
10.如权利要求9所述的一种控制方法,其特征在于:所述燃料电池阳极入口目标湿度HSP的获取方法为:采集燃料电池阳极入口实际温度Tact以及由汽车整车控制器提供的Ist,根据Tact和Ist查表获得燃料电池阳极入口目标湿度HSP。
11.如权利要求4所述的一种控制方法,其特征在于:采集燃料电池阳极(1)的运行数据,根据采集数据获取控制燃料电池阳极(1)入口压力的泄压阀(5)的目标开度αSP,并根据该目标开度αSP控制泄压阀(5)。
12.如权利要求11所述的一种控制方法,其特征在于:所述获取泄压阀(5)的目标开度αSP的方法为:采集燃料电池阳极(1)的入口实际压力Pact和出口实际压力压力Pout,计算Pact和Pout的差值获得燃料电池阳极入口实际压力差ΔPact;将查表获得的燃料电池阳极的目标压力差ΔPSP减去燃料电池阳极的实际压力差ΔPact,获得压力差偏差量eΔP,根据压力差偏差量eΔP查表获取泄压阀(5)的目标开度αSP。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112510229A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-16 | 上海捷氢科技有限公司 | 一种燃料电池系统、及其氢气计量比的计算方法及装置 |
CN113067018A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-07-02 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种燃料电池氢气循环测试系统 |
CN113314739A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-08-27 | 天津大学 | 燃料电池系统中氢气循环泵瞬态建模方法 |
CN114824377A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-07-29 | 潍柴动力股份有限公司 | 燃料电池控制方法、发动机及非易失性存储介质 |
CN116154221A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-05-23 | 科威尔(北京)技术开发有限公司 | 一种氢气循环回收系统及其控制方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040185315A1 (en) * | 2003-03-18 | 2004-09-23 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
US20100159342A1 (en) * | 2007-07-03 | 2010-06-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and its control method |
CN104409750A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-03-11 | 航天新长征电动汽车技术有限公司 | 一种燃料电池尾气循环系统 |
CN109524690A (zh) * | 2017-09-20 | 2019-03-26 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种燃料电池氢气循环控制系统和方法 |
CN109888336A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-14 | 清华大学 | 燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质 |
CN109888337A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-14 | 清华大学 | 燃料电池自增湿控制方法及自增湿控制系统 |
CN110010932A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-07-12 | 上海燃料电池汽车动力系统有限公司 | 一种车载燃料电池水管理系统及方法 |
CN110021765A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-16 | 深圳国氢新能源科技有限公司 | 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法 |
CN111063916A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-24 | 电子科技大学 | 燃料电池阳极水管理系统与控制方法 |
-
2020
- 2020-05-26 CN CN202010457857.1A patent/CN111613815B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040185315A1 (en) * | 2003-03-18 | 2004-09-23 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
US20100159342A1 (en) * | 2007-07-03 | 2010-06-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and its control method |
CN104409750A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-03-11 | 航天新长征电动汽车技术有限公司 | 一种燃料电池尾气循环系统 |
CN109524690A (zh) * | 2017-09-20 | 2019-03-26 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种燃料电池氢气循环控制系统和方法 |
CN109888336A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-14 | 清华大学 | 燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质 |
CN109888337A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-14 | 清华大学 | 燃料电池自增湿控制方法及自增湿控制系统 |
CN110021765A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-16 | 深圳国氢新能源科技有限公司 | 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法 |
CN110010932A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-07-12 | 上海燃料电池汽车动力系统有限公司 | 一种车载燃料电池水管理系统及方法 |
CN111063916A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-24 | 电子科技大学 | 燃料电池阳极水管理系统与控制方法 |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112510229A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-16 | 上海捷氢科技有限公司 | 一种燃料电池系统、及其氢气计量比的计算方法及装置 |
CN113067018A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-07-02 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种燃料电池氢气循环测试系统 |
CN113314739A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-08-27 | 天津大学 | 燃料电池系统中氢气循环泵瞬态建模方法 |
CN113314739B (zh) * | 2021-05-08 | 2021-12-24 | 天津大学 | 燃料电池系统中氢气循环泵瞬态建模方法 |
CN114824377A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-07-29 | 潍柴动力股份有限公司 | 燃料电池控制方法、发动机及非易失性存储介质 |
CN116154221A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-05-23 | 科威尔(北京)技术开发有限公司 | 一种氢气循环回收系统及其控制方法 |
CN116154221B (zh) * | 2023-03-24 | 2023-11-21 | 科威尔(北京)技术开发有限公司 | 一种氢气循环回收系统的控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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