CN112397749B - 一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，包括阴极压力控制步骤和阳极压力跟随控制步骤，通过对空压机电压和节气门开度的控制，调节阴极入口流量和出口流量，进而实现阴极压力控制，通过对流量阀开度和氢气循环泵电压的控制，调节阳极入口流量和出口流量，进而实现阳极压力控制。本发明还提供一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制装置。本发明阴极部分实现了基于过氧比控制下空压机的平稳启动，阳极部分实现了流量阀和氢气循环泵的解耦控制，可以快速控制质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡或保持设定压差，提高了质子交换膜的使用寿命。

Description

一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法及装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体是一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法及装置。
背景技术
质子交换膜燃料电池具有效率高、能量密度大、零污染等优点，很可能成为替代内燃机的下一代车用动力装置，但是目前有很多问题制约着其大规模商业化应用，其中质子交换膜的寿命和成本是两个主要限制因素。目前车用质子交换膜燃料电池的寿命基本在5000h以下，经济性较差。燃料电池阴阳极压力不平衡会导致质子交换膜受到额外应力，寿命降低。
质子交换膜燃料电池的主要构成如图1所示，空压机1通过冷却增湿器2连接到阴极3入口，其间所有管路抽象为阴极供应管道4，阴极3出口连接阴极回流管道5，阴极回流管道5上设有节气门6。氢气罐7连接流量阀8，流量阀8连接阳极供应管道9，阳极供应管道9连接阳极10入口，阳极10出口通过阳极回流管道11与氢气循环泵12相连，氢气循环泵12将未完全反应的氢气送回阳极供应管道9回收利用，阳极回流管道11上还设有尾排阀13，用于排水和排出阴极渗透到阳极的氮气。
燃料电池阴极压力主要受空压机和节气门影响，为了提供满足燃料电池电堆运行的氧气消耗，空压机电压需要根据负载电流需求来控制，空压机输出流量的变化会导致阴极压力的变化，节气门则通过调节阴极出口流量来调节阴极的整体压力水平。燃料电池阳极压力由流量阀和氢气循环泵共同决定。要控制燃料电池阴阳极压力的平衡，需要联合控制多个流量控制元件，由于各个流量控制元件存在响应速度和控制范围差异，在动态调节的过程中，燃料电池阴阳极容易出现较大压差，从而影响燃料电池的寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法及装置，实现质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡的快速控制，提高质子交换膜的使用寿命。
本发明的技术方案为：
一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，包括阴极压力控制步骤和阳极压力跟随控制步骤；
所述阴极压力控制步骤包括：
计算过氧比偏差；
根据所述过氧比偏差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到空压机电压；
根据所述空压机电压，对空压机转速进行调节；
判断阴极实时运行压力是否超出设定压力范围；
当所述阴极实时运行压力超出设定压力范围时，对节气门开度进行调节；
所述阳极压力跟随控制步骤包括：
设置氢气循环泵的基础工作电压；
计算流量阀的基础开度；
根据阴阳极压力差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到流量阀的增量开度；
根据所述流量阀的基础开度和增量开度，对流量阀开度进行调节；判断所述流量阀的增量开度获取过程是否出现积分饱和；
当所述流量阀的增量开度获取过程出现积分饱和时，根据阴阳极压力差，采用增量式PI控制算法，得到氢气循环泵的电压增量；
根据所述氢气循环泵的基础工作电压和电压增量，得到氢气循环泵电压，根据所述氢气循环泵电压，对氢气循环泵转速进行调节。
所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，所述阴极压力控制步骤还包括对所述过氧比偏差进行限幅。
所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，所述计算过氧比偏差包括：
根据负载电流需求，计算得到阴极反应所需氧气质量流量；
根据空压机输出的空气质量流量，计算得到阴极入口实际氧气质量流量；
根据所述阴极反应所需氧气质量流量和阴极入口实际氧气质量流量，计算得到实时过氧比；
根据所述实时过氧比和目标过氧比，计算得到过氧比偏差。
所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，所述计算流量阀的基础开度包括：
根据负载电流需求，计算得到阳极反应所需氢气质量流量；
根据所述阳极反应所需氢气质量流量和氢气循环泵的回流氢气质量流量，计算得到流量阀的基础开度。
所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，所述阴极反应所需氧气质量流量由以下公式计算得到：
Figure GDA0003172761410000041
其中，
Figure GDA0003172761410000042
表示阴极反应所需氧气质量流量，Ist表示负载电流，
Figure GDA0003172761410000043
表示氧气摩尔质量，N表示单体电池个数，F表示法拉第常数；所述阴极入口实际氧气质量流量由以下公式计算得到：
Figure GDA0003172761410000044
Figure GDA0003172761410000045
其中，
Figure GDA0003172761410000046
表示阴极入口实际氧气质量流量，Fa,ca,in表示空压机输出的空气质量流量，
Figure GDA0003172761410000047
表示进入阴极的氧气质量分数，
Figure GDA0003172761410000048
表示进入阴极的气体中的氧气摩尔分数，
Figure GDA0003172761410000049
表示氮气摩尔质量；
所述实时过氧比由以下公式计算得到：
Figure GDA00031727614100000410
其中，OER表示实时过氧比；
所述过氧比偏差由以下公式计算得到：
ΔOER＝OER-OER0
其中，ΔOER表示过氧比偏差，OER0表示目标过氧比。
所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，所述阳极反应所需氢气质量流量由以下公式计算得到：
Figure GDA0003172761410000051
其中，
Figure GDA0003172761410000052
表示阳极反应所需氢气质量流量，Ist表示负载电流，
Figure GDA0003172761410000053
表示氢气摩尔质量，N表示单体电池个数，F表示法拉第常数；
所述流量阀的基础开度由以下公式计算得到：
Figure GDA0003172761410000054
其中，fv1表示流量阀的基础开度，Ffcv,max表示流量阀全开时输出的氢气质量流量，Fhp表示氢气循环泵的回流氢气质量流量。
一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制装置，包括阴极压力控制模块和阳极压力跟随控制模块；
所述阴极压力控制模块包括第一计算单元、第一抗积分饱和PI控制器、空压机调节单元、第一判断单元和节气门调节单元；
所述第一计算单元，用于计算过氧比偏差；
所述第一抗积分饱和PI控制器，用于根据所述过氧比偏差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到空压机电压；
所述空压机调节单元，用于根据所述空压机电压，对空压机转速进行调节；
所述第一判断单元，用于判断阴极实时运行压力是否超出设定压力范围；
所述节气门调节单元，用于当所述阴极实时运行压力超出设定压力范围时，对节气门开度进行调节；
所述阳极压力跟随控制模块包括设置单元、第二计算单元、第二抗积分饱和PI控制器、流量阀调节单元、第二判断单元、增量式PI控制器和氢气循环泵调节单元；
所述设置单元，用于设置氢气循环泵的基础工作电压；
所述第二计算单元，用于计算流量阀的基础开度；
所述第二抗积分饱和PI控制器，用于根据阴阳极压力差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到流量阀的增量开度；
所述流量阀调节单元，用于根据所述流量阀的基础开度和增量开度，对流量阀开度进行调节；
所述第二判断单元，用于判断所述流量阀的增量开度获取过程是否出现积分饱和；
所述增量式PI控制器，用于当所述流量阀的增量开度获取过程出现积分饱和时，根据阴阳极压力差，采用增量式PI控制算法，得到氢气循环泵的电压增量；
所述氢气循环泵调节单元，用于根据所述氢气循环泵的基础工作电压和电压增量，得到氢气循环泵电压，根据所述氢气循环泵电压，对氢气循环泵转速进行调节。
所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制装置，所述阴极压力控制模块还包括启动状态过渡单元，所述启动状态过渡单元用于对所述过氧比偏差进行限幅。
一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制设备，包括存储介质和处理器；
所述存储介质，用于存储多条指令；
所述处理器，用于加载并执行所述指令，实现所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令由处理器加载并执行，实现所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法。
由上述技术方案可知，本发明通过对空压机电压和节气门开度的控制，调节阴极入口流量和出口流量，进而实现阴极压力控制；通过对流量阀开度和氢气循环泵电压的控制，调节阳极入口流量和出口流量，进而实现阳极压力控制；本发明阴极部分实现了基于过氧比控制下空压机的平稳启动，阳极部分实现了流量阀和氢气循环泵的解耦控制，可以快速控制质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡或保持设定压差，提高了质子交换膜的使用寿命。
附图说明
图1是质子交换膜燃料电池的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法流程示意图；
图3是本发明具体实施方式提供的空压机电压控制方法流程示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的阳极压力跟随控制方法流程示意图；
图5是本发明具体实施方式提供的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制装置结构示意图；
图6是back-calculation型抗积分饱和PI控制器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图2所示，本发明具体实施方式公开了一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，包括阴极压力控制步骤S100和阳极压力跟随控制步骤S200。
阴极压力控制步骤S100包括：
S101、计算过氧比偏差，步骤如下：
a1、根据负载电流需求，采用以下公式计算得到阴极反应所需氧气质量流量：
Figure GDA0003172761410000081
其中，
Figure GDA0003172761410000082
表示阴极反应所需氧气质量流量，Ist表示负载电流，
Figure GDA0003172761410000083
表示氧气摩尔质量，为32g/mol，N表示单体电池个数，F表示法拉第常数。
a2、根据空压机map图，通过查表得到空压机对应转速下输出的空气质量流量，然后采用以下公式计算得到阴极入口实际氧气质量流量：
Figure GDA0003172761410000091
Figure GDA0003172761410000092
其中，
Figure GDA0003172761410000093
表示阴极入口实际氧气质量流量，Fa,ca,in表示空压机输出的空气质量流量，
Figure GDA0003172761410000094
表示进入阴极的氧气质量分数，
Figure GDA0003172761410000095
表示进入阴极的气体中的氧气摩尔分数，未加湿的空气中的氧气摩尔分数取0.21，
Figure GDA0003172761410000096
表示氮气摩尔质量，为28g/mol。
a3、根据阴极反应所需氧气质量流量和阴极入口实际氧气质量流量，采用以下公式计算得到实时过氧比：
Figure GDA0003172761410000097
其中，OER表示实时过氧比；
a4、根据实时过氧比和目标过氧比，采用以下公式计算得到过氧比偏差：
ΔOER＝OER-OER0
其中，ΔOER表示过氧比偏差，OER0表示目标过氧比。
S102、对过氧比偏差进行限幅，如图3所示，在燃料电池电堆刚启动的三秒内限制过氧比偏差为正数，防止启动过程中较大的过氧比偏差和其他扰动导致后续抗积分饱和PI控制的积分环节出现饱和，在电堆或空压机进入稳定工作状态后，限制过氧比偏差在一对称区间。
S103、根据限幅后的过氧比偏差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到空压机电压，其大小为：
Figure GDA0003172761410000101
其中，k为离散化PI控制模型的过程变量，代表k时刻，U(k)表示k时刻的空压机电压，Kp1、Ki1分别表示P、I环节的比例系数，Kb1表示反馈抗积分饱和环节的比例系数，为获得较好的抗积分饱和性能，取Kb1＝Ki1/Kp1，△OER(k)表示k时刻的过氧比偏差，k0表示起始时刻，△OER(t)表示t时刻的过氧比偏差，s(t)、u(t)分别为t时刻抗积分饱和PI控制输出限幅前和限幅后的信号。
S104、根据空压机电压，对空压机转速进行调节，进而调节阴极入口氧气质量流量。
S105、读取压力传感器采集的阴极实时运行压力，判断阴极实时运行压力是否超出设定压力范围。
S106、当阴极实时运行压力超出设定压力范围时，计算阴极压力的超调量或不足量，对节气门开度进行调节，进而调节阴极出口氧气质量流量。
如图4所示，阳极压力跟随控制步骤S200包括：
S201、设置氢气循环泵的基础工作电压。
S202、计算流量阀的基础开度，步骤如下：
b1、根据负载电流需求，采用以下公式计算得到阳极反应所需氢气质量流量：
Figure GDA0003172761410000102
其中，
Figure GDA0003172761410000103
表示阳极反应所需氢气质量流量，Ist表示负载电流，
Figure GDA0003172761410000111
表示氢气摩尔质量，N表示单体电池个数，F表示法拉第常数；
b2、根据阳极反应所需氢气质量流量和氢气循环泵的回流氢气质量流量，采用以下公式计算得到流量阀的基础开度：
Figure GDA0003172761410000112
其中，fv1表示流量阀的基础开度，Ffcv,max表示流量阀全开时输出的氢气质量流量，根据流量阀的机理模型或输出曲线得到，Fhp表示氢气循环泵的回流氢气质量流量，通过流量传感器或根据氢气循环泵转速和机理模型计算得到；阳极反应所需氢气质量流量减去氢气循环泵的回流氢气质量流量，得到流量阀需要提供的反应氢气质量流量。流量阀可以被视为有可变颈部面积的喷嘴，它的稳态特性可以近似为一个控制输入信号的线性方程：
Ffcv＝fv·Ffcv,max
其中，fv表示流量阀的控制输入信号，从0变化到1，Ffcv表示流量阀实际输出的氢气质量流量，流量阀实际输出的氢气质量流量由流量阀需要提供的反应氢气质量流量和调节压力需要的氢气质量流量两部分组成。
S203、根据阴阳极压力差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到流量阀的增量开度，其大小为：
Figure GDA0003172761410000113
其中，m为离散化PI控制模型的过程变量，代表m时刻，fv2(m)表示m时刻流量阀的增量开度，Kp2、Ki2分别表示P、I环节的比例系数，Kb2表示反馈抗积分饱和环节的比例系数，为获得较好的抗积分饱和性能，取Kb2＝Ki2/Kp2，△P(m)表示m时刻的阴阳极压力差，m0表示起始时刻，△P(t)表示t时刻的阴阳极压力差，s(t)、u(t)分别为t时刻抗积分饱和PI控制输出限幅前和限幅后的信号。
特别的，上述流量阀抗积分饱和PI控制过程输出一开关信号用于控制氢气循环泵的增量式PI控制的介入，当流量阀抗积分饱和PI控制的积分环节出现饱和时，该开关信号置1(开启)，未饱和时置0(关闭)。
S204、根据流量阀的基础开度和增量开度，对流量阀开度进行调节，进而调节阳极入口氢气质量流量。由于流量阀开度为基础开度和增量开度之和，分别控制这两个开度可以实现压力调节与燃料供应的解耦，防止出现压力调节时阳极反应氢气供应量受影响的情况。但是增量开度只能实现阳极压力的上升，要想实现阳极压力的降低需要联合氢气循环泵进行控制。
S205、判断流量阀的增量开度获取过程是否出现积分饱和。
S206、当流量阀的增量开度获取过程出现积分饱和时，根据阴阳极压力差，采用增量式PI控制算法，得到氢气循环泵的电压增量。首先设置氢气循环泵的基础工作电压，即给定氢气循环泵一个基础流量，为了提高阳极压力跟随控制的响应能力，尽可能将氢气循环泵的基础流量设置为一个较大的值，即阳极出口氢气质量流量较大，可以保证阳极压力处于较低水平，然后通过控制响应速度较快的流量阀的增量开度来提高阳极压力，此时氢气循环泵只提供稳定的阳极出口氢气质量流量和稳定的回流氢气质量流量；当阳极压力需求极大或极小时，流量阀抗积分饱和PI控制无法同时满足燃料供应需求和压力调节需求，其积分环节将出现饱和，根据该饱和信号触发对氢气循环泵电压的增量式PI控制，输入为阴阳极压力差，输出为氢气循环泵的电压增量。
S207、根据氢气循环泵的基础工作电压和电压增量，得到氢气循环泵电压，根据氢气循环泵电压，对氢气循环泵转速进行调节，进而调节阳极出口氢气质量流量。
由上述可知，本发明通过对空压机电压和节气门开度的控制，调节阴极入口流量和出口流量，进而实现阴极压力控制；通过对流量阀开度和氢气循环泵电压的控制，调节阳极入口流量和出口流量，进而实现阳极压力控制。并且，阳极压力跟随阴极压力变化，以达到阴阳极压力平衡或始终保持一较小的设定压差。
如图5所示，本发明具体实施方式还公开了一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制装置，包括阴极压力控制模块300和阳极压力跟随控制模块400。
阴极压力控制模块300包括第一计算单元301、启动状态过渡单元302、第一抗积分饱和PI控制器303、空压机调节单元304、第一判断单元305和节气门调节单元306。
其中，第一计算单元301用于计算过氧比偏差；启动状态过渡单元302用于对过氧比偏差进行限幅；第一抗积分饱和PI控制器303用于根据限幅后的过氧比偏差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到空压机电压；空压机调节单元304用于根据空压机电压，对空压机转速进行调节；第一判断单元305用于判断阴极实时运行压力是否超出设定压力范围；节气门调节单元306用于当阴极实时运行压力超出设定压力范围时，对节气门开度进行调节。
阳极压力跟随控制模块400包括设置单元401、第二计算单元402、第二抗积分饱和PI控制器403、流量阀调节单元404、第二判断单元405、增量式PI控制器406和氢气循环泵调节单元407。
其中，设置单元401用于设置氢气循环泵的基础工作电压；第二计算单元402用于计算流量阀的基础开度；第二抗积分饱和PI控制器403用于根据阴阳极压力差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到流量阀的增量开度；流量阀调节单元404用于根据流量阀的基础开度和增量开度，对流量阀开度进行调节；第二判断单元405用于判断流量阀的增量开度获取过程是否出现积分饱和；增量式PI控制器406用于当流量阀的增量开度获取过程出现积分饱和时，根据阴阳极压力差，采用增量式PI控制算法，得到氢气循环泵的电压增量；氢气循环泵调节单元407用于根据氢气循环泵的基础工作电压和电压增量，得到氢气循环泵电压，根据氢气循环泵电压，对氢气循环泵转速进行调节。
第一抗积分饱和PI控制器303和第二抗积分饱和PI控制器403均采用back-calculation型抗积分饱和PI控制器，如图6所示。
本发明具体实施方式还公开了一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制设备，包括存储介质和处理器。存储介质用于存储多条指令；处理器用于加载并执行存储介质中的指令，实现上述质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法。
本发明具体实施方式还公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，该些指令由处理器加载并执行，实现上述质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法。
本发明方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读存储介质中。基于这样的理解，本发明技术方案或者本发明对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动计算设备或者网络设备等)执行本发明方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述具体实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，其特征在于，包括阴极压力控制步骤和阳极压力跟随控制步骤；
所述阴极压力控制步骤包括：
计算过氧比偏差；
对所述过氧比偏差进行限幅；
根据限幅后的过氧比偏差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到空压机电压；
根据所述空压机电压，对空压机转速进行调节；
判断阴极实时运行压力是否超出设定压力范围；
当所述阴极实时运行压力超出设定压力范围时，对节气门开度进行调节；
所述阳极压力跟随控制步骤包括：
设置氢气循环泵的基础工作电压；
计算流量阀的基础开度；
根据阴阳极压力差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到流量阀的增量开度；
根据所述流量阀的基础开度和增量开度，对流量阀开度进行调节；
判断所述流量阀的增量开度获取过程是否出现积分饱和；
当所述流量阀的增量开度获取过程出现积分饱和时，根据阴阳极压力差，采用增量式PI控制算法，得到氢气循环泵的电压增量；
根据所述氢气循环泵的基础工作电压和电压增量，得到氢气循环泵电压，根据所述氢气循环泵电压，对氢气循环泵转速进行调节。
2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，其特征在于，所述计算过氧比偏差包括：
根据负载电流需求，计算得到阴极反应所需氧气质量流量；
根据空压机输出的空气质量流量，计算得到阴极入口实际氧气质量流量；
根据所述阴极反应所需氧气质量流量和阴极入口实际氧气质量流量，计算得到实时过氧比；
根据所述实时过氧比和目标过氧比，计算得到过氧比偏差。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，其特征在于，所述计算流量阀的基础开度包括：
根据负载电流需求，计算得到阳极反应所需氢气质量流量；
根据所述阳极反应所需氢气质量流量和氢气循环泵的回流氢气质量流量，计算得到流量阀的基础开度。
4.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，其特征在于，所述阴极反应所需氧气质量流量由以下公式计算得到：
Figure FDA0003204121800000021
其中，
Figure FDA0003204121800000022
表示阴极反应所需氧气质量流量，Ist表示负载电流，
Figure FDA0003204121800000023
表示氧气摩尔质量，单位为g/mol，N表示单体电池个数，F表示法拉第常数；
所述阴极入口实际氧气质量流量由以下公式计算得到：
Figure FDA0003204121800000024
Figure FDA0003204121800000031
其中，
Figure FDA0003204121800000032
表示阴极入口实际氧气质量流量，Fa,ca,in表示空压机输出的空气质量流量，
Figure FDA0003204121800000033
表示进入阴极的氧气质量分数，
Figure FDA0003204121800000034
表示进入阴极的气体中的氧气摩尔分数，
Figure FDA0003204121800000035
表示氮气摩尔质量，单位为g/mol；
所述实时过氧比由以下公式计算得到：
Figure FDA0003204121800000036
其中，OER表示实时过氧比；
所述过氧比偏差由以下公式计算得到：
ΔOER＝OER-OER0
其中，ΔOER表示过氧比偏差，OER0表示目标过氧比。
5.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法，其特征在于，所述阳极反应所需氢气质量流量由以下公式计算得到：
Figure FDA0003204121800000037
其中，
Figure FDA0003204121800000038
表示阳极反应所需氢气质量流量，Ist表示负载电流，
Figure FDA0003204121800000039
表示氢气摩尔质量，单位为g/mol，N表示单体电池个数，F表示法拉第常数；
所述流量阀的基础开度由以下公式计算得到：
Figure FDA00032041218000000310
其中，fv1表示流量阀的基础开度，Ffcv,max表示流量阀全开时输出的氢气质量流量，Fhp表示氢气循环泵的回流氢气质量流量。
6.一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制装置，其特征在于，包括阴极压力控制模块和阳极压力跟随控制模块；
所述阴极压力控制模块包括第一计算单元、启动状态过渡单元、第一抗积分饱和PI控制器、空压机调节单元、第一判断单元和节气门调节单元；
所述第一计算单元，用于计算过氧比偏差；
所述启动状态过渡单元，用于对所述过氧比偏差进行限幅；
所述第一抗积分饱和PI控制器，用于根据限幅后的过氧比偏差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到空压机电压；
所述空压机调节单元，用于根据所述空压机电压，对空压机转速进行调节；
所述第一判断单元，用于判断阴极实时运行压力是否超出设定压力范围；
所述节气门调节单元，用于当所述阴极实时运行压力超出设定压力范围时，对节气门开度进行调节；
所述阳极压力跟随控制模块包括设置单元、第二计算单元、第二抗积分饱和PI控制器、流量阀调节单元、第二判断单元、增量式PI控制器和氢气循环泵调节单元；
所述设置单元，用于设置氢气循环泵的基础工作电压；
所述第二计算单元，用于计算流量阀的基础开度；
所述第二抗积分饱和PI控制器，用于根据阴阳极压力差，采用抗积分饱和PI控制算法，得到流量阀的增量开度；
所述流量阀调节单元，用于根据所述流量阀的基础开度和增量开度，对流量阀开度进行调节；
所述第二判断单元，用于判断所述流量阀的增量开度获取过程是否出现积分饱和；
所述增量式PI控制器，用于当所述流量阀的增量开度获取过程出现积分饱和时，根据阴阳极压力差，采用增量式PI控制算法，得到氢气循环泵的电压增量；
所述氢气循环泵调节单元，用于根据所述氢气循环泵的基础工作电压和电压增量，得到氢气循环泵电压，根据所述氢气循环泵电压，对氢气循环泵转速进行调节。
7.一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制设备，其特征在于，包括存储介质和处理器；
所述存储介质，用于存储多条指令；
所述处理器，用于加载并执行所述指令，实现权利要求1-5中任一项所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令由处理器加载并执行，实现权利要求1-5中任一项所述的质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法。
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