CN112659928A - 车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法及系统，属于燃料电池技术领域，根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，将整车需求功率转换成整车需求目标电流，确定整车实际需求目标电流，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载；若判断为需要进行加载，以加载速率对质子交换膜燃料电池进行加载到整车实际需求目标电流；若判断为需要进行减载，以减载速率对质子交换膜燃料电池进行减载到整车实际需求目标电流；将达到的整车实际需求目标电流对应到整车功率设定值。本发明从保持加减载过程中燃料电池电压的均衡性出发，通过控制电流加减载速率来减小电压波动，减缓燃料电池工作过程中催化剂的衰减，提升燃料电池系统的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法及系统。
背景技术
为建设绿色生态城市，减少大气污染，质子交换膜燃料电池作为一种新兴能源技术日益受到关注，在新能源交通工具、分布式发电站等领域均有一定的推广应用。车载质子交换膜燃料电池系统的动力输出是一种化学反应过程，需要通过机械方式持续的供给一定燃料来维持工作状态。现有车载质子交换膜燃料电池的不足是：由于车载燃料电池系统的整车需求为恒功率加载，而燃料电池系统希望恒电流加载，并能控制加减载速率。燃料电池供给系统的压力受湿度、环境温度、自身精度等因素影响较大，在加减载过程中，易出现加载不上而形成死循环的状况，造成燃料电池电压波动，电压波动会造成催化剂衰减，从而影响燃料电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控制电流加减载速率，降低燃料电池电压波动的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法及系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一方面，本发明提供一种车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，包括如下流程步骤：
根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，将整车需求功率转换成整车需求目标电流；
根据整车需求目标电流，确定整车实际需求目标电流；
根据整车实际需求目标电流，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载；
若判断为需要进行加载，以设定的电流加载速率对质子交换膜燃料电池进行加载到整车实际需求目标电流；若判断为需要进行减载，以设定的电流减载速率对质子交换膜燃料电池进行减载到整车实际需求目标电流；
将达到的整车实际需求目标电流对应到整车功率设定值。
优选的，确定整车实际需求目标电流包括：将整车需求目标电流、当前质子交换膜燃料电池允许输出的最大电流和车载动力电池允许的可持续充电电流进行比较，取最小值为整车实际需求目标电流值。
优选的，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载包括：将整车实际需求目标电流与当前质子交换膜燃料电池输出电流进行比较，若整车实际需求目标电流大于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则对质子交换膜燃料电池进行加载；若整车实际需求目标电流小于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则对质子交换膜燃料电池进行减载。
优选的，若整车实际需求目标电流大于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则根据整车实际需求目标电流实时调节氢气、空气流量；
周期性计算：I1加＝I0+ΔI加，其中，I1加表示一个加载周期内需要加载到的目标电流，I0表示当前质子交换膜燃料电池的实际输出电流，ΔI加表示电流加载速率；
以ΔI加作为电流加载速率进行周期性加载，直至达到整车实际需求目标电流，完成加载。
优选的，若整车实际需求目标电流小于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则周期性计算I1减＝I0-ΔI减，其中，I1减表示一个减载周期内需要减载到的目标电流，I0表示当前质子交换膜燃料电池的实际输出电流，ΔI减表示电流减载速率；
判断I1减是否达到整车实际需求目标电流；
若达到，则根据整车实际需求目标电流计算氢气、空气需求流量，并调节氢气和空气的进气流量，完成减载；若未达到，则以ΔI减作为电流减载速率进行周期性减载，直至达到整车实际需求目标电流，完成减载。
优选的，根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，把整车需求功率通过查表或曲线方式转换成整车需求目标电流。
优选的，将达到的整车实际需求目标电流通过查表或电池极化曲线对应到整车功率设定值。
第二方面，本发明提供一种车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制系统，包括：
第一计算单元，用于根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，将整车需求功率转换成整车需求目标电流；
第一判断单元，用于根据整车需求目标电流，确定整车实际需求目标电流；
第二判断单元，用于根据整车实际需求目标电流，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载；
控制单元；若第二判断单元判断为需要进行加载，则控制单元用于以设定的电流加载速率对质子交换膜燃料电池进行加载到整车实际需求目标电流；若第二判断单元判断为需要进行减载，则控制单元用于以设定的电流减载速率对质子交换膜燃料电池进行减载到整车实际需求目标电流；
第二计算单元，用于将达到的整车实际需求目标电流对应到整车功率设定值。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如上所述的方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
本发明有益效果：从保持加减载过程中燃料电池电压的均衡性出发，通过控制电流加减载速率来减小电压波动，减缓燃料电池工作过程中催化剂的衰减，提升燃料电池系统的使用寿命。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些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
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实施例所述的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法流程图。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式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。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例1
本发明实施例1提供一种车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制系统，该系统包括：
第一计算单元，用于根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，将整车需求功率转换成整车需求目标电流；第一判断单元，用于根据整车需求目标电流，确定整车实际需求目标电流；第二判断单元，用于根据整车实际需求目标电流，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载；
控制单元；若第二判断单元判断为需要进行加载，则控制单元用于以设定的电流加载速率对质子交换膜燃料电池进行加载到整车实际需求目标电流；若第二判断单元判断为需要进行减载，则控制单元用于以设定的电流减载速率对质子交换膜燃料电池进行减载到整车实际需求目标电流；
第二计算单元，用于将达到的整车实际需求目标电流对应到整车功率设定值。
在本实施例1中，利用上述的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制系统，实现了车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，从保持加减载过程中燃料电池电压的均衡性出发，通过控制电流加减载速率来减小电压波动，减缓燃料电池工作过程中催化剂的衰减，提升燃料电池系统的使用寿命。
上述车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法的实现步骤包括如下内容：
根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，将整车需求功率转换成整车需求目标电流；
根据整车需求目标电流，确定整车实际需求目标电流；
根据整车实际需求目标电流，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载；
若判断为需要进行加载，以设定的电流加载速率对质子交换膜燃料电池进行加载到整车实际需求目标电流；若判断为需要进行减载，以设定的电流减载速率对质子交换膜燃料电池进行减载到整车实际需求目标电流；
将达到的整车实际需求目标电流对应到整车功率设定值。
在本实施例1中，确定整车实际需求目标电流包括：将整车需求目标电流、当前质子交换膜燃料电池允许输出的最大电流和车载动力电池允许的可持续充电电流进行比较，取最小值为整车实际需求目标电流值。
在本实施例1中，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载包括：将整车实际需求目标电流与当前质子交换膜燃料电池输出电流进行比较，若整车实际需求目标电流大于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则对质子交换膜燃料电池进行加载；若整车实际需求目标电流小于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则对质子交换膜燃料电池进行减载。
在本实施例1中，若整车实际需求目标电流大于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则根据整车实际需求目标电流实时调节氢气、空气流量；
周期性计算：I1加＝I0+ΔI加，其中，I1加表示一个加载周期内需要加载到的目标电流，I0表示当前质子交换膜燃料电池的实际输出电流，ΔI加表示电流加载速率；
以ΔI加作为电流加载速率进行周期性加载，直至达到整车实际需求目标电流，完成加载。
在本实施例1中，若整车实际需求目标电流小于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则周期性计算I1减＝I0-ΔI减，其中，I1减表示一个减载周期内需要减载到的目标电流，I0表示当前质子交换膜燃料电池的实际输出电流，ΔI减表示电流减载速率；
判断I1减是否达到整车实际需求目标电流；
若达到，则根据整车实际需求目标电流计算氢气、空气需求流量，并调节氢气和空气的进气流量，完成减载；若未达到，则以ΔI减作为电流减载速率进行周期性减载，直至达到整车实际需求目标电流，完成减载。
在本实施例1中，根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，把整车需求功率通过查表或曲线方式转换成整车需求目标电流。
在本实施例1中，将达到的整车实际需求目标电流通过查表或电池极化曲线对应到整车功率设定值。
实施例2
本发明实施例2提供一种车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，该方法基于质子交换膜燃料电池电压均衡性，实时控制调整电流加减载速率。
本实施例2所述的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法的实现包括如下步骤：
(1)根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，把整车需求功率通过查表或曲线方式转换成整车需求目标电流；
(2)通过整车需求目标电流、当前质子交换膜燃料电池允许输出的最大电流和车载动力电池允许的可持续充电电流相比较，取三者最小值为整车实际需求目标电流值；
(3)根据整车实际需求目标电流值与当前质子交换膜燃料电池输出电流值大小比较，确定质子交换膜燃料电池系统是加载过程还是减载过程；
(4)若为加载过程，系统以设定的加载速率开始加载到整车实际需求目标电流；根据设定的计算周期判断当前质子交换膜燃料电池输出电流是否达到整车实际需求目标电流；若达到则完成加载，没达到，则重复以设定的计算周期判断当前质子交换膜燃料电池输出电流是否达到整车实际需求目标电流，直到到达为止。
(5)若为减载过程，系统以设定的减载速率开始减载到整车实际需求目标电流；重复以设定的计算周期判断当前质子交换膜燃料电池输出电流是否达到整车实际需求目标电流，直至完成减载。
(6)将达到的整车实际需求目标电流通过查表或曲线对应到功率设定值。
如图1所示，在本发明实时2中，把整车需求功率P整车查表转换成目标电流I整车；设定当前燃料电池允许输出的最大电流为I允许；设定车载动力电池可持续充电电流为I充电；设定电流加减载速率为ΔI；设定当前燃料电池实际输出电流为I0；设定燃料电池实际目标电流为I(即，整车实际需求目标电流)；设定一个加减载周期内加减载目标电流为I1；
根据整车需求目标电流I整车、当前质子交换膜燃料电池允许输出的最大电流I允许和车载动力电池允许的可持续充电电流I充电三者比较，取三者最小值为整车实际需求目标电流值I；
根据整车实际需求目标电流值I与当前质子交换膜燃料电池输出电流值I0大小比较，确定质子交换膜燃料电池系统是加载过程还是减载过程；
若I>I0时，则根据I值计算最终氢气、空气需求流量，并调节氢气、空气流量，等待完成后，再周期性计算I1＝I0+ΔI，判断加载完成后将达到的实际电流根据查表或曲线转换成设定的功率值，若加载未完成则循环执行加载过程，直至完成加载；
若I<I0时，则周期性计算I1＝I0-ΔI，判断I1是否达到减载目标电流值I，若达到，则根据减载至目标电流I计算氢气、空气需求流量，并调节氢气和空气的进气流量，完成减载，若未达到则周期性循环减载过程，直至完成减载，最后将达到的实际电流根据查表或曲线转换成设定的功率值。
本发明具体实施方式以保证车载质子交换膜燃料电池单体电压均衡的前提下进行恒电流加减载控制，以提高车载质子交换膜燃料电池的动态响应性；提出的控制算法实现了车载质子交换膜燃料电池的恒电流加减载控制功能，延长了燃料电池的使用寿命。
实施例3
本发明实施例3提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，该方法包括：
根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，将整车需求功率转换成整车需求目标电流；
根据整车需求目标电流，确定整车实际需求目标电流；
根据整车实际需求目标电流，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载；
若判断为需要进行加载，以设定的电流加载速率对质子交换膜燃料电池进行加载到整车实际需求目标电流；若判断为需要进行减载，以设定的电流减载速率对质子交换膜燃料电池进行减载到整车实际需求目标电流；
将达到的整车实际需求目标电流对应到整车功率设定值。
实施例4
本发明实施例4提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，该方法包括：
根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，将整车需求功率转换成整车需求目标电流；
根据整车需求目标电流，确定整车实际需求目标电流；
根据整车实际需求目标电流，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载；
若判断为需要进行加载，以设定的电流加载速率对质子交换膜燃料电池进行加载到整车实际需求目标电流；若判断为需要进行减载，以设定的电流减载速率对质子交换膜燃料电池进行减载到整车实际需求目标电流；
将达到的整车实际需求目标电流对应到整车功率设定值。
综上所述，本发明实施例所述的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法及系统，有效的将整车需求功率加减载转换为电流加减载，根据整车需求目标电流、燃料电池允许输出的最大电流与车载动力电池可持续充电电流三者比较取小，确定可控的电流加减载速率，实现整车恒电流加载，避免恒功率加载导致的燃料电池寿命衰减。有效的减少车载动力电池储能装置的充电深度，提高车载动力电池储能装置的使用寿命。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，其特征在于，包括如下流程步骤：
根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，将整车需求功率转换成整车需求目标电流；
根据整车需求目标电流，确定整车实际需求目标电流；
根据整车实际需求目标电流，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载；
若判断为需要进行加载，以设定的电流加载速率对质子交换膜燃料电池进行加载到整车实际需求目标电流；若判断为需要进行减载，以设定的电流减载速率对质子交换膜燃料电池进行减载到整车实际需求目标电流；
将达到的整车实际需求目标电流对应到整车功率设定值。
2.根据权利要求1所述的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，其特征在于，确定整车实际需求目标电流包括：将整车需求目标电流、当前质子交换膜燃料电池允许输出的最大电流和车载动力电池允许的可持续充电电流进行比较，取最小值为整车实际需求目标电流值。
3.根据权利要求1所述的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，其特征在于，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载包括：将整车实际需求目标电流与当前质子交换膜燃料电池输出电流进行比较，若整车实际需求目标电流大于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则对质子交换膜燃料电池进行加载；若整车实际需求目标电流小于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则对质子交换膜燃料电池进行减载。
4.根据权利要求3所述的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，其特征在于，若整车实际需求目标电流大于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则根据整车实际需求目标电流实时调节氢气、空气流量；
周期性计算：I1加＝I0+ΔI加，其中，I1加表示一个加载周期内需要加载到的目标电流，I0表示当前质子交换膜燃料电池的实际输出电流，ΔI加表示电流加载速率；
以ΔI加作为电流加载速率进行周期性加载，直至达到整车实际需求目标电流，完成加载。
5.根据权利要求3所述的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，其特征在于，若整车实际需求目标电流小于当前质子交换膜燃料电池输出电流，则周期性计算I1减＝I0+ΔI减，其中，I1减表示一个减载周期内需要减载到的目标电流，I0表示当前质子交换膜燃料电池的实际输出电流，ΔI减表示电流减载速率；
判断I1减是否达到整车实际需求目标电流；
若达到，则根据整车实际需求目标电流计算氢气、空气需求流量，并调节氢气和空气的进气流量，完成减载；若未达到，则以ΔI减作为电流减载速率进行周期性减载，直至达到整车实际需求目标电流，完成减载。
6.根据权利要求1所述的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，其特征在于，根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，把整车需求功率通过查表或曲线方式转换成整车需求目标电流。
7.根据权利要求1所述的车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制方法，其特征在于，将达到的整车实际需求目标电流通过查表或电池极化曲线对应到整车功率设定值。
8.一种车载质子交换膜燃料电池动态加减载控制系统，其特征在于，包括：
第一计算单元，用于根据质子交换膜燃料电池极化曲线数据，将整车需求功率转换成整车需求目标电流；
第一判断单元，用于根据整车需求目标电流，确定整车实际需求目标电流；
第二判断单元，用于根据整车实际需求目标电流，判断需要对质子交换膜燃料电池进行加载还是进行减载；
控制单元；若第二判断单元判断为需要进行加载，则控制单元用于以设定的电流加载速率对质子交换膜燃料电池进行加载到整车实际需求目标电流；若第二判断单元判断为需要进行减载，则控制单元用于以设定的电流减载速率对质子交换膜燃料电池进行减载到整车实际需求目标电流；
第二计算单元，用于将达到的整车实际需求目标电流对应到整车功率设定值。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，其特征在于：所述处理器调用所述程序指令执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。
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