CN113193216B - 不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统及控制方法 - Google Patents

不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统及控制方法，该方法通过采集多电堆燃料电池系统的各个数据，比较燃料电池系统多个电堆之间的电压差值，结合采集的燃料电池系统总电流值，自适应的调节氢气尾气电磁阀开通的间隔时间、氢气尾气电磁阀开通的持续时间以及空压机的转速，实现燃料电池系统多个电堆的电压均衡控制和水热平衡。该方法不依赖单片电压巡检装置对各个单片电池进行电压检测，降低了多电堆燃料电池系统单片电压的检测成本，简化了线束连接结构，提高了燃料电池系统的氢气利用率，克服了多个电堆内部堵水和气路不畅通的问题，保证了燃料电池系统多个电堆输出电压的一致性。

Description

不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统及控制方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统及控制方法。
背景技术
燃料电池由于能量转换效率高、环保、无污染、无噪声等优点，是汽车动力系统的终极解决方案，目前成为国内外研发的热点。多电堆燃料电池是集电堆、氢气供给系统、空气供给系统、水热管理系统、控制系统为一体的氢能发电装置，在发电的同时会产生一定的水气，若电堆流道和膜电极内部蕴含的水气未能有效排除，在多电堆燃料电池串联运行时会导致性能下降，严重时会造成内部材料损坏，燃料电池密封性变差，甚至出现永久性损坏。由于多电堆燃料电池运行时各电堆内部的含水量难以准确测量，而依赖单片电压巡检的排气控制方法又过于结构复杂，安装不变，线路繁多，检测可靠性很难保证。为了克服中高功率运行时多个电堆内部堵水和气路不畅通的问题，有必要在含水量无法准确测量的前提下，采用不依赖单片电压巡检的实用方法精准控制排气量和空气供给量，保证燃料电池系统工作时多个电堆输出电压的一致性和内部水热基本平衡。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种不依赖单片电压巡检仪器设备，能简单快速控制多电堆燃料电池系统排气量的控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统，包括多个燃料电池堆、氢气供给系统、空气供给系统、冷却液系统和燃料电池控制器；燃料电池控制器通过采集多电堆燃料电池系统各个电堆电压，比较最高电堆电压与最低电堆电压获得多电堆燃料电池系统的最大电堆电压差值，结合系统的输出总电流值，分区间调节氢气尾气电磁阀开通的间隔时间和持续时间，以及空压机的转速，实现燃料电池系统多个电堆的性能均衡。
一种不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统排气控制方法，包括以下步骤：
步骤1、采集数据；采集多电堆燃料电池系统进入运行状态时各个电堆的输出电压值、空气流量传感器的流量值Fair和输出总电流传感器的电流值IT；
步骤2、比较燃料电池系统多个电堆之间的电压差值；将输出电压值最大的电堆电压传感器的电压Vmax和输出电压值最小的电堆电压传感器的电压Vmin进行比较，计算出多个电堆的最大电压差值为：VΔ＝|Vmax-Vmin|；
步骤3、根据步骤2计算出的最大电压差值VΔ，结合采集的燃料电池系统总电流值，自适应的调节氢气尾气电磁阀开通的间隔时间、氢气尾气电磁阀开通的持续时间以及空压机的转速，实现电压均衡控制和水热平衡；设定最小阈值为VΔ1，第二阈值为VΔ2、第三阈值为VΔ3，且VΔ1<VΔ2<VΔ3，若VΔ≤VΔ1，则多电堆燃料电池系统工作在正常状态，根据既定的控制策略结合输出总电流传感器的电流值IT控制氢气尾气电磁阀开通的间隔时间、尾气电磁阀开通的持续时间以及空压机的转速；若VΔ1＜VΔ≤VΔ2、VΔ2＜VΔ≤VΔ3、VΔ3＜VΔ，则多电堆燃料电池系统分别工作在轻度异常、中度异常、重度异常状态，根据既定的控制策略自适应地调节氢气尾气电磁阀开通的间隔时间、氢气尾气电磁阀开通的持续时间以及空压机的转速处于对应的档位。
在上述不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统排气控制方法中，步骤3的实现包括以下步骤；
步骤3.1、若VΔ≤VΔ1，当IT＜62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使其每间隔12秒开通持续0.2秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得41m3/h≤Fair＜55m3/h，依此步骤，当62A≤IT＜94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通持续0.2秒，控制空压机转速使得55m3/h≤Fair＜86m3/h，当94A≤IT＜156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得86m3/h≤Fair＜95m3/h，当156A≤IT＜187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得95m3/h≤Fair＜110m3/h，当187A≤IT＜218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得110m3/h≤Fair＜126m3/h，当218A≤IT＜250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得126m3/h≤Fair＜141m3/h，当250A≤IT＜281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得141m3/h≤Fair＜156m3/h，当281A≤IT＜312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得156m3/h≤Fair＜205m3/h，当312A≤IT＜406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得205m3/h≤Fair＜221m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得Fair≥221m3/h；
步骤3.2、若VΔ1＜VΔ≤VΔ2，多电堆燃料电池系统工作在轻度异常状态，结合电流传感器电流IT的值，针对步骤2控制策略调整如下：当IT＜62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使得氢气尾气电磁阀每间隔12秒开通持续0.3秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得45m3/h≤Fair＜59m3/h，依此步骤，当62A≤IT＜94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通0.3秒，控制空压机转速使得59m3/h≤Fair＜90m3/h，当94A≤IT＜156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通0.4秒，控制空压机转速使得90m3/h≤Fair＜99m3/h，当156A≤IT＜187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得99m3/h≤Fair＜114m3/h，当187A≤IT＜218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得114m3/h≤Fair＜130m3/h，当218A≤IT＜250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得130m3/h≤Fair＜145m3/h，当250A≤IT＜281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得145m3/h≤Fair＜161m3/h，当281A≤IT＜312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得161m3/h≤Fair＜209m3/h，当312A≤IT＜406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得209m3/h≤Fair＜225m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得Fair≥225m3/h；
步骤3.3、若VΔ2＜VΔ≤VΔ3，多电堆燃料电池系统工作在中度异常状态；结合电流传感器电流IT的值针对步骤2所述的控制策略调整如下：当IT＜62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使得氢气尾气电磁阀每间隔12秒开通持续0.4秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得48m3/h≤Fair＜62m3/h，依此步骤，当62A≤IT＜94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得62m3/h≤Fair＜93m3/h，当94A≤IT＜156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得93m3/h≤Fair＜102m3/h当156A≤IT＜187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得102m3/h≤Fair＜117m3/h，当187A≤IT＜218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得117m3/h≤Fair＜133m3/h，当218A≤IT＜250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得133m3/h≤Fair＜148m3/h，当250A≤IT＜281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得148m3/h≤Fair＜163m3/h，当281A≤IT＜312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得163m3/h≤Fair＜212m3/h，当312A≤IT＜406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得212m3/h≤Fair＜228m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得Fair≥228m3/h；
步骤3.4、若VΔ3＜VΔ，多电堆燃料电池工作在重度异常状态；结合电流传感器电流IT的值针对步骤2所述的控制策略调整如下：当IT＜62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使得氢气尾气电磁阀每间隔11秒开通持续0.5秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得51m3/h≤Fair＜65m3/h，依此步骤，当62A≤IT＜94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得65m3/h≤Fair＜96m3/h，当94A≤IT＜156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得96m3/h≤Fair＜105m3/h，当156A≤IT＜187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得105m3/h≤Fair＜120m3/h，当187A≤IT＜218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得120m3/h≤Fair＜136m3/h，当218A≤IT＜250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得136m3/h≤Fair＜151m3/h，当250A≤IT＜281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得151m3/h≤Fair＜166m3/h，当281A≤IT＜312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得166m3/h≤Fair＜215m3/h，当312A≤IT＜406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔3秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得215m3/h≤Fair＜231m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔3秒开通持续0.8秒，控制空压机转速使得Fair≥231m3/h。
在上述不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统排气控制方法中，每个电堆的输出电流范围是0-410A。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：不需要利用高精度和高成本的多电堆燃料电池单片电压巡检设备检测燃料电池单片电压，而是结合工程经验和专家知识，通过测量不同电堆之间的电压差值和串联电堆的总电流来估算其内部含水量，调整氢气尾气电磁阀的排气速率，在保证多电堆燃料电池稳定可靠运行的同时，降低了燃料电池性能的衰减，同时也降低了多电堆燃料电池系统单片电压的检测成本，简化了线束连接结构，通过简单精准的控制排气量和空气供给量，提高了燃料电池系统的氢气利用率，克服了多个电堆内部堵水和气路不畅通的问题，能够保证燃料电池系统工作时多个电堆输出电压的一致性。
附图说明
图1为本发明一个实施例多电堆燃料电池系统结构示意图；
图2为本发明一个实施例不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池排气控制方法流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施例不依赖单片电压巡检装置对各个单片电池进行电压检测，降低了多电堆燃料电池系统单片电压的检测成本，简化了线束连接结构，通过简单精准的控制排气量和空气供给量，提高了燃料电池系统的氢气利用率，克服了多个电堆内部堵水和气路不畅通的问题，可以保证燃料电池系统工作时多个电堆输出电压的一致性。
如图1所示，一种不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统，包括多个燃料电池堆、氢气供给系统、空气供给系统、冷却液系统和燃料电池控制器；氢气供给系统中，各燃料电池堆氢气入口并联连接，各燃料电池堆的氢气出口并联连接后与气液分离器的入口相连；空气供给系统中各燃料电池堆的空气入口并联连接，各燃料电池堆的空气出口并联连接后与加湿器相连；冷却液系统中，各燃料电池堆的冷却液入口并联连接，各燃料电池堆的冷却液出口并联连接后与冷却液循环泵入口相连；各燃料电池堆电压串联连接。燃料电池控制器通过采集多电堆燃料电池系统各个电堆电压，比较最高电堆电压与最低电堆电压获得多电堆燃料电池系统的最大电堆电压差值，结合系统的输出总电流值，分区间调节氢气尾气电磁阀开通的间隔时间和持续时间，以及空压机的转速，实现燃料电池系统多个电堆的性能均衡。
如图2所示，一种不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统排气控制方法，采集多电堆燃料电池系统的各个数据，比较燃料电池系统多个电堆之间的电压差值，结合采集的燃料电池系统总电流值，自适应的调节氢气尾气电磁阀开通的间隔时间、氢气尾气电磁阀开通的持续时间以及空压机的转速，实现燃料电池系统多个电堆的电压均衡控制和水热平衡。
一种不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统排气控制方法，排气控制方法如下：
1)采集数据
采集多电堆燃料电池系统进入运行状态时各个电堆的输出电压值、空气流量传感器的流量值Fair和输出总电流传感器的电流值IT；
2)计算最大电压差值
将输出电压值最大的电堆电压传感器的电压Vmax和输出电压值最小的电堆电压传感器的电压Vmin进行比较，计算出多个电堆的最大电压差值为：VΔ＝|Vmax-Vmin|；
3)根据步骤2)计算出的最大电压差值VΔ，若VΔ小于等于设定的最小阈值VΔ1，则判断多电堆燃料电池系统工作在正常状态，此时根据既定的控制策略结合输出总电流传感器的电流值IT控制氢气尾气电磁阀开通的间隔时间、尾气电磁阀开通的持续时间以及空压机的转速；否则，当VΔ处于最小阈值VΔ1、第二阈值VΔ2和第三阈值VΔ3不同的区间VΔ1＜VΔ≤VΔ2、VΔ2＜VΔ≤VΔ3、VΔ3＜VΔ时(VΔ1<VΔ2<VΔ3)，多电堆燃料电池系统分别工作在轻度异常、中度异常、重度异常状态，根据既定的控制策略自适应地调节氢气尾气电磁阀开通的间隔时间、尾气电磁阀开通的持续时间以及空压机的转速处于对应的档位。
如图1、图2所示，步骤3)中，若VΔ≤VΔ1，当IT＜62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使其每间隔12秒开通持续0.2秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得41m3/h≤Fair＜55m3/h，依此步骤，当62A≤IT＜94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通持续0.2秒，控制空压机转速使得55m3/h≤Fair＜86m3/h，当94A≤IT＜156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得86m3/h≤Fair＜95m3/h，当156A≤IT＜187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得95m3/h≤Fair＜110m3/h，当187A≤IT＜218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得110m3/h≤Fair＜126m3/h，当218A≤IT＜250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得126m3/h≤Fair＜141m3/h，当250A≤IT＜281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得141m3/h≤Fair＜156m3/h，当281A≤IT＜312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得156m3/h≤Fair＜205m3/h，当312A≤IT＜406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得205m3/h≤Fair＜221m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得Fair≥221m3/h。
如图1、图2所示，步骤3)中，若VΔ1＜VΔ≤VΔ2，则判断多电堆燃料电池系统工作在轻度异常状态，此时结合电流传感器电流IT的值，针对步骤2控制策略调整如下：当IT＜62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使得氢气尾气电磁阀每间隔12秒开通持续0.3秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得45m3/h≤Fair＜59m3/h，依此步骤，当62A≤IT＜94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通0.3秒，控制空压机转速使得59m3/h≤Fair＜90m3/h，当94A≤IT＜156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通0.4秒，控制空压机转速使得90m3/h≤Fair＜99m3/h，当156A≤IT＜187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得99m3/h≤Fair＜114m3/h，当187A≤IT＜218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得114m3/h≤Fair＜130m3/h，当218A≤IT＜250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得130m3/h≤Fair＜145m3/h，当250A≤IT＜281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得145m3/h≤Fair＜161m3/h，当281A≤IT＜312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得161m3/h≤Fair＜209m3/h，当312A≤IT＜406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得209m3/h≤Fair＜225m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得Fair≥225m3/h。
如图1、图2所示，步骤3)中，若VΔ2＜VΔ≤VΔ3，则判断多电堆燃料电池系统工作在中度异常状态，此时结合电流传感器电流IT的值针对步骤2控制策略调整如下：当IT＜62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使得氢气尾气电磁阀每间隔12秒开通持续0.4秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得48m3/h≤Fair＜62m3/h，依此步骤，当62A≤IT＜94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得62m3/h≤Fair＜93m3/h，当94A≤IT＜156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得93m3/h≤Fair＜102m3/h当156A≤IT＜187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得102m3/h≤Fair＜117m3/h，当187A≤IT＜218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得117m3/h≤Fair＜133m3/h，当218A≤IT＜250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得133m3/h≤Fair＜148m3/h，当250A≤IT＜281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得148m3/h≤Fair＜163m3/h，当281A≤IT＜312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得163m3/h≤Fair＜212m3/h，当312A≤IT＜406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得212m3/h≤Fair＜228m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得Fair≥228m3/h；
如图1、图2所示，步骤3)中，若VΔ3＜VΔ时，则判断多电堆燃料电池工作在重度异常状态，此时结合电流传感器电流IT的值针对步骤2控制策略调整如下：当IT＜62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使得氢气尾气电磁阀每间隔11秒开通持续0.5秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得51m3/h≤Fair＜65m3/h，依此步骤，当62A≤IT＜94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得65m3/h≤Fair＜96m3/h，当94A≤IT＜156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得96m3/h≤Fair＜105m3/h，当156A≤IT＜187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得105m3/h≤Fair＜120m3/h，当187A≤IT＜218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得120m3/h≤Fair＜136m3/h，当218A≤IT＜250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得136m3/h≤Fair＜151m3/h，当250A≤IT＜281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得151m3/h≤Fair＜166m3/h，当281A≤IT＜312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得166m3/h≤Fair＜215m3/h，当312A≤IT＜406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔3秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得215m3/h≤Fair＜231m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔3秒开通持续0.8秒，控制空压机转速使得Fair≥231m3/h。
而且，步骤3)所述多电堆燃料电池系统的每个电堆的输出电流范围为0-410A。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统，包括多个燃料电池堆、氢气供给系统、空气供给系统、冷却液系统和燃料电池控制器；燃料电池控制器通过采集多电堆燃料电池系统各个电堆电压，比较最高电堆电压与最低电堆电压获得多电堆燃料电池系统的最大电堆电压差值，结合系统的输出总电流值，分区间调节氢气尾气电磁阀开通的间隔时间和持续时间，以及空压机的转速，实现燃料电池系统多个电堆的性能均衡；其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、采集数据；采集多电堆燃料电池系统进入运行状态时各个电堆的输出电压值、空气流量传感器的流量值Fair和输出总电流传感器的电流值IT；
步骤2、比较燃料电池系统多个电堆之间的电压差值；将输出电压值最大的电堆电压传感器的电压Vmax和输出电压值最小的电堆电压传感器的电压Vmin进行比较，计算出多个电堆的最大电压差值为：VΔ＝|Vmax-Vmin|；
步骤3、根据步骤2计算出的最大电压差值VΔ，结合采集的燃料电池系统总电流值，自适应的调节氢气尾气电磁阀开通的间隔时间、氢气尾气电磁阀开通的持续时间以及空压机的转速，实现电压均衡控制和水热平衡；设定最小阈值为VΔ1，第二阈值为VΔ2、第三阈值为VΔ3，且VΔ1<VΔ2<VΔ3，若VΔ≤VΔ1，则多电堆燃料电池系统工作在正常状态，根据既定的控制策略结合输出总电流传感器的电流值IT控制氢气尾气电磁阀开通的间隔时间、尾气电磁阀开通的持续时间以及空压机的转速；若VΔ1<VΔ≤VΔ2、VΔ2<VΔ≤VΔ3、VΔ3<VΔ，则多电堆燃料电池系统分别工作在轻度异常、中度异常、重度异常状态，根据既定的控制策略自适应地调节氢气尾气电磁阀开通的间隔时间、氢气尾气电磁阀开通的持续时间以及空压机的转速处于对应的档位；步骤3的实现包括以下步骤；
步骤3.1、若VΔ≤VΔ1，当IT<62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使其每间隔12秒开通持续0.2秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得41m3/h≤Fair＜55m3/h，依此步骤，当62A≤IT<94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通持续0.2秒，控制空压机转速使得55m3/h≤Fair＜86m3/h，当94A≤IT<156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得86m3/h≤Fair＜95m3/h，当156A≤IT<187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得95m3/h≤Fair＜110m3/h，当187A≤IT<218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得110m3/h≤Fair＜126m3/h，当218A≤IT<250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得126m3/h≤Fair＜141m3/h，当250A≤IT<281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.3秒，控制空压机转速使得141m3/h≤Fair＜156m3/h，当281A≤IT<312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得156m3/h≤Fair＜205m3/h，当312A≤IT<406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得205m3/h≤Fair＜221m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得Fair≥221m3/h；
步骤3.2、若VΔ1<VΔ≤VΔ2，多电堆燃料电池系统工作在轻度异常状态，结合电流传感器电流IT的值，针对步骤2控制策略调整如下：当IT<62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使得氢气尾气电磁阀每间隔12秒开通持续0.3秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得45m3/h≤Fair＜59m3/h，依此步骤，当62A≤IT<94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通0.3秒，控制空压机转速使得59m3/h≤Fair＜90m3/h，当94A≤IT<156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通0.4秒，控制空压机转速使得90m3/h≤Fair＜99m3/h，当156A≤IT<187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得99m3/h≤Fair＜114m3/h，当187A≤IT<218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得114m3/h≤Fair＜130m3/h，当218A≤IT<250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得130m3/h≤Fair＜145m3/h，当250A≤IT<281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得145m3/h≤Fair＜161m3/h，当281A≤IT<312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得161m3/h≤Fair＜209m3/h，当312A≤IT<406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得209m3/h≤Fair＜225m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得Fair≥225m3/h；
步骤3.3、若VΔ2<VΔ≤VΔ3，多电堆燃料电池系统工作在中度异常状态；结合电流传感器电流IT的值针对步骤2所述的控制策略调整如下：当IT<62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使得氢气尾气电磁阀每间隔12秒开通持续0.4秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得48m3/h≤Fair＜62m3/h，依此步骤，当62A≤IT<94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通持续0.4秒，控制空压机转速使得62m3/h≤Fair＜93m3/h，当94A≤IT<156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得93m3/h≤Fair＜102m3/h当156A≤IT<187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得102m3/h≤Fair＜117m3/h，当187A≤IT<218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得117m3/h≤Fair＜133m3/h，当218A≤IT<250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得133m3/h≤Fair＜148m3/h，当250A≤IT<281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得148m3/h≤Fair＜163m3/h，当281A≤IT<312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得163m3/h≤Fair＜212m3/h，当312A≤IT<406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得212m3/h≤Fair＜228m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得Fair≥228m3/h；
步骤3.4、若VΔ3<VΔ，多电堆燃料电池工作在重度异常状态；结合电流传感器电流IT的值针对步骤2所述的控制策略调整如下：当IT<62A时燃料电池控制器向氢气尾气电磁阀发送目标排气控制命令，使得氢气尾气电磁阀每间隔11秒开通持续0.5秒，燃料电池控制器向空压机发送目标转速控制命令，使得51m3/h≤Fair＜65m3/h，依此步骤，当62A≤IT<94A时控制氢气尾气电磁阀每间隔10秒开通持续0.5秒，控制空压机转速使得65m3/h≤Fair＜96m3/h，当94A≤IT<156A时控制氢气尾气电磁阀每间隔8秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得96m3/h≤Fair＜105m3/h，当156A≤IT<187A时控制氢气尾气电磁阀每间隔7秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得105m3/h≤Fair＜120m3/h，当187A≤IT<218A时控制氢气尾气电磁阀每间隔6秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得120m3/h≤Fair＜136m3/h，当218A≤IT<250A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.6秒，控制空压机转速使得136m3/h≤Fair＜151m3/h，当250A≤IT<281A时控制氢气尾气电磁阀每间隔5秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得151m3/h≤Fair＜166m3/h，当281A≤IT<312A时控制氢气尾气电磁阀每间隔4秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得166m3/h≤Fair＜215m3/h，当312A≤IT<406A时控制氢气尾气电磁阀每间隔3秒开通持续0.7秒，控制空压机转速使得215m3/h≤Fair＜231m3/h，当406A≤IT时控制氢气尾气电磁阀每间隔3秒开通持续0.8秒，控制空压机转速使得Fair≥231m3/h；每个电堆的输出电流范围是0-410A。
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