[发明专利]不依赖单片电压巡检的多电堆燃料电池系统及控制方法

权利要求书

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F_air和输出总电流传感器的电流值I_T；

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V_max和输出电压值最小的电堆电压传感器的电压V_min进行比较，计算出多个电堆的最大电压差值为：V_Δ＝|V_max-V_min|；

步骤3、根据步骤2计算出的最大电压差值V_Δ，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V_Δ1，第二阈值为V_Δ2、第三阈值为V_Δ3，且V_Δ1V_Δ2V_Δ3，若V_Δ≤V_Δ1，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I_T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V_Δ1V_Δ≤V_Δ2、V_Δ2V_Δ≤V_Δ3、V_Δ3V_Δ，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V_Δ≤V_Δ1，当I_T62A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≤F_air＜55m³/h，依此步骤，当62A≤I_T94A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≤F_air＜86m³/h，当94A≤I_T156A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≤F_air＜95m³/h，当156A≤I_T187A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≤F_air＜110m³/h，当187A≤I_T218A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≤F_air＜126m³/h，当218A≤I_T250A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≤F_air＜141m³/h，当250A≤I_T281A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≤F_air＜156m³/h，当281A≤I_T312A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≤F_air＜205m³/h，当312A≤I_T406A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≤F_air＜221m³/h，当406A≤I_T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F_air≥221m³/h；

步骤3.2、若V_Δ1V_Δ≤V_Δ2，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I_T的值，针对步骤2控制策略调整如下：当I_T62A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≤F_air＜59m³/h，依此步骤，当62A≤I_T94A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≤F_air＜90m³/h，当94A≤I_T156A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≤F_air＜99m³/h，当156A≤I_T187A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≤F_air＜114m³/h，当187A≤I_T218A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≤F_air＜130m³/h，当218A≤I_T250A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≤F_air＜145m³/h，当250A≤I_T281A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≤F_air＜161m³/h，当281A≤I_T312A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≤F_air＜209m³/h，当312A≤I_T406A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≤F_air＜225m³/h，当406A≤I_T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F_air≥225m³/h；

步骤3.3、若V_Δ2V_Δ≤V_Δ3，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I_T的值针对步骤2所述的控制策略调整如下：当I_T62A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≤F_air＜62m³/h，依此步骤，当62A≤I_T94A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≤F_air＜93m³/h，当94A≤I_T156A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≤F_air＜102m³/h当156A≤I_T187A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≤F_air＜117m³/h，当187A≤I_T218A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≤F_air＜133m³/h，当218A≤I_T250A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≤F_air＜148m³/h，当250A≤I_T281A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≤F_air＜163m³/h，当281A≤I_T312A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≤F_air＜212m³/h，当312A≤I_T406A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≤F_air＜228m³/h，当406A≤I_T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F_air≥228m³/h；

步骤3.4、若V_Δ3V_Δ，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I_T的值针对步骤2所述的控制策略调整如下：当I_T62A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≤F_air＜65m³/h，依此步骤，当62A≤I_T94A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≤F_air＜96m³/h，当94A≤I_T156A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≤F_air＜105m³/h，当156A≤I_T187A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≤F_air＜120m³/h，当187A≤I_T218A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≤F_air＜136m³/h，当218A≤I_T250A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≤F_air＜151m³/h，当250A≤I_T281A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≤F_air＜166m³/h，当281A≤I_T312A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≤F_air＜215m³/h，当312A≤I_T406A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≤F_air＜231m³/h，当406A≤I_T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F_air≥231m³/h；每个电堆的输出电流范围是0-410A。