[发明专利]燃料电池空气供给系统空气压力和空气流量综合控制方法

说明书

本发明提供一种燃料电池空气供给系统空气压力和空气流量综合控制方法，根据系统目标电流和环境温度得到空压机转速和背压节气门开度的预控值，并将预控值指令发送给执行部件空压机和背压节气门，同时得到当前目标电流下的入堆空气目标压力和入堆空气目标流量，根据空气路入堆实测压力和入堆实测流量与目标值进行比较得出压力偏差和流量偏差，计算空压机补偿转速和背压节气门的补偿开度，直到空气路实测压力和流量达到目标压力和流量误差范围内。判定燃料电池当前状态是否满足自学习要求，满足条件则计算当前工况点相邻的四个坐标点的空压机转速学习补偿值以及当前工况点相邻的四个坐标点的背压节气门开度补偿值，并更新空压机转速预控二维表。

技术领域

本发明涉及燃料电池控制技术领域，具体而言，尤其涉及一种燃料电池空气供给系统空气压力和空气流量综合控制方法。

背景技术

氢燃料电池是以氢气为燃料，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的发电装置，只需要提供所需的氢气和氧气，系统就能够持续性的供给能量。燃料电池系统具有能量转换效率高、零排放、无噪声等优点，在低温下具有良好的低温启动特性，非常适合为车辆提供动力。

车辆应用场景也对燃料电池系统提出了更高的要求，尤其是动态响应特性，要求燃料电池系统动力输出能够很好的跟随驾驶员意图。系统的动态响应特性很大程度取决于阳极氢气和阴极氧气的压力和流量跟随情况。阳极氢气压力是储氢罐的高压降压为低压，由比例阀或引射器控制，能够很快的跟随动态响应需求。而阴极空气的压力和流量是由空压机和背压节气门进行组合控制，空气压力和流量的变化本身就用一个延迟的过程，因此系统动态响应与阳极空气压力和流量的响应特性有很大关系。

为了保证燃料电池系统的使用寿命，避免出现欠气导致燃料电池系统损坏，一般燃料电池系统加载，首先是调节阴极的空气压力和流量，只有当空气流量满足对应工况点要求才会进行加载。提升空气系统的响应速度，才能保证燃料电池系统的动态输出响应特性。如何保证燃料电池系统动态响应过程中阴极空气的压力和流量能够快速的跟随工况点目标压力和目标流量是解决系统动态响应特性的关键。

影响空气压力和流量控制的主要因素如下：第一、一致性问题。由于生产制造的偏差或设计参数的调整，在一套空气供给系统中标定的预设参数，有可能不适用于另一套气体供应系统，需要重新标定，给技术人员增加了额外的工作量。第二、性能衰减问题。随着系统工作时间的增加，系统各组成部分状态将逐渐偏离原先标定的状态，标定的前馈控制量会逐渐产生偏差，控制效果将变差；第三、外界环境变化影响。车辆应用环境比较复杂，涉及到不同温度、不同海拔等场景的应用，这些对空气压力和流量控制都有影响。第四、空气供给系统为多输入多输出的复杂系统，各变量之间存在耦合，控制算法比较复杂。同时存在调节过程中出现超调和振荡问题。

为了保证空气供给系统的跟随和快速响应特性，目前有预控开环、预控加闭环、闭环控制阴极空气压力和流量的方式，前两种方式都需要提前将各工况点的空压机转速和出口电子节气门开度在台架上标定出来，运行时通过查表方式直接给出工况点的空压机转速和电子节气门开度，因此响应比较快。开环控制存在偏差大问题，零部件一致性以及运行一段时间后零部件状态发生改变，以及环境温度和大气压力都会引起偏差。预控加闭环可以解决这些偏差问题，由于存在偏差，闭环控制就需要时间去调节，而且存在超调和振荡问题。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种燃料电池空气供给系统空气压力和空气流量综合控制方法，用于解决目前燃料电池空气供给系统在动态响应过程中压力和流量的快速跟随慢问题，以及调节过程中超调和振荡问题，具体包括如下步骤：

获取当前燃料电池系统目标加载电流以及当前环境温度，根据目标电流和环境温度查询空压机转速预控二维表和背压节气门开度预控二维表，获得空压机预控转速和背压节气门预控开度指令并传送至空压机和背压节气门，控制空压机和节气门快速响应，减小压力和流量调节时间；