[發明專利]一種車用PEMFC壓力控制系統

有效

• 申請號: 201110210365.3
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102324536A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 褚磊民;李志成;孫文凱;李傳海;由毅;丁勇;趙福全
• 申請（專利權）人: 浙江吉利汽車研究院有限公司;浙江吉利控股集團有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 臺州市方圓專利事務所 33107
• 代理人: 張智平

技術領域

本發明屬于汽車技術領域，涉及一種車用PEMFC壓力控制系統。

背景技術

PEMFC即質子交換膜燃料電池(proton?exchange?membrane?fuel?cell)的英文縮寫。PEMFC發電在原理上相當于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質子交換膜組成，陽極為氫燃料發生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，質子交換膜作為電解質。工作時相當于一直流電源，其陽極即電源負極，陰極為電源正極。質子交換膜燃料電池(PEMFC)以其發電過程不涉及氫氧燃燒，因而不受卡諾循環的限制，能量轉換率高；發電時不產生污染，發電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修方便，工作時也沒有噪音等優點，非常適宜用作車載動力源。

PID(比例-積分-微分)控制器作為最早實用化的控制器已有50多年歷史，現在仍然是應用最廣泛的工業控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。PID控制算法：被測參數(模擬量：溫度、壓力、流量)由傳感器變換成統一的標準信號后輸入調節器，在調節器中與給定值進行比較，再把比較后的差值經PID運算后送到執行機構，改變進給量，以達到自動調節的目的。

階段國內車用PEMFC壓力控制多采用氫氣和空氣單路獨立PID控制，經研究表明：當保持溫度和陰極進氣壓力基本恒定，僅提高陽極氫氣的壓力時，PEMFC的發電性能并沒有明顯的變化；當保持溫度和陽極進氣壓力基本恒定，提高陰極壓力時，電池的性能明顯改善。但是，考慮到質子交換膜的安全，陰極壓力只能略高于陽極壓力，一般不超過0.02MPa，而且兩側壓力控制不論在上升階段、穩態階段還是在下降階段，都要求保持同升和同降。根據PEMFC發電系統壓力的這一控制特性，提出一種控制算法實現兩側壓力的協調控制是非常重要的，但現有的車載PEMFC壓力控制系統普遍存在算法復雜、實時性較差等技術問題。

中國專利文獻公開了一種車用燃料電池發動機控制方法及裝置[申請號：CN200410061457.X]，其特征在于，其燃料電池發動機控制器是由氫氣供給系統，空氣供給和加濕系統，冷卻水循環系統，安全報警系統，通訊監控系統和控制器等，其中氫氣供給系統負責提供一定壓力和流量的氫氣，氫氣進入電堆后將在表面附有催化及的質子交換膜上與交換膜另一側的氧氣發生反應，產生電能，熱量和水。控制器根據實時采集的功率為依據，調節氫氣入口壓力，在保證氫氣供應量的同時，防止壓力過高，對電堆產生破壞。上述方案在一定程度上提高了車用PEMFC的性能，但是該發明沒有解決電堆兩側壓力的協調控制的問題。

發明內容

本發明針對現有的技術存在上述問題，提出了一種車用PEMFC壓力控制系統，該車用PEMFC壓力控制系統采用一種變輸入PID控制算法，實現陽極和陰極兩側壓力的協調控制。

本發明通過下列技術方案來實現：一種車用PEMFC壓力控制系統，設置于車用PEMFC壓力系統上，車用PEMFC壓力系統包括燃料電池堆、連接于燃料電池堆氫氣進出口的氫氣供氣裝置、連接于燃料電池堆空氣進出口的空氣供氣裝置，所述的PEMFC壓力控制系統包括用于控制上述氫氣供氣裝置的氫氣壓力控制電路和用于控制上述空氣供氣裝置的空氣壓力控制電路，在所述的氫氣進口和空氣進口分別設有氫氣壓力傳感器和空氣壓力傳感器，所述的空氣壓力控制電路包括空氣PID控制器和與空氣PID控制器輸入端連接的中間控制器，上述的氫氣壓力傳感器和空氣壓力傳感器均與中間控制器連接，所述空氣PID控制器與空氣供氣裝置連接，所述的中間控制器能夠對氫氣壓力傳感器和空氣壓力傳感器輸送來的壓力值進行差值計算并進行分析處理后輸出相應的控制信號給空氣PID控制器，所述的空氣PID控制器能夠根據上述的控制信號控制空氣供氣裝置進而控制燃料電池堆空氣進出口的流量。

該車用PEMFC壓力控制系統中氫氣供氣裝置和空氣供氣裝置能向燃料電池堆不斷的供應氣體并提供一定的壓力，在氫氣進口和空氣進口分別設有氫氣壓力傳感器和空氣壓力傳感器，用于檢測氫氣和氧氣輸入燃料電池堆產生的壓力，將檢測到的氣體壓力值分別傳給中間控制器，該中間控制器對檢測到的壓力值進行差值計算并進行分析判斷其壓力差值是否超出設定值，并輸出對應的控制信號給空氣PID控制器，空氣PID控制器則根據中間控制器輸出的相應控制信號控制空氣供氣裝置進而控制燃料電池堆空氣進口的流量，從而實現兩側氣體的協調控制。