[發(fā)明專利]一種燃料電池陽極壓力控制方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410620407.4
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104409751A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鳳祥;俞陽;許思傳;劉士廣;倪淮生;章桐
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池堆控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種燃料電池陽極壓力控制方法及裝置。

背景技術(shù)

由于燃料電池本身的特殊性，在電堆陽極不僅需要期望的氫氣量，還需要可控的氫氣壓力，即對燃料電池陽極壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制。

現(xiàn)有的對燃料電池陽極壓力的控制多采用PWM信號動態(tài)調(diào)節(jié)比例閥，使流入電堆的氫氣流量動態(tài)變化，從而調(diào)節(jié)陽極壓力。該控制方式控制精度較差，且有一定的延時(shí)，導(dǎo)致快速性較差。同時(shí)，比例閥在這種工況下也會出現(xiàn)耐久性問題。

現(xiàn)有技術(shù)方案對噴軌噴嘴的調(diào)度相對簡單，如在某個(gè)流量下打開固定的噴嘴組合，使得在實(shí)際運(yùn)行中，一些噴嘴有常開現(xiàn)象，而另一些噴嘴卻較少開啟。常開的噴嘴可能因?yàn)殚L時(shí)間工作導(dǎo)致過熱而燒毀，或因?yàn)轭l繁開啟導(dǎo)致?lián)p壞，從而使整個(gè)電堆失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種燃料電池陽極壓力控制方法及裝置，保證燃料電池陽極壓力精準(zhǔn)可控，且提高控制的快速性，同時(shí)，通過行之有效的調(diào)度策略，使各噴嘴處于良好的工作情況，增強(qiáng)燃料電池的可靠性。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種燃料電池陽極壓力控制方法，包括以下步驟：

1)采集燃料電池堆的實(shí)時(shí)陽極壓力；

2)根據(jù)期望陽極壓力采用PID閉環(huán)控制獲取對應(yīng)的控制量；

3)根據(jù)控制量控制噴軌中各噴嘴的開啟狀態(tài)；

4)泄壓閥判斷噴軌輸出的氫氣壓力是否大于設(shè)定壓力，若是，則開啟泄壓閥直至氫氣壓力降到設(shè)定壓力；

5)經(jīng)壓力控制后的氫氣輸入燃料電池堆。

所述的步驟2)中，采用PID閉環(huán)控制獲取對應(yīng)的控制量的公式為：

d(t)=kpΔP+ki∫0tΔPdt+kddΔPdt]]>

其中，d為控制量，k_p、k_i、k_d分別為PID閉環(huán)控制的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，ΔP為實(shí)時(shí)陽極壓力與期望陽極壓力的偏差信號。

所述的步驟3)具體為：

31)對所述的控制量進(jìn)行整數(shù)化處理，轉(zhuǎn)化為噴軌中噴嘴的開啟個(gè)數(shù)n；

32)對噴軌中所有噴嘴進(jìn)行編號，根據(jù)步驟31)獲得的開啟個(gè)數(shù)n按設(shè)定調(diào)度策略獲得需要開啟或關(guān)閉的噴嘴的編號；

33)控制相應(yīng)噴嘴開啟或關(guān)閉。

所述的設(shè)定調(diào)度策略為采用循環(huán)化原則進(jìn)行各噴嘴的調(diào)度，具體為：

在每一控制周期內(nèi)，記錄所有噴嘴開啟的總次數(shù)，根據(jù)取余運(yùn)算獲取開啟或關(guān)閉的噴嘴編號，即通過循環(huán)的編號實(shí)現(xiàn)噴嘴的循環(huán)調(diào)度。

所述的設(shè)定調(diào)度策略為采用隨機(jī)分配原則進(jìn)行噴嘴的調(diào)度，具體為：

在每一控制周期內(nèi)，根據(jù)開啟個(gè)數(shù)n隨機(jī)選取所需數(shù)量的噴嘴開啟，其余噴嘴關(guān)閉，每次選取都在不包含已選編號的剩余編號中隨機(jī)抽取。

一種燃料電池陽極壓力控制裝置，包括PID控制器、噴軌、泄壓閥、燃料電池堆和燃料電池陽極壓力傳感器，所述的燃料電池堆、燃料電池陽極壓力傳感器、PID控制器、噴軌、泄壓閥、燃料電池堆依次連接，形成閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，所述的噴軌中設(shè)有多個(gè)噴嘴。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明能有效控制燃料電池陽極壓力，保證陽極壓力較高的控制精度，且控制快速性好，可靠度高，可行性好。

2、本發(fā)明采用PID閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對燃料電池陽極壓力變化的實(shí)時(shí)、快速地跟蹤響應(yīng)，提高控制的精度。

3、本發(fā)明通過控制噴軌上噴嘴的開閉個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)噴氫量的控制，實(shí)現(xiàn)燃料電池陽極壓力快速、可靠調(diào)節(jié)。