[發(fā)明專利]一種燃料電池發(fā)動機(jī)空壓控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910618095.6
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110165255B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐廷江;劉嫚麗;熊云;張華農(nóng);江洪春;董志亮;于強(qiáng);秦連慶
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢雄韜氫雄燃料電池科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0438
• 分類號: H01M8/0438;H01M8/04746;H01M8/04992;H01M8/04089
• 代理公司: 北京匯信合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11335
• 代理人: 寇俊波

本發(fā)明公開了一種燃料電池發(fā)動機(jī)空壓控制系統(tǒng)及方法，包括空氣供給模塊和壓力控制模塊，空氣供給模塊包括依次相連的空壓機(jī)、加濕器、燃料電池電堆、背壓閥和汽水分離器，壓力控制模塊包括依次串接的壓力傳感器、信號采樣電路、濾波電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路和控制器，壓力傳感器為電流型傳感器，設(shè)于燃料電池電堆的空氣入口處，壓力傳感器采集的電流信號依次經(jīng)過信號采樣電路、濾波電路和模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路后傳輸至控制器處理，控制器分別與空壓機(jī)和背壓閥通訊連接。通過對空壓機(jī)轉(zhuǎn)速和背壓閥開度的聯(lián)合調(diào)節(jié)，及背壓閥的PID閉環(huán)控制，使得燃料電池電堆入口處壓力值與系統(tǒng)所需壓力設(shè)定值偏差減小，進(jìn)而使的系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池發(fā)電裝置領(lǐng)域，具體涉及一種燃料電池發(fā)動機(jī)空壓控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

燃料電池是一種將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，膜電極是燃料電池發(fā)動機(jī)的核心，在膜電極的陽極，氫氣穿透多孔性材料，在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，變?yōu)閹д姷碾x子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端陰極，在膜電極的陰極，氧氣通過穿透多孔性材料，在催化劑表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子，在陰極端的形成的負(fù)離子和陽極端遷移過來的正離子發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)生成水。膜電極兩端用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)過程中生成的電子，通過外電路引出，構(gòu)成電路回路。

為了保證燃料電池電堆中的化學(xué)反應(yīng)能夠連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，系統(tǒng)需能連續(xù)向電堆提供一定壓力和流量的空氣，而燃料電池發(fā)動機(jī)控制的核心是控制和氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)條件，產(chǎn)生電能，為了保證燃料電池發(fā)動機(jī)的安全穩(wěn)定氧氣運(yùn)行，氧氣壓力的精準(zhǔn)控制就顯得尤為重要。

現(xiàn)有技術(shù)尚存在一些不足：目前氧氣壓力的控制都是開環(huán)控制，開環(huán)控制實(shí)際值與理想值有較大偏差；且不能實(shí)時快速響應(yīng)系統(tǒng)所需氧氣壓力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種燃料電池發(fā)動機(jī)空壓控制系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制氧氣壓力，減小實(shí)際值與理想值的偏差，提高對氧氣壓力控制的精度，同時能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)所需的氧氣壓力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種燃料電池發(fā)動機(jī)空壓控制系統(tǒng)，包括空氣供給模塊和壓力控制模塊，所述空氣供給模塊包括依次相連的空壓機(jī)、加濕器、燃料電池電堆、背壓閥和汽水分離器，所述壓力控制模塊包括依次串接的壓力傳感器、信號采樣電路、濾波電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路和控制器，所述壓力傳感器為電流型傳感器，設(shè)于燃料電池電堆的空氣入口處，壓力傳感器采集的電流信號依次經(jīng)過信號采樣電路、濾波電路和模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路后傳輸至控制器處理，控制器分別與空壓機(jī)和背壓閥通訊連接，用于控制空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速及背壓閥的開度。

作為上述方案的優(yōu)選，所述控制器內(nèi)寫有PID控制程序，控制器根據(jù)目標(biāo)空氣壓力值調(diào)整空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后通過壓力傳感器采集的壓力信號進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，生成PID調(diào)節(jié)后的指令，并將該指發(fā)送給背壓閥。

作為上述方案的優(yōu)選，所述控制器通過CAN通信總線分別與空壓機(jī)和背壓閥通訊連接。

一種燃料電池發(fā)動機(jī)空壓控制方法，包括以下步驟：

S1、啟動空氣供給模塊，使得空氣能夠依次進(jìn)入空壓機(jī)、加濕器、燃料電池電堆，并在燃料電池電堆中與氫氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能；

S2、控制器根據(jù)當(dāng)前所需的目標(biāo)空氣壓力值，對照設(shè)置在空壓機(jī)上的空壓機(jī)轉(zhuǎn)速表通過CAN通信將空壓機(jī)調(diào)節(jié)至合適轉(zhuǎn)速；

S3、壓力傳感器將采集到的當(dāng)前燃料電池電堆入口壓力值傳輸至控制器，控制器根據(jù)壓力傳感器傳輸來的壓力信息進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，增大或減小背壓閥的開度。

作為上述方案的優(yōu)選，在步驟S3中，控制器對壓力傳感器傳送來的壓力信號進(jìn)行分析和計(jì)算，經(jīng)由計(jì)算燃料電池電堆入口實(shí)際空氣壓力值與目標(biāo)空氣壓力值之差，根據(jù)差值通過PID控制程序生成開度控制指令，并將指令發(fā)送給背壓閥，進(jìn)而控制實(shí)際的燃料電池電堆入口空氣壓力與目標(biāo)空氣相壓力一致。