[發明專利]一種新型燃料電池汽車的氣體流量控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 202011132863.6
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112259761B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 武志濤;魏東;王介生;蘇曉英;蔡昌友
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04313;H01M8/04537;H01M8/04746;H01M8/04992;B60L3/00;B60L58/30;G01R15/20;G01R19/00;G01R31/34;G01R31/378;G01R31/3835
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

本發明提供了一種新型燃料電池汽車的氣體流量控制系統；所述氣體流量控制系統分為數據采集、數據處理、機械控制三大部分；所述數據采集部分由轉速傳感器、電流傳感器和電壓傳感器組成，用于采集輪轂電機的轉速、電流以及燃料電池的電壓；所述數據處理部分為PLC控制器，用于數據處理與控制，將采集信號進行數值分析并將控制信號送入電動控制部件；所述電氣控制部分包括第一調節器、第二調節器，用于根據控制指令控制燃料電池的氣體流量，從而實現燃料電池氣體流量控制；該系統能夠根據燃料電池汽車動力輸出需要及時調整燃料電池輸出功率，大大提高了氣流流量控制精度和響應速度，降低了動力電池的功率調節需求，延長了燃料電池的使用壽命。

技術領域

本發明屬于自動控制領域，具體涉及一種新型燃料電池汽車的氣體流量控制系統及控制方法。

背景技術

氫燃料電池汽車利用氫氣和氧氣的電化學反應產生電能，從而驅動電機轉動，使電動汽車獲得運動動能。以質子交換膜燃料電池為例，將固體聚合物作為電解質膜，空氣作為氧化劑，氫氣作為燃料氣體，雙極板采用氣體流動通道的石墨或進行表面改性的金屬板。在陽極，氫氣在催化劑的作用下失去電子生成氫正離子(也叫做質子)，燃料電池的質子交換膜促進氫正離子從陽極轉移到陰極；在陰極，空氣中的氧氣在催化劑表面獲得電子，形成負離子，并與從陽極轉移到陰極的氫正離子發生化學反應，生成水，水通過氣體擴散層與殘余未發生反應的尾氣一并排出。因此，氫燃料電池在工作的時候，需要實時的按比例向燃料電池輸送氫氣和空氣(氧氣)，與此同時，排出反應生成的水，并根據燃料電池電能輸出需要進行燃料氣體和氧化劑氣體的輸送量調整，以提高燃料電池使用效率。

氫燃料電池控制系統需要陰極含氧量和陽極氫氣量精準配合。當整車需求功率跟隨外部環境變化時，氫燃料電池系統中燃料電池需求的空燃比也會發生跟隨性變化。氫氣供給系統中的電控調節閥控制進入燃料電池內的氫氣流量，若氫氣流量的控制精度差，燃料電池輸出功率將產生波動。如何及時調整送入燃料電池的氫氣、氧氣流量，實現燃料電池功率輸出的快速動態響應，根據氫燃料電池汽車的動力需求實施高效控制，是目前氫燃料電池汽車研究領域的一大熱點，對于氫能汽車的推廣應用具有重要意義。此外，高效可靠的燃料電池能夠減少動力電池功率補償需求，降低動力電池容量需求，減輕氫燃料電池汽車整備質量，對于氫能汽車的推廣應用具有重要意義。

發明內容

為了實現氫燃料電池汽車氣體流量的高效控制，解決現有技術的不足之處，本發明提供了一種新型的基于電流檢測的燃料電池汽車氣體流量控制系統及控制方法，以滿足氫燃料電池汽車發展趨勢。

本發明的技術方案如下：

一種新型燃料電池汽車的氣體流量控制系統；所述氣體流量控制系統包括輪轂電機Ⅰ、電機控制器Ⅰ、輪轂電機Ⅱ、電機控制器Ⅱ、轉速傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、PLC控制器、第一調節器、第二調節器、空壓機、氫壓機、燃料電池和動力電池；所述電流傳感器與所述輪轂電機Ⅰ、輪轂電機Ⅱ均進行電氣連接，用于采集其電流信號；所述轉速傳感器與所述輪轂電機Ⅰ進行電氣連接，用于采集轉速信號；所述電壓傳感器與所述燃料電池進行電氣連接，用于采集其電壓信號；所述PLC控制器與所述轉速傳感器、電流傳感器、電壓傳感器均進行電氣連接，用于進行數據處理和控制；所述第一調節器、第二調節器的一端與所述PLC控制器進行電氣連接，另一端與所述燃料電池連接，用于根據控制器指令控制所述燃料電池的氣體流量；所述空壓機與所述燃料電池連接，用于提供發電所需的空氣；所述氫壓機與所述燃料電池連接，用于提供發電所需的氫能；所述燃料電池與所述動力電池并聯連接，并分別通過所述電機控制器Ⅰ、電機控制器Ⅱ為所述輪轂電機Ⅰ、輪轂電機Ⅱ提供動力。