[發明專利]一種燃料電池系統氫噴控制方法

在審

• 申請號: 202110604026.7
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN115483410A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 曹卓濤;周智明;李維國
• 申請（專利權）人: 宇通客車股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/0438;H01M8/04537;H01M8/04746;H01M8/04992
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 吳敏

本發明提供了一種燃料電池系統氫噴控制方法，屬于燃料電池系統技術領域。該方法先根據目標氫氣進氣壓力P1與實際氫氣進氣壓力P2之間的壓差，控制調節主氫噴占空比，使P2接近P1；然后，將燃料電池系統當前時刻的實際氫氣壓力控制精度ΔP2與目標氫氣壓力控制精度ΔP1作比較，根據比較結果對應調整主氫噴的氫噴頻率，使|ΔP2?ΔP1|≤第一設定值。本發明在尾排閥處于關閉狀態時，控制輔氫噴關閉，只通過控制主氫噴提供燃料電池反應所需氫氣進氣壓力，并且主氫噴的控制過程分為兩步，第一步為初步調節使P2接近P1，在此基礎上，進行第二步精細調節，使|ΔP2?ΔP1|≤第一設定值。這種控制方法能在提高氫氣進氣壓力控制精度的同時，將氫噴壽命最大化。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池系統氫噴控制方法，屬于燃料電池系統技術領域。

背景技術

燃料電池系統主要包含氫氣供應系統、空氣供應系統、冷卻系統、電堆等零件，氫氣供應系統提供反應所需氫氣，空氣供應系統提供反應所需空氣，氫氣和空氣在燃料電池電堆內部發生反應產生電能。燃料電池反應需要一定的氫氣流量及維持一定的壓力，因此氫氣供應系統需要具備調節氫氣流量及壓力的功能。氫噴因具備響應快、流量穩定等優點，被廣泛用作燃料電池系統氫氣供應零件。

燃料電池發生反應時氫氣壓力需維持在一定范圍內，同時氫氣、空氣壓差也需要維持在一定范圍內，反應氣體壓力波動大或者氫空壓差過大均會對燃料電池膜電極造成機械損傷，影響燃料電池電堆壽命。

公布號為CN110957508A的中國發明專利申請文件中，公開了一種燃料電池供氫控制系統及控制方法，該供氫控制系統包括并聯的補償閥和N個噴氫閥(N≥2)，補償閥作為平衡氫壓的輔助閥(即輔氫噴)，噴氫閥作為主要噴氫的電磁閥(即主氫噴)，在尾排閥未開啟時通過調節N個噴氫閥滿足系統氫壓需求，在尾排閥開啟時啟動補償閥維持氫壓穩定。但該方法存在以下缺點：(1)在尾排閥關閉時，僅通過比較入堆實際氫壓值和目標氫壓值的大小來對N個噴氫閥的工作參數進行調節，氫氣壓力控制精度不高；(2)在尾排閥開啟時，補償閥的工作周期及開啟時間根據尾排閥的驅動周期及占空比計算得到，也就是說，該專利根據尾排閥的驅動周期及占空比計算尾排閥開啟時損失的氫氣流量，進而確定補償閥提供的前饋補償流量，但是這種方法沒有考慮尾排閥動作延時，只有在尾排閥完全開啟時才有效，在尾排閥開啟過程中或者關閉過程中的計算精度較差，會導致確定的前饋補償流量不準確，導致氫氣壓力控制精度較差。

公布號為CN110797558A的中國發明專利申請文件中，公開了一種燃料電池堆用氫氣噴射閥瞬態前饋控制方法，該方法在尾排閥動作時，通過在噴射流量中增加前饋補償流量，彌補尾排閥開啟時的流量損失，維持氫氣壓力。此方法的前饋補償流量采取一段延時后的梯形曲線模擬得到，也就是說，該專利將一段延時后的梯形曲線作為尾排閥開啟時損失的氫氣流量曲線，雖然考慮了尾排閥動作延時，但是僅根據尾排閥動作延時來確定尾排閥開啟時損失的氫氣流量顯然也是不準確的，同樣也會導致確定的前饋補償流量不準確，導致氫氣壓力控制精度較差，并且在尾排閥動作時，所有氫噴均在跟隨動作，對氫噴壽命有一定影響。

綜上所述，目前燃料電池系統氫氣壓力控制精度較差，主要體現在：(1)尾排閥不動作時，主氫噴的控制精度較差，導致氫氣壓力控制精度較差；(2)尾排閥動作時，尾排閥開啟時損失的氫氣流量計算不準確，導致確定的前饋補償流量不準確，進而導致氫氣壓力控制精度較差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種燃料電池系統氫噴控制方法，能夠提高尾排閥不動作時主氫噴的控制精度，進而提高氫氣壓力控制精度。

為了實現上述目的，本發明提供了一種燃料電池系統氫噴控制方法，該方法包括以下步驟：

檢測燃料電池系統的尾排閥狀態，當尾排閥處于關閉狀態時，控制輔氫噴關閉，主氫噴的控制過程為：

(1)實時獲取燃料電池系統當前時刻的電流密度、實際氫氣進氣壓力P2和氫氣壓力目標控制精度ΔP1；