[發明專利]一種燃料電池系統內部參數計算方法

有效

• 申請號: 202110749023.2
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113254865B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 方川;趙興旺;丁鐵新;李文文;王肖奎
• 申請（專利權）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14;G06F30/20;H01M8/04992
• 代理公司: 北京共騰智慧專利代理事務所(普通合伙) 11608
• 代理人: 姚星

1.一種燃料電池系統內部參數計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S100：控制器給定氫噴不同占空比的擾動指令，使氫噴的入堆壓力和回流壓力均產生波動；

S200：基于氣體壓力波動頻譜的變化得出：引射器（1）回流流量與引射器（1）回流氫壓、引射器（1）入口氫壓、入堆氫壓及氣體壓力波動頻譜半徑的關系；

S300：基于上述的關系式及氣體壓力波動頻譜半徑計算得到實際引射器（1）回流流量；

S100的具體方法為：設P₁為引射器（1）出口壓力或入堆壓力，P₂為引射器（1）入口壓力或氫噴出口壓力，P₃為引射器（1）回流入口壓力，氫噴采用氫氣入堆壓力P₁為閉環控制目標，作為氫噴占空比調控的第一輸入源；按照預設周期Texcit產生一個均值為零、波峰和波谷幅值分別為?dexcit/2和-?dexcit/2、波峰和波谷各占Texcit/2時間的方波，作為氫噴占空比調控的第二輸入源；第一輸入源和第二輸入源疊加，作為氫噴實際控制占空比；

S200的具體方法包括：

S201：建立復數坐標系；

S202：將引射器（1）入口壓力波動矢量與“入堆氫氣壓力波動矢量和引射器（1）回流口壓力波動矢量之差”的矢量，這兩個矢量幅值在復數坐標系進行畫圖，以圓心為起點的不同頻率點對應矢量；

S203：計算圓心位置和半徑；

S201的具體方法為：

通過給定引射器（1）前端氫噴在同一工作點下時不同周期的擾動T，擾動后的引射器（1）入口壓力、入堆氫氣壓力、引射器（1）回流壓力均會產生相同的壓力波動，將三者壓力波動的圖形通過快速傅里葉變換的方式，將時域內壓力信號實數x(n)轉換為頻域內壓力信號復數X(k),波動幅值和相位，如下式所示，其中N、n分別為總采樣數、采樣編號，T_sample為采樣周期，j為虛部單位，基準頻率為1/N/T_sample，k為目標頻率與基準頻率的比值，

；

S202的具體方法為：

引射器（1）高壓腔壓力在穩態壓力P₂基礎上疊加一個周期為T_excit、幅值為?P₂、相位為φ₂的正弦波壓力波動，入堆氫氣壓力在穩態壓力P₁基礎上疊加一個周期為T_excit、幅值為?P₁、相位為φ₁的正弦波壓力波動，引射器（1）回流口壓力在穩態壓力P₃基礎上疊加一個周期為T_excit、幅值為?P₃、相位為φ₃的正弦波壓力波動，三個壓力波動之間，通過給定氫噴一個的擾動周期后得到?P₂、?P₁、?P₃、?P₁-?P₃、?P₂/(?P₁-?P₃)頻域內壓力的波動矢量變化值，引射器（1）入口壓力波動矢量與“入堆氫氣壓力波動矢量和引射器（1）回流口壓力波動矢量之差”的矢量，通過將上述矢量幅值在復數坐標系進行畫圖；

將上述矢量幅值在復數坐標系進行畫圖的具體方法為：在復數坐標系中A表示圓心位置，B為圓與實軸左側交點，C為圓與實軸右側交點，以圓心為起點的不同頻率點對應矢量，頻率從高到低對應的矢量端點分別是FZ₁、FZ₂、FZ₃、FZ₄；

引射器（1）入口壓力波動矢量與“入堆氫氣壓力波動矢量和引射器（1）回流口壓力波動矢量之差”的矢量，這兩個矢量在復數坐標系中保持平行，每個工況點下兩個矢量幅值之比固定；

S203的具體方法為：

設定n個擾動點矢量的端點坐標分別為（x₁,y₁），（x₂,y₂）…，（x_n-1,y_n-1），（x_n,y_n），設圓心位置為（z,0），圓半徑為r；每個矢量端點與圓心之間的距離平方、再與圓半徑平方作差，總誤差項為e；通過線性方程Y=aX+b的系數a、b，其中Y=y_i*y_i+x_i*x_i，X=2x_i，a=z，b=r²-z²，i是從1到n的正整數，采用最小二乘法擬合的方式求解系數，即可得到圓心位置和半徑；

e的計算公式如下式所示：

；

S300中的具體的計算方法為下式：

，

其中r_circle為氣體壓力波動頻譜半徑,無單位，Q_Tgt為電堆（2）當前工況下理論消耗氫流量,單位SLPM，Q_BackFlow為引射器（1）回流流量,單位SLPM，P_BackFlow為引射器（1）回流口壓力,單位kPa，P_InStack為入堆氫氣壓力,單位kPa，T_gas為氣體溫度,單位K，C為引射器（1）出口管路的流阻系數,單位SLPM/K。