[發明專利]一種氫氧燃料電池發動機氫氣入堆壓力自適應控制方法

有效

• 申請號: 202211070219.X
• 申請日: 2022-09-02
• 公開（公告）號: CN115602880B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 朱維;謝佳平;孫合賓;匡金俊;杜道昶;王志超;張洪宇;楊楊
• 申請（專利權）人: 海卓動力（青島）能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04746
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 張曉艷

1.一種氫氧燃料電池發動機氫氣入堆壓力自適應控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S101、獲取CAN報文信息和采集傳感器數字信號；

通過CAN通信接收來自整車控制器的報文信息；采集燃料電池空氣側入堆壓力傳感器電壓信號和氫氣側入堆壓力傳感器電壓信號、供氫系統中壓壓力傳感器電壓信號、控制電源電壓信號以及排氫閥工作狀態信號；

步驟S201、對獲取的CAN報文信息進行解析獲取當前整車需求功率，對采集的傳感器數字信號進行數模轉換和信號濾波，獲取當前濾波后的空氣入堆壓力、實際氫氣入堆壓力、控制電源電壓、氫氣中壓壓力和排氫閥工作狀態；

步驟S301、計算目標氫氣入堆壓力；

步驟S401、計算步驟S301計算的目標氫氣壓力與步驟S201濾波后得到的實際氫氣入堆壓力的壓力偏差、壓力偏差的累積值及壓力偏差的變化率；將壓力偏差、壓力偏差的累積值及壓力偏差的變化率和排氫閥工作狀態輸入到氫氣入堆壓力控制算法模塊進行模糊邏輯控制輸出執行器的一級目標位置，并根據控制電源電壓狀態、氫氣中壓狀態進行修正補償執行器的最終目標位置；其中，壓力偏差＝目標氫氣入堆壓力-實際氫氣入堆壓力；

所述氫氣入堆壓力控制算法模塊包括模糊邏輯控制模塊、PID控制模塊和修正計算模塊；

所述模糊邏輯控制模塊以氫氣入堆目標壓力與實際氫氣入堆壓力的差值及變化率作為輸入，根據模糊邏輯控制規則計算出PID模塊的比例環節、積分環節和微分環節的參數修正系數；

所述PID控制模塊采取根據排氫閥工作狀態選用不同的PID參數組合，計算執行器的一級目標位置，計算執行器的一級目標位置時，PID控制模塊根據下式計算氫氣控制量：

其中，e(t)為氫氣入堆目標壓力減去氫氣入堆實際壓力所計算出的壓力偏差，Kp、Ki和Kd分別是PID控制模塊的比例環節、積分環節和微分環節的參數，Cp、Ci和Cd分別是模糊邏輯控制模塊計算出的PID控制模塊的比例環節、積分環節和微分環節的參數修正系數，u(t)為PID控制模塊的輸出量即執行器一級目標位置；

所述PID控制模塊的比例環節參數Kp、積分環節參數Ki和微分環節參數Kd在排氫閥開啟和關閉時采用兩組不同的參數，所述PID控制模塊中在排氫閥工作狀態由關閉向開啟切換時，Kp/Ki/Kd參數組合由組合一直接切換到組合二；在排氫閥由開啟向關閉切換時，Kp/Ki/Kd參數組合由組合二切換到組合一時的前500ms平滑過度，500ms之后直接切換到組合一；

所述修正計算模塊根據控制電源電壓和氫氣中壓壓力對PID控制模塊計算出的執行器一級目標位置進行修正，得到執行器的二級目標位置，二級目標位置即為執行器的最終目標位置；

步驟S501、基于步驟S401獲得的最終目標位置控制執行器動作到目標位置。

2.根據權利要求1所述的氫氧燃料電池發動機氫氣入堆壓力自適應控制方法，其特征在于：所述步驟S301中，計算目標氫氣入堆壓力時，具體采用以下方式：

(1)基于來自整車控制器的功率需求指令，根據電堆的工作特性和燃料電池系統加載速率或降載速率求解出目標電堆輸出電流；

(2)根據目標電堆輸出電流查取電流-空氣入堆壓力映射表獲取該目標電堆輸出電流下的目標空氣壓力，根據目標電堆輸出電流查取電流-氫空壓差映射表獲取電堆需求的氫空壓差，所述氫空壓差＝目標氫氣入堆壓力-空氣入堆壓力，根據當前空氣入堆壓力和氫空壓差計算出目標氫氣入堆壓力；

其中電流-空氣入堆壓力映射表和電流-氫空壓差映射表是根據電堆的工作條件進行標定；

(3)通過控制燃料電池的空氣入堆壓力和氫空壓差實現對燃料電池氫氣入堆壓力的控制，以實時控制電堆氫氣側和空氣側的壓力差。

3.根據權利要求1所述的氫氧燃料電池發動機氫氣入堆壓力自適應控制方法，其特征在于：所述模糊邏輯控制模塊的輸入隸屬度函數由三角分布描述，輸出隸屬度函數由高斯分布描述，采用重心法將模糊輸出轉換為精確輸出。