[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

本發明公開了一種氫氧燃料電池發動機氫氣入堆壓力自適應控制方法，包括：接收CAN報文信息和采集傳感器數字信號；并對CAN報文信息和傳感器數字信號進行數據處理，得到空氣入堆壓力、氫氣入堆壓力、控制電源電壓、氫氣中壓壓力的實際狀態；計算目標氫氣入堆壓力，然后得到目標氫氣壓力與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；基于氫氣入堆壓力控制算法模塊進行模糊邏輯控制計算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，指導執行器動作。本發明方法能夠有效改善燃料電池發動機的氫氣壓力偏差狀況，提高氫氣入堆壓力的控制精度。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種氫氧燃料電池發動機氫氣入堆壓力自適應控制方法。

背景技術

燃料電池汽車是當前新能源汽車的重要發展方向之一，因其具有無污染、效率高、加氫速度快等優點，被世界各國大力推展。氫氧燃料電池是以氫氣作為還原劑，氧氣或空氣作為氧化劑，通過氧化還原反應將化學能變為電能的電池，與原電池的工作原理大致相同。

在燃料電池發動機運行過程中，氫氣入堆壓力過低時會出現氫氣供應量不能滿足電堆輸出功率消耗的氫氣速率，長期的低壓力會造成氫饑餓，發生燃料缺乏和導致碳腐蝕甚至發生反極的情況；氫氣入堆壓力過高會造成氫空壓差過大導致質子交換膜出現過大的機械應力，進而會導致質子交換膜的滲氫率和氟化物釋放增加。不論氫氣入堆壓力過高還是過低，都會導致燃料電池發動機的性能和耐久性變差。燃料電池發動機工作過程中為防止電堆出現水淹的現象，需要定期開啟排氫閥將水吹出，此時排氫閥的短時間開啟和關閉動作會造成氫氣子系統后端壓力發生擾動并對氫氣入堆壓力產生紊亂狀況，造成壓力的波動更加劇烈，壓力波動的情況根據燃料電池的回氫方案有不同程度的影響。燃料電池發動機工作過程中，因供氫系統回路氫氣中壓波動影響會對氫氣子系統前端壓力發生擾動并對氫氣入堆壓力產生紊亂狀況。燃料電池發動機工作過程中，因控制電源電壓突然發生變化會導致燃料電池氫氣子系統的執行器如噴射器/比例閥等零部件動作未及時做出相對應的反應造成氫氣入堆壓力發生較大波動。

專利CN110828863A，提出一種基于燃料電池氫氣流量數學模型和壓差物理模型對比例閥的開度進行修正。但是，燃料電池系統是一個非線性強、時變性強的系統。當燃料電池汽車工作環境或零部件參數發生變化時，模型計算量過大，對控制器的算力要求較高，在當前控制軟件功能復雜度高的情況下存在軟件跑飛的風險，造成燃料電池系統失控。專利CN112467176A采用PID算法對燃料電池子系統性控制，但單引射器系統壓力波動較大，且在負載變化、排氫閥開啟和關閉的動作、控制電源電壓變化以及氫氣中壓壓力變化會進一步造成擾動加劇氫氣入堆壓力的波動。

為此，需要提出自適應的氫氧燃料電池發動機氫氣入堆壓力控制方法，以提高燃料電池發動機的性能及耐久性。

發明內容

本發明為解決現有的氫氣壓力控制方法無法解決燃料電池發動機在不同工況下的的氫氣入堆壓力波動和流量波動過大超出控制要求范圍的問題，提出一種氫氧燃料電池發動機氫氣入堆壓力自適應控制方法，以有效改善燃料電池發動機的氫氣壓力偏差狀況，提高氫氣入堆壓力的控制精度。

本發明是采用以下的技術方案實現的：一種氫氧燃料電池發動機氫氣入堆壓力自適應控制方法，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；