一种燃料电池系统空气压力的控制方法

文档序号:1801373 发布日期:2021-11-05 浏览:13次 >En<

阅读说明:本技术 一种燃料电池系统空气压力的控制方法 (Control method for air pressure of fuel cell system ) 是由 何亚涛 李航 叶帅 于 2021-08-03 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种燃料电池系统空气压力的控制方法,包括以下步骤:步骤1:通过压力传感器检测进入燃料电池堆内的空气压力,通过标定出空气流量、压力、节气门开度之间的数据map表,通过查表或者拟合函数来获得不同空气流量下,设定需求压力值;步骤2:根据需求压力值,查表得出节气门开度预置值,使节气门先开到查表得到的预置值;步骤3:通过第一PID控制器,使节气门先到达预置值;步骤4:在节气门达到预置值后,再通过第二PID控制器,在需求压力与压力反馈值进行闭环控制,进行微调节气门的开度。本发明的有益效果是,使用双PID控制器来调整氢燃料电池空气系统节气门开度,通过传感器获取目标空气压力,进而对空气入堆需求压力的控制。(The invention discloses a method for controlling air pressure of a fuel cell system, which comprises the following steps: step 1: detecting air pressure entering a fuel cell stack through a pressure sensor, calibrating a data map table among air flow, pressure and throttle opening, and setting a required pressure value under different air flows through table look-up or fitting functions; step 2: according to the required pressure value, obtaining a preset value of the opening degree of the throttle valve by looking up a table, and enabling the throttle valve to be opened to the preset value obtained by looking up the table firstly; and step 3: the throttle valve reaches a preset value firstly through a first PID controller; and 4, step 4: and after the throttle valve reaches a preset value, performing closed-loop control on the required pressure and the pressure feedback value through a second PID controller, and performing fine adjustment on the opening degree of the throttle valve. The invention has the advantages that the double PID controllers are used for adjusting the throttle opening of the hydrogen fuel cell air system, and the target air pressure is obtained through the sensor, so that the required pressure of air entering the reactor is controlled.)

一种燃料电池系统空气压力的控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池领域,特别是一种燃料电池系统空气压力的控制方法。

背景技术

目前对于能源日益增加的需求,还有环保的标准要求,故发展清洁能源是必然的趋势,燃料电池是一种将燃料中的化学能转化为电能的装置,而膜电极是燃料电池发动机的核心,在膜电极的阳极,氢气在催化剂表面上发生电化学反应,失去电子,变为带正电的氢离子,氢离子可通过迁移穿过质子交换膜,到达膜电极的另一端阴极,在膜电极的阴极,空气通过穿透多孔性材料,在催化剂表面发生电化学反应得到电子,形成氧离子,在阴极端的形成的氧离子和阳极端迁移过来的氢离子发生反应,反应生成水。膜电极两端用电导体将发生电化学反应过程中生成的电子,通过电路向外引出,从而构成电路回路。

为了满足燃料电池中的电化学反应能够持续稳定运行,燃料电池系统需要能连续向电堆提供一定压力和流量的空气,而燃料电池系统控制的核心是控制氢和空气发生电化学反应的反应条件,进而产生电能,为了保证燃料电池系统的安全稳定运行,空气压力的精准控制就显得尤为重要。

现有技术尚存在一些不足:目前燃料电池系统空气压力的控制都是开环控制,而开环控制实际值与理想值存在较大偏差;而且不能实时快速响应系统所需空气压力。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题,设计了一种燃料电池系统空气压力的控制方法。

实现上述目的本发明的技术方案为,一种燃料电池系统空气压力的控制方法,包括以下步骤:

步骤1:通过压力传感器检测进入燃料电池堆内的空气压力,通过标定出空气流量、压力、节气门开度之间的数据map表,通过查表或者拟合函数来获得不同空气流量下,设定需求压力值;

步骤2:根据需求压力值,查表得出节气门开度预置值,使节气门先开到查表得到的预置值;

步骤3:通过第一PID控制器,使节气门先到达预置值;

步骤4:在节气门达到预置值后,再通过第二PID控制器,在需求压力与压力反馈值进行闭环控制,进行微调节气门的开度。

所述空入压力需求值:燃料电池系统需要的空气入堆压力值。

所述空入压力反馈值:燃料电池系统空入压力传感器的检测值,实时反馈空入压力值的大小。

所述第二PID控制器:空入压力与空入压力反馈值之间进行PID闭环控制计算出节气门开度需求值2。

所述节气门开度值:第一部分是通过压力、流量、开度查表计算出一个开度值1,第二部分是第二PID控制器计算出一个开度值2。

所述节气门的作用:空气入堆压力大小依靠节气门开度大小进行控制的。

所述节气门位置反馈的作用:实时反馈出节气门的开度位置。

所述第一PID控制器的作用:节气门开度需求值与节气门开度反馈值之间进行PID闭环控制,从而控制节气门开度的大小。

利用本发明的技术方案制作的一种燃料电池系统空气压力的控制方法,利用现有的实验标定数据来反向获取空气流量、压力和节气门开度,然后通过对现有实验标定数据拟合,得到在不同流量下空气压力输入值和节气门开度输出值的映射关系,通过查表或者拟合函数来获得输入不同空气压力进而得到不同节气门开度预置值,然后节气门本身的PID闭环控制使开度达到预置位置,然后再通过空气压力的PID控制,从而控制氢燃料系统的空气入堆压力;本发明提供的方法通过使用双PID控制器来调整氢燃料电池空气系统节气门开度,通过传感器获取目标空气压力,进而对空气入堆需求压力的控制。

附图说明

图1是本发明所述一种燃料电池系统空气压力的控制方法的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述,如图1所示,一种燃料电池系统空气压力的控制方法,包括以下步骤:

步骤1:通过压力传感器检测进入燃料电池堆内的空气压力,通过标定出空气流量、压力、节气门开度之间的数据map表,通过查表或者拟合函数来获得不同空气流量下,设定需求压力值;步骤2:根据需求压力值,查表得出节气门开度预置值,使节气门先开到查表得到的预置值;步骤3:通过第一PID控制器,使节气门先到达预置值。步骤4:在节气门达到预置值后,再通过第二PID控制器,在需求压力与压力反馈值进行闭环控制,进行微调节气门的开度;所述空入压力需求值:燃料电池系统需要的空气入堆压力值;所述空入压力反馈值:燃料电池系统空入压力传感器的检测值,实时反馈空入压力值的大小;所述第二PID控制器:空入压力与空入压力反馈值之间进行PID闭环控制计算出节气门开度需求值2;所述节气门开度值:第一部分是通过压力、流量、开度查表计算出一个开度值1,第二部分是第二PID控制器计算出一个开度值2;所述节气门的作用:空气入堆压力大小依靠节气门开度大小进行控制的;所述节气门位置反馈的作用:实时反馈出节气门的开度位置;所述第一PID控制器的作用:节气门开度需求值与节气门开度反馈值之间进行PID闭环控制,从而控制节气门开度的大小。

本实施方案的特点为,包括以下步骤:

步骤1:通过压力传感器检测进入燃料电池堆内的空气压力,通过标定出空气流量、压力、节气门开度之间的数据map表,通过查表或者拟合函数来获得不同空气流量下,设定需求压力值;

步骤2:根据需求压力值,查表得出节气门开度预置值,使节气门先开到查表得到的预置值;

步骤3:通过第一PID控制器,使节气门先到达预置值。

步骤4:在节气门达到预置值后,再通过第二PID控制器,在需求压力与压力反馈值进行闭环控制,进行微调节气门的开度,利用现有的实验标定数据来反向获取空气流量、压力和节气门开度,然后通过对现有实验标定数据拟合,得到在不同流量下空气压力输入值和节气门开度输出值的映射关系,通过查表或者拟合函数来获得输入不同空气压力进而得到不同节气门开度预置值,然后节气门本身的PID闭环控制使开度达到预置位置,然后再通过空气压力的PID控制,从而控制氢燃料系统的空气入堆压力;本发明提供的方法通过使用双PID控制器来调整氢燃料电池空气系统节气门开度,通过传感器获取目标空气压力,进而对空气入堆需求压力的控制。

在本实施方案中,通过现有实验标定出空气流量、压力、节气门开度之间的数据map表,通过查表或者拟合函数来获得不同空气流量下,设定需求压力值,查表得出节气门开度预置值,使节气门先开到查表得到的预置值,通过第一PID控制器,使节气门先到达预置值,从而控制氢燃料电池系统的空气入堆压力在需求值附近。

在节气门达到预置值后,再通过第二PID控制器,在需求压力与压力反馈值进行闭环控制,进行微调节气门的开度,此时空气入堆压力跟目标压力存在偏差(偏大或偏小),这个需要通过压力环第二PID控制器进行微调,进而达到控制压力的目的。

在本实施方案中,通过质量流量控制器可以设定不同的空气流量,然后节气门的开度大小可以对空气进行背压,压力传感器和流量计可以测量出压力和流量。空气流量、压力与节气门开度的关系map表的建立:先设定一个节气门的开度,然后通过质量流量控制器改变不同的流量,记录下当前空气压力值。

流量1 流量2 流量3 流量4 流量N
开度1 压力11 压力21 压力31 压力41 压力N1
开度2 压力12 压力22 压力32 压力42 压力N2
开度3 压力13 压力23 压力33 压力43 压力N3
开度4 压力14 压力24 压力34 压力44 压力N4
开度5 压力15 压力25 压力35 压力45 压力N5
开度N 压力1N 压力2N 压力3N 压力4N 压力NN

各控制部分的作用:

空入压力需求值:燃料电池系统需要的空气入堆压力值;

空入压力反馈值:燃料电池系统空入压力传感器的检测值,实时反馈空入压力值的大小;

第二PID控制器:空入压力与空入压力反馈值之间进行PID闭环控制计算出节气门开度需求值2;

节气门开度值:第一部分是通过压力、流量、开度查表计算出一个开度值1,第二部分是第二PID控制器计算出一个开度值2;

节气门的作用:空气入堆压力大小依靠节气门开度大小进行控制的;

节气门位置反馈的作用:实时反馈出节气门的开度位置;

第一PID控制器的作用:节气门开度需求值与节气门开度反馈值之间进行PID闭环控制,从而控制节气门开度的大小。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案,本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理,属于本发明的保护范围之内。

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