[发明专利]一种燃料电池空气供给系统控制方法及系统

说明书

本发明公开一种燃料电池空气供给系统控制方法及系统，方法包括：搭建燃料电池系统仿真模型；确定不同工况下以燃料电池系统净功率最大为控制目标的压缩机驱动电压和背压阀开口面积的映射Map表以及期望的空气进气管道压力和阴极压力的映射Map表；确定燃料电池系统的空气进气管道压力和阴极压力的实际值与期望值的偏差，得到误差量；确定误差输出量；确定所述压缩机驱动电压和背压阀开口面积的多个前馈补偿量，确定控制信号；根据所述控制信号对所述空气供给系统中压缩机的驱动电压和背压阀的开口面积进行控制。本发明中的上述系统能够实现对压缩机驱动电压和背压阀开口面积的协调控制，使阴极进气管道压力与阴极压力精确地跟踪期望值。

技术领域

本发明涉及空气供给系统控制领域，特别是涉及一种燃料电池空气供给系统控制方法及系统。

背景技术

随着世界经济快速发展，全球汽车产业规模持续扩大，我国面临的能源和环境压力也日益增大，我们不会再走以牺牲环境为代价来发展经济的老路，能源和环境保护成为了我国可持续发展的核心问题。传统的内燃机汽车受到卡诺循环的限制，其能量转化效率低，并产生大量对环境不友好的气体。燃料电池是一种将化学能转化成电能的电化学装置，由于其功率密度大、工作温度低、对环境友好等诸多优势，近几十年来，世界各地对其进行了广泛的研究，并且认为它是汽车的终极形态。经过十多年的积累，在整体上取得了突破。对车用燃料电池系统及其相关设备的控制方案进行研究对燃料电池的推广和产业化具有重大的意义。空气供给系统一般由空气压缩机、增湿器、电堆、背压阀以及它们的连接管路组成，是燃料电池的重要组成部分。质子交换膜燃料电池的效率和使用寿命很大程度上取决于空气供给系统的控制性能。高压燃料电池系统能够提高燃料电池的系统效率，但同时也增加了辅助设备(空气压缩机)的损耗。所以，要想使燃料电池空气供给系统获得充足的空气流量并保证最大的系统效率，我们需要对空气供给系统的流量与压力进行优化协调控制。针对空气供给系统流量与压力的协同控制，主要有以下问题：1.对于燃料电池空气供给系统流量与压力协同控制，控制量的选取是一大难题。以往的研究中大都选取氧气过剩系数和阴极压力为被控量，而氧气过剩系数是个不可测的变量，工程上难以实现；2.以往设计的控制器比较复杂，其理论控制方法与工程实现之间还有很大的差距。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池空气供给系统控制方法及系统，实现对压缩机驱动电压和背压阀开口面积的协调控制，使空气进气管道压力与阴极压力精确地跟踪期望值。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种燃料电池空气供给系统控制方法，所述控制方法包括：

搭建燃料电池系统仿真模型；

基于所述燃料电池系统仿真模型，确定不同工况下以燃料电池系统净功率最大为控制目标的压缩机驱动电压和背压阀开口面积的映射Map表以及期望的空气进气管道压力和阴极压力的映射Map表；

基于所述燃料电池系统仿真模型，确定燃料电池系统的空气进气管道压力和阴极压力的实际值与期望值的偏差，得到误差量；

根据所述误差量确定误差输出量；

根据所述压缩机驱动电压和背压阀开口面积的映射Map表确定所述压缩机驱动电压和背压阀开口面积的多个前馈补偿量；

对所述误差输出量和所述多个前馈补偿量进行线性组合，产生控制信号；

根据所述控制信号对所述空气供给系统中压缩机的驱动电压和背压阀的开口面积进行控制，以控制空气进气管道压力和阴极压力，使实际空气进气管道压力和阴极压力达到期望值。

可选的，所述根据所述燃料电池系统仿真模型确定燃料电池系统的空气进气管道压力和阴极压力的实际值与期望值的偏差，得到误差量具体包括：

在所述燃料电池系统仿真模型中，获取燃料电池系统的空气进气管道压力和阴极压力的实际值；