[发明专利]一种预测式燃料电池汽车电堆阳极压力智能控制系统

说明书

本发明涉及一种预测式燃料电池汽车电堆阳极压力智能控制系统，属于电动汽车技术领域。该系统包括有一级减压阀、二级减压阀Ⅰ和二级减压阀Ⅱ、三通电磁阀、功率需求预测模块和燃料电池系统控制器；系统分别采用两个二级减压阀构成两个单独的供气支路：其中二级减压阀Ⅰ输出压力为0.5bar，构成低压供气支路；另一个二级减压阀Ⅱ输出压力为1.5bar，构成高压供气支路；系统根据功率需求预测模块预测的压力信号和整车需求功率及功率变化率信号切换工作模式。本发明能高压/低压模式切换智能控制，用以提升燃料电池在短时电力负荷拉升期间的动态响应性能，同时使长时间使用下的氢气利用率最优，并最大程度地保证了动态响应性能提升效果。

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，涉及一种预测式燃料电池汽车电堆阳极压力智能控制系统。

背景技术

由于燃料电池内部物质传输缓慢，当其作为汽车动力系统主要电源时，通常无法对急加速工况下的需求功率瞬态爬升做出快速而及时的响应，甚至会因为功率拉升过快而反应物无法及时供应到催化剂反应界面导致气体饥饿，进而对燃料电池造成不可逆转的损伤，因此改善内部物质传输以提升动态功率响应速率是燃料电池业内公认亟待解决的问题之一。提升燃料电池阳极(氢气)压力已被证明能很好地改善内部物质传输，加快动态功率响应。然而单一式地提高传统的阳极固定供气压力，虽能加快功率响应，但是也会造成在间歇式阳极泄放排水期间过多的氢气浪费。

因此，针对燃料电池内部物质传输滞后所引起的动态响应缓慢以及燃料浪费的问题，目前亟需一种新的预测式阳极压力智能控制系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种预测式燃料电池汽车电堆阳极压力智能控制系统，根据车辆未来功率需求预测值对燃料电池阳极供气压力进行高低压之间的智能切换，提升需求功率爬升期间的燃料电池动态响应速率，同时最大程度地保证长时间运行的氢气利用率最优。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种预测式燃料电池汽车电堆阳极压力智能控制系统，包括依次连接的储氢瓶(1)、减压阀、电磁阀、氢气压力传感器(6)、泄放阀(7)和燃料电池(10)本体(含其他子系统附件)，还包括整车动力系统控制器的功率需求预测模块(8)和燃料电池系统控制器(9)；所述减压阀包括一级减压阀(2)、二级减压阀Ⅰ(3)和二级减压阀Ⅱ(4)；所述电磁阀为三通电磁阀(5)；

所述一级减压阀(2)分别与二级减压阀Ⅰ(3)和二级减压阀Ⅱ(4)级联，构成两个单独的供气支路；其中，二级减压阀Ⅰ(3)的输出压力为0.5bar，构成低压供气支路；二级减压阀Ⅱ(4)输出压力为1.5bar，构成高压供气支路；

所述燃料电池系统控制器(9)根据接收的燃料电池阳极入口的压力信号和整车需求功率及其功率变化率信号，控制输出三通电磁阀(5)的工作模式切换信号，从而控制三通电磁阀(5)工作模式的切换。

进一步，所述三通电磁阀(5)的工作模式包括高压模式和低压模式；其中，

高压模式：三通电磁阀(5)选择接通二级减压阀Ⅱ(4)，燃料电池阳极入口压力为1.5bar；

低压模式：三通电磁阀(5)选择接二级减压阀Ⅰ(3)，燃料电池阳极入口压力为0.5bar。

进一步，所述燃料电池系统控制器(9)根据功率需求预测模块(8)对近未来时刻的整车需求功率及其功率变化率，控制三通电磁阀(5)的工作模式，具体包括：若预测的未来2秒时刻功率和功率变化率分别同时超过一定阈值，则系统开启高压模式运行，直到功率爬升结束前0.4秒切换回低压模式运行，之后若预测的未来2秒时刻功率和功率变化率始终不超过设定阈值，则系统维持在低压模式运行，继续等待下一次功率爬升再切换高压模式运行，依次类推。

进一步，所述燃料电池系统控制器(9)控制系统中三通电磁阀(5)工作模式，具体包括：