[发明专利]一种质子交换膜氢燃料电池动力系统的给料控制方法

说明书

本发明涉及一种质子交换膜氢燃料电池动力系统的给料控制方法，属于氢燃料电池技术领域，包括：（1）分别监测氢气供气侧和氧气供给侧压力，（2）得出氢气供气侧和氧气供气侧实际压差，（3）得出实际压差与目标压差的偏差值；（4）整车控制器VCU根据驾驶员踏板扭矩需求、摩擦损失扭矩及辅件扭矩需求计算出电机需求扭矩，然后通过MAP对应出需求电流，即目标电流；（5）控制器根据目标电流计算出需求的氢气进气量及空气进气量；（6）根据需求的空气进气计算出空压机转速及背压阀开度目标值；根据当前压差值与目标偏差值的偏差计算出氢气供给侧进气调节阀开度目标；本发明可以有效避免质子交换膜两侧压差突变，延长质子交换膜的使用寿命。

技术领域

本发明属于氢燃料电池技术领域，具体的说，涉及一种质子交换膜氢燃料电池动力系统的给料控制方法。

背景技术

氢燃料电池动力系统通过电化学反应将氢能直接转化为电能，具备清洁、高效、燃料来源广泛等优点，被认为是面向未来的终极清洁能源。

质子交换膜氢燃料电池具有动力响应迅速，工作温度低的特点，非常适合用在新能源汽车上使用，质子交换膜燃料电池是目前应用最广泛的氢燃料电池解决方案。

质子交换膜氢燃料电池动力系统包括电堆、氢气供应系统、空气供应系统、冷却系统和控制系统。氢气供应系统主要包括储氢罐、压力调节阀、加湿器、进气调节阀、压力传感器等子系统，氢气供应系统主要通过进气调节阀控制进气量及进气压力。空气供应系统主要包括空气滤清器、空气流量计、空压机、空冷器及背压阀等子系统，空气供给系统通过调节空压机的转速及背压阀开度控制空气进气量。

氢燃料电池动力系统的反应物为氢气和氧气，化学反应公式为:

2H2 + O2 = 2H2O

根据化学反应式配比关系，其氢气跟氧气的输入关系为2：1，故动力系统氢气和氧气的给料方式也应是按照2：1的方式给料。

目前的动力系统，通常采用的氢气供给和氧气供给是单独控制的，空气供给侧是通过空压机及背压阀控制，而氢气供给侧是通过进气调节阀控制，这两种控制方式的响应速度有较大差异，这种控制方案会导致质子交换膜两侧压差容易突变。由于质子交换膜本身在压力作用下会导致气体渗透（H₂穿透到阴极侧导致电压压降；O₂穿透到阳极导致“局部缺氢”），这对质子交换膜会造成不可逆的损伤，影响其使用寿命。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种质子交换膜氢燃料电池动力系统的给料控制方法，通过对空气侧的进气压力和氢气侧的进气压力进行测量，根据二者的实际差压与目标差压的偏差，进行有效干预、调节，进而有效缓解质子交换膜两侧压差突变所造成的质子交换膜损坏。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

所述的质子交换膜氢燃料电池动力系统的给料控制方法包括以下步骤：

（1）收集氢气供给系统的进气压力P1和空气供给系统的进气压力P2；

（2）计算出实际压差ΔPact = P2–P1；

（3）整车控制器VCU根据驾驶员踏板扭矩需求、摩擦损失扭矩及辅件扭矩需求计算出电机需求扭矩，然后通过MAP对应出需求电流，即目标电流；

（4）控制器根据目标电流计算出需求的氢气进气量及空气进气量；

（5）根据需求的空气进气计算出空压机转速及背压阀开度目标值；根据当前压差值与目标偏差值的偏差计算出氢气供给侧进气调节阀开度目标。

进一步的，步骤（5）中，空气侧通过修改空压机转速及背压阀开度来达到目标进气量（即在实验台架上将每个需求进气量的点通过实验找到最佳的空压机转速及背压阀开度，写入MAP），但是由于空压机转速响应相对背压阀开度的响应较慢，故实际进气量会有一定时长（取决于空压机物理特性）的滞后于目标进气量。

本发明的有益效果