燃料电池发动机系统控制策略

车载燃料电池发动机系统及控制策略开发

一：目的

制定本控制策略的目的是通过合理的控制，稳定燃料电池发动机的性能并有效的提升燃料电池发动机的寿命。燃料电池发动机是为了备用电源使用，同时兼顾车用状态，所以在系统开发及控制策略主要以备用电源应用环境为主体，同时兼顾汽车级应用状态，由于车载燃料电池系统应用环境相对备用电源系统要复杂多变，所以结合燃料电池在车上实际应用制定最佳系统配置条件。但是同时也兼顾备用电源的应用场合。

二：系统初步框图

三：总体控制方案：

燃料电池发动机的开机，关机及运行，可以看做是一个循环过程，需要实现自检、吹扫、湿度控制、加减载控制、散热控制，故障检测和保护等一系列功能。在满足此条件的基础上进行燃料电池系统级的开发。

1：待机自检：

待机自检查看燃料电池系统发动机自身的状态是否准备就绪，包括电源供给、电磁阀状态、传感器状态，设备通讯等，因为传感器自身会有波动，所以划定其合理的波动范围来确定其是否正常工作

2.开机策略：（略）

3.运行控制策略：

运行中需要控制加载、空压机转速、散热、氢气循环泵、尾排阀。主要从以下几个方面进行考虑：

1：电堆模块的操作条件

2：发动机系统中加入了氢气循环泵，氢气循环泵的控制

3：为提升寿命，对加载速率的要求：加载≯？A/s，减载≯？A/s。（根据电堆条件确定）

4：尾排及分水阀的动作时间，氢气利用率控制。

5：加减载控制策略：

实现加载≯？A/s，减载≯？A/s 的目标，同时也要具备车载情况下的加减载控制能力。 其中空入压力受湿度、环境温度、自身的精度等的影响比较大，经常会出现加载不上而形成死循环的状况。车载发动机是恒功率加载，而燃料电池发动机希望是恒电流加载，并能控制加载速率，因此，为实现恒

电流加载这一目标，将加载功率这一目标转换为 Ilmt，设定加载最大电流为ΔI（0~？A/s），新的加载电流为Ilmt1= Ilmt+ΔI，而整车需求的加载电流可以通过设定功率对应计算电流，两者比较取小，再把Ilmt1查表或曲线对应到恒功率设定值，进行连续的加载到设定功率即可，如果过程中设定功率发生变化将重新比较。这一过程其实就相当于内嵌了一个功率—电流—功率的转换算法，实现恒电流加载，从而避免恒功率加载导致的电堆寿命衰减。

同理，减载采用相同的做法，设定ΔI（0~？A/s）。 从上，采用加载不能无限制的加载方法避免损坏电堆。本次同时在加载过程中应用了总电压和单电池电压来限制，总电压如果＜设定值或单电压＜设定值，将不能继续加载，停在该载荷位置，直到电压值反弹或功率设定值降低。

6：散热控制策略：

散热以控制电堆温度为准，通过实验逐渐开启多个散热风扇或分档来控制散热风扇的转速。

7：空压机控制策略：

流量的控制通过空压机来实现，如果流量计精度较高，应采用空压机转速 -流量闭环控制，最为精准，但目前采用的车载流量计精度较差，流量计有时误差高达20%，这样的精度仅能作为参考，不能参与控制，因此，还是使用标定转速-电流（N-I），通过查表实现。由于，氢气循环泵的使用，在每个电流或电流密度下，化学计量比有可能不同。

8：尾排阀控制策略：

尾排阀具有分水、控制氢气利用率等功能。 通过流量、排量、间隔时间来计算确定。

9：氢气循环泵控制策略：（略）

10：关机控制策略：

关机时，主要考虑吹扫，以较高的空气流量和较高氢泵转速带出水汽，保持一个较高温度有利于吹扫。

11：故障及故障处理： 从待机自检到关机结束，全程进行故障判断，具体故障等级、故障代码、故障判断依据，故障处理另行约定。

四：系统控制系统流程图