專利名稱：一種車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加載控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及專利號(hào)HOl基本電氣元件HOlM用于直接轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的方法或裝置，例如電池組H01M8/00燃料電池；及其制造H01M8/04輔助裝置或方法，例如用于壓力控制的，用于流體循環(huán)的。
背景技術(shù)：
車用質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加載放電過程是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程，需要一定的物質(zhì)的量反應(yīng)來支持輸出。電化學(xué)反應(yīng)速度極快，這就要求物質(zhì)的傳遞速度要快，跟上其反應(yīng)速度才能使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去。就目前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)來說，空氣供應(yīng)系統(tǒng)和氫氣供應(yīng)系統(tǒng)是通過機(jī)械的方式來實(shí)現(xiàn)的，比如，空氣傳質(zhì)采用空壓機(jī)，氫氣采用減壓閥來實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，以機(jī)械傳動(dòng)的傳質(zhì)方式傳質(zhì)速度很慢，缺少反應(yīng)物質(zhì)當(dāng)然就不能發(fā)電，這時(shí)如果強(qiáng)行加載，因反應(yīng)物的不足，將使燃料電池發(fā)生欠氣，欠氣將使質(zhì)子交換膜燃料電池電極催化劑發(fā)生聚集，表面活性減小，使燃料電池性能下降、壽命降低，同時(shí)有可能發(fā)生燃料電池電極極性發(fā)生改變而損壞膜電極。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問題的提出，而研制一種用于車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法，是一種小增量的連續(xù)的循環(huán)加減載過程，分為加載和減載方法，根據(jù)整車需求功率與當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的大小比較，確定是加載還是減載，加載方法如下
Si.根據(jù)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的輸出能力，把輸出功率范圍按從小到大的順序劃分為幾個(gè)或多個(gè)區(qū)間；每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)一個(gè)該區(qū)間的加載最大增量；
S2.判斷當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)輸出功率所在的區(qū)間，確定該區(qū)間的允許的功率最大增量；
S3.通過需要加載功率與當(dāng)前輸出功率所在區(qū)間的最大允許增量相比較，取小者為實(shí)際允許的功率增加量；
S4.由當(dāng)前輸出功率與實(shí)際允許的功率增加量之和，計(jì)算出當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)允許的加載輸出功率；
S5.根據(jù)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)功率與空氣流量、氫氣流量的關(guān)系，調(diào)節(jié)空氣流量、氫氣流量參數(shù)滿足當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)允許的加載輸出功率需求；
S6.根據(jù)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)各供應(yīng)裝置的機(jī)械反應(yīng)時(shí)間，返回完成信號(hào)；
S7.整車根據(jù)返回的完成信號(hào)開始加載到當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)允許的加載輸出功率；
S8.判斷已完成的加載后的當(dāng)前功率是否達(dá)到整車需求功率，達(dá)到則完成加載，沒達(dá)到，則重復(fù)上述步驟S1-S7直到到達(dá)為止。
所述減載方法如下
Rl.直接減載至整車需求功率；
R2.整車返回減載完成信號(hào)；
R3.燃料電池發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)返回的完成信號(hào)開始按照料電池發(fā)電系統(tǒng)功率與空氣流量、氫氣流量等的關(guān)系調(diào)節(jié)空氣流量、氫氣流量等參數(shù)滿足減載后的當(dāng)前功率的需要；
R4.完成減載。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的目的在于提供一種用于車載燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法，小增量的連續(xù)加載和快速減載，在不影響燃料電池使用的情況下，有效防止發(fā)生欠氣和反極現(xiàn)象，從而提高了車載燃料電池的使用壽命。


為了更清楚的說明本發(fā)明的實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明所涉及的一種車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法示意框圖2為本發(fā)明所涉及的一種車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法實(shí)施例同一區(qū)間加載到8kW方法示意圖3為本發(fā)明所涉及的一種車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法實(shí)施例跨區(qū)間加載到22kW方法示意圖4為本發(fā)明所涉及的一種車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法實(shí)施例從 38kff減載到^kW方法示意圖5為本發(fā)明所涉及的一種車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法實(shí)施例輸出功率隨時(shí)間變化曲線圖6為本發(fā)明所涉及的一種車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法實(shí)施例圖5 輸出功率隨時(shí)間變化曲線中加減載隨時(shí)間變化放大圖7為本發(fā)明所涉及的一種車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法實(shí)施例加減載時(shí)空氣流量隨時(shí)間變化曲線圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖 1所示，一種車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法，把燃料電池功率輸出范圍劃為χ個(gè)區(qū)間，分別為W1區(qū)間，W2區(qū)間，......Wx區(qū)間，且W1 < W2 < W3......Wx^1 < Wx,每個(gè)區(qū)間的功率加載最大增量對(duì)應(yīng)為Si，δ 2，......S X，列出對(duì)應(yīng)表；設(shè)定整車需求功率為，設(shè)定當(dāng)前燃料電池輸出功率為P ；設(shè)定允許燃料電池加載功率為Pitw ；設(shè)定整車需求功率Ps ￥與當(dāng)前燃料電池加載功率P的差值功率即需求增量為ΔP ；
根據(jù)所述當(dāng)整車需求功率P，當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)輸出功率W所在的最小區(qū)間為^區(qū)間，查表，對(duì)應(yīng)的加載最大增量為δχ，如果ΔΡ彡δχ時(shí)，則P允許=Ρ+δχ，4如果ΔΡ< δ χ時(shí)，則Pitw= Ρ+ΔΡ，根據(jù)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)功率與空氣流量、氫氣流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線調(diào)節(jié)氣量供應(yīng)，考慮到燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的供應(yīng)裝置的機(jī)械反應(yīng)時(shí)間，待供應(yīng)的流量和其它參數(shù)完成并返回給整車完成信號(hào)，再加載到計(jì)算得到的Pitw ；判斷加載完成后新的當(dāng)前功率值P，如果沒有滿足整車功率需求，即仍是P，再次判斷P經(jīng)加載后處于哪個(gè)區(qū)間，取哪個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)的最大加載增量S χ，重復(fù)上述步驟，循環(huán)加載至Pft ￥完成加載。
根據(jù)所述當(dāng)整車需求功率P，即減載時(shí)，為防止欠氣，應(yīng)首先把功率降載至P ^= ，完成后返回完成信號(hào)，再根據(jù)當(dāng)前的輸出功率P (= Pitw= Ps)，查燃料電池發(fā)電系統(tǒng)功率與空氣流量、氫氣流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線調(diào)節(jié)氣量供應(yīng)，為防止載荷過小，氣量過大引起的增濕不足，立即降低到該功率下所需的空氣氣量和氫氣氣量，完成減載。
下面根據(jù)試驗(yàn)具體說明
實(shí)驗(yàn)室中采用額定40KW燃料電池車用發(fā)電系統(tǒng)，通過如下過程實(shí)現(xiàn)整車控制器 (1)發(fā)出需求功率，燃料電池控制器(2)接收并計(jì)算出允許加載功率，調(diào)節(jié)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(3)的氣量，完成后，發(fā)出加減載信號(hào)給整車控制器，整車控制器發(fā)出命令，使驅(qū)動(dòng)電機(jī) (4)加減載，完成測(cè)試，如圖2所示。
將額定40kW 劃分為 W1 0 彡 15kW、W2 :15 彡 25kW、W3 :25 彡 35kff,ff4 :35 彡 40kff 四個(gè)區(qū)間，設(shè)定各個(gè)區(qū)間最大加載增量分別為S1:5kW、δ 2 :4kff, δ 3 :3kff, 54:2kff0 一般載荷越大，對(duì)傳質(zhì)要求越高，所以功率越大加載增量越小。
試驗(yàn)中，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)啟動(dòng)后，以怠速為起點(diǎn)，當(dāng)前功率P為OkW，處于W1區(qū)間，最大加載增量為S1-SkW15給定需求功率為8kW，大于當(dāng)前功率P(OkW)，則需求功率與當(dāng)前功率P的差值ΔΡ為8kW> S1GkW), 二者比較取小，則計(jì)算出這時(shí)的允許最大加載功率Pitw= P+ δ ！ = 0+5 = 5kW，仍處于W1區(qū)間，按此時(shí)的Pi^查表查出對(duì)應(yīng)的空氣流量為30m3/h，氫氣流量為3m3/h，按表調(diào)節(jié)流量。當(dāng)流量達(dá)到所需流量時(shí)，反饋給出可以加載信號(hào)，開始加載到P = Ρ_。這時(shí)P，需求功率P·沒有變化仍為8kW，則這時(shí)候的當(dāng)前功率P為5kW，重復(fù)上述步驟，計(jì)算Δ P = 8-5 = 3kff < S1 (5kff)，算得P允許=P+ δ i = 5+3 = 8kW，查表后調(diào)節(jié)完成空氣流量50m3/h，氫氣流量4m3/h，返回加載信號(hào)，加載至8kW， 這時(shí)P = Pitw= ，不再加載，即車輛保持勻速行駛，如圖3所示。
隨后需求功率變化到22kW，則當(dāng)前功率為8kW，按上述步驟經(jīng)兩次循環(huán)加載至 18kW，第三次循環(huán)以當(dāng)前功率18KW計(jì)算，處于W2區(qū)間，取最大加載增量δ 2為4kW，同上述步驟，再經(jīng)循環(huán)加載，包括調(diào)節(jié)氣量大小后，達(dá)到整車需求功率，即P = P·= P·= 22kff, 如圖4所示。
Pft車?yán)^續(xù)上升到!35kW，當(dāng)前功率P(22kW)處于W2區(qū)間，計(jì)算ΔP = ;35_22kW = 13kW > \^^)，計(jì)算？允許=洸kW調(diào)節(jié)氣量，加載，重復(fù)上述步驟直到P = P允許=P鮮；35趼。
Pft^上升至 38kW，則 Δ P (3kff) ( δ 2 (3kff)，Pitw= 38kW，調(diào)節(jié)氣量，完成加載。
隨后Pft￥下降至^kW,則執(zhí)行減載控制方法，Pitw= Pset = ^kW,直接減載，完成后給出信號(hào)，空氣和氫氣流量下降至該功率下所需氣量，完成減載，如圖5所示。
P鮮上升至40kW，重復(fù)加載過程方法，直到P = P允許=40kW，完成加載。
運(yùn)行一段時(shí)間，最后降載至怠速，完成實(shí)驗(yàn)。
試驗(yàn)結(jié)果，如圖7所示，以本發(fā)明控制方法，連續(xù)小增量加載后持續(xù)大功率運(yùn)行正常，其中在加減過程中，可以看到空氣流量隨載荷以及時(shí)間是個(gè)連續(xù)過程，如圖8所示，但空氣供應(yīng)裝置或氫氣供應(yīng)裝置等的機(jī)械反應(yīng)時(shí)間使加載拖后，也就是先加大氣量然后再增加載荷，這樣就保證了不會(huì)在氣量不足的情況下加載，有效的防止了欠氣的發(fā)生，而減載則是迅速降下來，防止增濕不足，如圖6所示。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法，是一種小增量的連續(xù)的循環(huán)加減載過程，分為加載和減載方法，根據(jù)整車需求功率與當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的大小比較，確定是加載還是減載燃料電池發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，其特征在于所述加載方法如下S1.根據(jù)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的輸出能力，把輸出功率范圍按從小到大的順序劃分為幾個(gè)或多個(gè)區(qū)間；每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)一個(gè)該區(qū)間的加載最大增量；S2.判斷當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)輸出功率所在的區(qū)間，確定該區(qū)間的允許的功率最大增量；S3.通過需要加載功率與當(dāng)前輸出功率所在區(qū)間的最大允許增量相比較，取小者為實(shí)際允許的功率增加量；S4.由當(dāng)前輸出功率與實(shí)際允許的功率增加量之和，計(jì)算出當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)允許的加載輸出功率；S5.根據(jù)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)功率與空氣流量、氫氣流量的關(guān)系，調(diào)節(jié)空氣流量、氫氣流量參數(shù)滿足當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)允許的加載輸出功率需求；S6.根據(jù)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)各供應(yīng)裝置的機(jī)械反應(yīng)時(shí)間，返回完成信號(hào)；S7.整車根據(jù)返回的完成信號(hào)開始加載到當(dāng)前燃料電池發(fā)電系統(tǒng)允許的加載輸出功率；S8.判斷已完成的加載后的當(dāng)前功率是否達(dá)到整車需求功率，達(dá)到則完成加載，沒達(dá)到，則重復(fù)上述步驟S1-S7直到到達(dá)為止。Rl-直接減載至整車需求功率； R2.整車返回減載完成信號(hào)；R3.燃料電池發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)返回的完成信號(hào)開始按照料電池發(fā)電系統(tǒng)功率與空氣流量、氫氣流量等的關(guān)系調(diào)節(jié)空氣流量、氫氣流量等參數(shù)滿足減載后的當(dāng)前功率的需要； R4.完成減載。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的加減載控制方法，該方法包括加載時(shí)設(shè)定一個(gè)最大功率增量δx，根據(jù)整車需求功率P整車和目前燃料電池的加載功率P的差值ΔP與其進(jìn)行比較來確定加載量，并計(jì)算出燃料電池發(fā)電系統(tǒng)準(zhǔn)備輸出的允許功率P允許，根據(jù)所算出的允許加載功率P允許，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)完成后返回完成信號(hào)，加載，反復(fù)循環(huán)加載至P整車＝P允許。依此類推，循環(huán)加載至整車所需功率；減載時(shí)，直接減載，減載完成后然后調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)通過小增量的連續(xù)加載，降低由于急速大載荷加載而使傳質(zhì)跟不上導(dǎo)致的欠氣、反極等對(duì)膜電極損傷，延長燃料電池發(fā)電系統(tǒng)使用壽命。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102522581SQ20111044208
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者丁鵬, 侯中軍, 劉常福, 劉超, 明平文, 江洪春, 王宇晨, 胡軍, 趙金, 馬由奇 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司