[发明专利]燃料电池机车低功率运行空压机防喘振方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防止燃料电池机车低功率运行时空压机喘振方法，属于燃料电池技术领域。 

背景技术

燃料电池是一种将外部供给的燃料和氧化剂中的化学能转变成电能的连续发电装置。由于燃料电池功率密度和能量密度高，清洁高效，功率范围宽广，在微型电源、移动电源、车用发动机、固定电站等各个领域都有着广泛的应用前景，因此受到世界各国的广泛重视。美国、日本、加拿大、欧洲各国都在积极开发燃料电池技术，目前世界上几乎所有大汽车制造商都在开发燃料电池电动汽车，中国也研制出首辆燃料电池机车。然而因为燃料机车上的空压机的喘振现象，导致了燃料电池机车在低功率输出时不可避免引起空压机的喘振。 

中国专利[CN 101303030A]的防喘振系统虽然能够有效的保证空压机工作在非喘振区域，但是它只是对单一的空压机系统而言，对于燃料电池机车整个系统却不适合。根据燃料电池机车的数据手册可以看出如果不采用任何措施，燃料电池在低功率条件下的工作点是在空压机的喘振区域内，即研究的方向不是单一的怎样防止空压机跌落喘振区，而是怎样既保证空压机工作在非喘振区，又可以使燃料电池机车在低功率条件下工作。 

加拿大的巴拉德能源系统公司提出了在空压机增设旁路的方案，当燃料电池机车在低功率条件下运行是，空压机继续工作在正常区域而此时过量的空气通过旁路回流装置进入到空压机入口处。虽然此方法保证燃料电池机车低功率运行时，空压机始终工作在正常区域的问题，但是旁路中单一的开关只能保证空压机出口的空气流量以固定的比例进入燃料电池中，对燃料电池的过氧比无法调节，可能使燃料电池无法工作在最佳过氧比的条件下。 

针对上述旁路中单一开关的不足，可以增设多旁路系统的方案，设置n条旁路，通过控制n个旁路开关的开闭，是旁路有2ⁿ种流量值，从而调节进入燃料电池的空气流量调节过氧比。同时中国专利[CN 1397857A]中含n个流体通道的阀体的机电一体数码式压力/流量调节装置可以很好的解决空压机旁路不能调节燃料电池过氧比的问题。无论采用哪一个方法都是需要控制n的阀门，所以在后面的内容中用“多旁路”系统代指旁路系统，用“开度”表示旁路系统中阀门的打开的“个数”。 

由于目前的针对单一空压机防喘振系统都需要增加新的工艺设备或改变工艺流程的情况下实现，具有系统设计复杂，实现复杂，运行成本高等缺点并且单一的空压机防喘振系统在燃料电池机车整个系统低功率时对整个燃料电池机车系统而言不能正常工作。在低功率时对于燃料电池机车系统中的空压机防喘振系统的还在没有一套完整的控制体系。 

发明内容

本发明的目的主要是在克服现有技术的不足，提供一种实施方案简单、不需要过多增加新的工艺设备或改变工艺流程、可靠性高、运行成本低的防止燃料电池机车系统中空压机的喘振的方法。 

为了达到上述目的，本发明的是这样实现的：燃料电池机车低功率运行空压机防喘振方法，包括燃料电池功率电流采集模块、控制对象选择模块、空压机控制单元模块和旁路阀控制模块；燃料电池功率电流采集模块记录当前燃料电池功率给控制对象选择模块， 电流给空压机控制模块和旁路阀控制模块；所述控制对象选择模块根据采集到的功率和自身设定功率界限输出控制对象的选择信号:当选择空压机作为主要控制对象时，通过控制模块中的函数关系单元、偏差运算单元以及PID控制单元输出对空压机的控制信号；当旁路系统作为主要控制对象时，通过控制模块中的函数关系单元、偏差运算单元、PID控制单元以及数模转换单元输出旁路阀的控制信号。 

功率、电流采集模块记录当前燃料电池的输出功率情况。 

控制对象选择模块，根据燃料电池机车当前的输出功率，确定需要控制的主要对象是空压机还是旁路阀。 

空压机控制模块，控制空压机的转数使空压机始终工作在非喘振区域。 

旁路阀控制模块，控制旁路阀开度调节燃料电池的过氧比。 

上述功率、电流采集模块主要是将当前的采集到输出功率或电流分别给控制对象选择模块和空压机控制模块或者旁路阀控制模块。