[发明专利]燃料电池发动机功率控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池发动机功率控制方法，其包括：S10、根据燃料电池发动机功率反应特性，按功率范围从小到大等分为M个功率区间，其中M为自然数；设定在第i个功率区间，单位周期最大加载幅度为Ki；设定在第i个功率区间，单位周期最大减载幅度为Ji；S20、当燃料电池发动机的需求功率发生改变时，通过识别功率变化幅度调节所需空气流量的供给策略。本发明结合燃料电池发动机自身特点，充分考虑燃料电池电化学反应机理、空压机与管路延迟特性，通过划分燃料电池发动机的功率区间、调节功率周期性变载、控制空压机预先供气，可以在满足燃料电池发动机快速响应的前提下，有效避免欠气等现象的发生，提高了车用燃料电池发动机的使用寿命。

技术领域

本发明涉及车用燃料电池，尤其涉及一种燃料电池发动机功率控制方法。

背景技术

燃料电池汽车以其零排放、高效率、长续航等优点，被认为是未来汽车发展方向之一。目前，寿命是制约燃料电池汽车商业化的重要瓶颈。

燃料电池发动机是一套可以辅助燃料电池将电化学能转化为电能的装置，包含燃料电池电堆、空气供应子系统、氢气供应子系统以及水热管理子系统，用以维持燃料电池电堆内部合理的压力、流量、温度、湿度等反应环境。空气供应子系统通过空压机等部件，控制燃料电池进气流量，氢气供应子系统做随动控制。

车用燃料电池与其他用途最大的区别在于需要进行频繁变载以满足整车工况需求，且变载工况，特别是加载工况对燃料电池寿命的影响比重较大。因此，需要一种燃料电池发动机控制方法，在最大限度地满足汽车快速响应的加载需求的情况下，考虑燃料电池电化学反应特性及供气延迟，延长燃料电池使用寿命。

燃料电池在加载过程中，由于气体的响应速度会比电化学反应速度慢得多，过量系数、压力、温度、湿度、加载幅度、加载速率、初始功率等，均与燃料电池响应能力息息相关。正常加载后，受燃料电池气体扩散层的水合作用及膜中水重新分布等因素影响，电压有一段下冲至最低点再恢复的过程。值得关注的是，在较小初始功率条件下，电压下冲与恢复的时间相对较短，可以用以进行更大幅度的拉载。

目前，主流的燃料电池发动机功率控制方法如下：

专利文献1(CN103915637A)中提供一种燃料电池快速加载时的空气供给方法,采用电流I来控制对应的空气流量速率V,此发明以电流而非功率作为燃料电池的表征，并通过利用步长法控制空气供给速率，使燃料电池在快速加载的状态下，保证燃料电池电堆反应的正常进行。

专利文献2(CN102522581A)中提供了一种用于车用燃料电池发电系统的加减载控制方法，该方法包括：加载时设定一个最大功率增量，根据整车需求功率和目前燃料电池的加载功率的差值与其进行比较来确定加载量，并计算出燃料电池发电系统准备输出的允许功率，根据所算出的允许加载功率，调节对应的燃料电池发电系统参数，完成后返回完成信号，加载，反复循环加载至整车功率等于允许功率，依此类推,循环加载至整车所需功率减载时；直接减载，减载完成后然后调节对应的燃料电池发电系统参数。

对于专利文献1的功率加载方法，基于电流而非功率作为燃料电池表征，更加方便控制空气供给速率，但没有考虑空压机、管路、电堆反应造成的供气延迟，空气计量比未能准确控制；、专利文献2的功率调节方法，通过根据不同功率区间划分最大允许加载功率，有效降低欠气风险，但未对加减载过程进行精细控制，变载速率并非最优。

发明内容

本发明目的是提出一种燃料电池发动机功率控制方法，在考虑燃料电池初始功率电化学反应特性、空气压缩机响应延迟及管路设计延迟的基础上，进行功率控制，优化每个功率区间的变载速率的同时，减少欠气的可能性，延长燃料电池使用寿命。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种燃料电池发动机功率控制方法，其包括：