[发明专利]一种燃料电池系统内部参数计算方法

权利要求书

1.一种燃料电池系统内部参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：控制器给定氢喷不同占空比的扰动指令，使氢喷的入堆压力和回流压力均产生波动；

S200：基于气体压力波动频谱的变化得出：引射器（1）回流流量与引射器（1）回流氢压、引射器（1）入口氢压、入堆氢压及气体压力波动频谱半径的关系；

S300：基于上述的关系式及气体压力波动频谱半径计算得到实际引射器（1）回流流量；

S100的具体方法为：设P₁为引射器（1）出口压力或入堆压力，P₂为引射器（1）入口压力或氢喷出口压力，P₃为引射器（1）回流入口压力，氢喷采用氢气入堆压力P₁为闭环控制目标，作为氢喷占空比调控的第一输入源；按照预设周期Texcit产生一个均值为零、波峰和波谷幅值分别为∆dexcit/2和-∆dexcit/2、波峰和波谷各占Texcit/2时间的方波，作为氢喷占空比调控的第二输入源；第一输入源和第二输入源叠加，作为氢喷实际控制占空比；

S200的具体方法包括：

S201：建立复数坐标系；

S202：将引射器（1）入口压力波动矢量与“入堆氢气压力波动矢量和引射器（1）回流口压力波动矢量之差”的矢量，这两个矢量幅值在复数坐标系进行画图，以圆心为起点的不同频率点对应矢量；

S203：计算圆心位置和半径；

S201的具体方法为：

通过给定引射器（1）前端氢喷在同一工作点下时不同周期的扰动T，扰动后的引射器（1）入口压力、入堆氢气压力、引射器（1）回流压力均会产生相同的压力波动，将三者压力波动的图形通过快速傅里叶变换的方式，将时域内压力信号实数x(n)转换为频域内压力信号复数X(k),波动幅值和相位，如下式所示，其中N、n分别为总采样数、采样编号，T_sample为采样周期，j为虚部单位，基准频率为1/N/T_sample，k为目标频率与基准频率的比值，

；

S202的具体方法为：

引射器（1）高压腔压力在稳态压力P₂基础上叠加一个周期为T_excit、幅值为∆P₂、相位为φ₂的正弦波压力波动，入堆氢气压力在稳态压力P₁基础上叠加一个周期为T_excit、幅值为∆P₁、相位为φ₁的正弦波压力波动，引射器（1）回流口压力在稳态压力P₃基础上叠加一个周期为T_excit、幅值为∆P₃、相位为φ₃的正弦波压力波动，三个压力波动之间，通过给定氢喷一个的扰动周期后得到∆P₂、∆P₁、∆P₃、∆P₁-∆P₃、∆P₂/(∆P₁-∆P₃)频域内压力的波动矢量变化值，引射器（1）入口压力波动矢量与“入堆氢气压力波动矢量和引射器（1）回流口压力波动矢量之差”的矢量，通过将上述矢量幅值在复数坐标系进行画图；

将上述矢量幅值在复数坐标系进行画图的具体方法为：在复数坐标系中A表示圆心位置，B为圆与实轴左侧交点，C为圆与实轴右侧交点，以圆心为起点的不同频率点对应矢量，频率从高到低对应的矢量端点分别是FZ₁、FZ₂、FZ₃、FZ₄；

引射器（1）入口压力波动矢量与“入堆氢气压力波动矢量和引射器（1）回流口压力波动矢量之差”的矢量，这两个矢量在复数坐标系中保持平行，每个工况点下两个矢量幅值之比固定；

S203的具体方法为：

设定n个扰动点矢量的端点坐标分别为（x₁,y₁），（x₂,y₂）…，（x_n-1,y_n-1），（x_n,y_n），设圆心位置为（z,0），圆半径为r；每个矢量端点与圆心之间的距离平方、再与圆半径平方作差，总误差项为e；通过线性方程Y=aX+b的系数a、b，其中Y=y_i*y_i+x_i*x_i，X=2x_i，a=z，b=r²-z²，i是从1到n的正整数，采用最小二乘法拟合的方式求解系数，即可得到圆心位置和半径；

e的计算公式如下式所示：

；

S300中的具体的计算方法为下式：

，

其中r_circle为气体压力波动频谱半径,无单位，Q_Tgt为电堆（2）当前工况下理论消耗氢流量,单位SLPM，Q_BackFlow为引射器（1）回流流量,单位SLPM，P_BackFlow为引射器（1）回流口压力,单位kPa，P_InStack为入堆氢气压力,单位kPa，T_gas为气体温度,单位K，C为引射器（1）出口管路的流阻系数,单位SLPM/K。