[发明专利]一种燃料电池空压机流量控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池空压机流量控制方法，步骤包括：计算目标流量和实际流量，根据目标流量和实际流量建立滑膜面，根据滑膜面计算当前目标扭矩并调整电机转速；获取电机当前转速并计算实际扭矩，根据目标扭矩和实际扭矩计算预期转速变化率，若预期转速变化率不满足条件，则调整当前目标扭矩并调整电机转速；根据经验公式以及空压机两端压力值和实际流量，计算当前工况点与当前喘振点的距离，若该距离小于第一阈值，根据修正表格得到对应的修正系数，用修正系数再次调整当前目标扭矩并调整电机转速，根据目标流量和实际流量之差调整旁通阀的开度。本发明通过构造滑膜面，提高了空压机流量控制的响应速度和控制精度，并且可以规避喘振风险。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池空压机流量控制方法。

背景技术

能源问题长期受到全球关注，尤其在新能源迅速发展的近年来，氢气作为清洁能源厚积薄发，在碳中和的背景下，燃料电池成为了新的关注点。

燃料电池依靠氢气与氧气反应生成水，因此氢气供应、氧气供应是其工作逻辑的核心，空压机作为空气供给的执行器，其流量控制也就非常重要，影响到燃料电池的输出特性、安全特性。长期空气供给不足会降低电池的寿命，并破坏质子交换膜。

如果对空压机进行精确控制，保证工作流量特性的前提下对于空气流量进行精确计算与匹配，就有助于燃料电池健康工作。传统的空压机控制方法，依然保留了燃油时代的执行器控制逻辑，采用工况查表的标定方式，依据事先标定好的表，和实际工况，查得空压机的目标流量，并通过压力、传感器值，查表得到预估的实际流量，基于PID控制方法，对电机转速进行调节。由于空压机是复杂的非线性系统，PID仅能够实现基础控制，无法对系统流量进行精确的感知、评价，控制精度有限，在某些环境因素的干扰下，基础控制无法自行识别和调整，容易引起喘振，影响燃料电池的工作特性与寿命，且空压机作为燃料电池系统当中能耗最高的附件之一，基础控制无法实现其能量管理。

专利CN111342086A公开了一种燃料电池空气过氧比与流量压力协同控制方法及系统，旨在提高燃料电池的工作效率的同时延长燃料电池的寿命，提高电堆的安全性，但是其使用过氧比处理滑模面(即对控制系统出现误差时，需要进行调整对比的条件依据)，导致响应迟滞、精度较低，并且其采用的PID神经网络模型需要大量的训练数据支持，对于大数据的依赖性较高，并且存在异常数据导致模型崩塌的风险，此外，该方案中也没有考虑到针对喘振风险的修正。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种燃料电池空压机流量控制方法，依据整车实际运行需求，计算所需的目标空气流量，并根据滑模变结构对电机扭矩进行调节，使实际流量与目标流量实现匹配，并且可以对喘振风险进行评估，主动调整风险工况，规避喘振。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种燃料电池空压机流量控制方法，包括以下步骤：

根据燃料电池工况计算目标流量；

获取节流阀的阀前及阀后压力值、阀前温度值以及开度，将所述开度、阀前及阀后压力值匹配预设的流量曲线图，根据匹配结果和温度值计算得到实际流量；

根据目标流量和实际流量建立当前滑模面，根据当前滑模面和上一滑模面，计算当前目标扭矩，并根据当前目标扭矩调整电机转速；

获取电机当前转速，根据电机当前转速和实际流量计算实际扭矩，根据当前目标扭矩和实际扭矩计算预期转速变化率，若预期转速变化率不在预设的阈值范围内，则根据阈值范围中的目标值调整当前目标扭矩的值，根据当前目标扭矩调整电机转速；