[发明专利]一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置，由升压模块、降压模块、信号隔离模块、PEAK源开关、HOLD电源开关、二极管、采样电阻以及阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四等组成；还公开了其燃料电池氢气压力控制方法；采用本发明的驱动装置及控制方法，燃料电池控制器可以利用六路PWM信号实现4联喷射器电流与氢气压力双闭环循环喷射控制。

技术领域

本发明属于氢燃料电池的应用技术领域，涉及一种用于燃料电池阳极氢气供应控制的多联喷射器阀门的驱动装置及控制方法。

背景技术

喷射阀高频率、低时延、宽流量范围的特点使其在燃料电池氢气供应系统中得到广泛的应用，然而相对于燃料电池系统中的其它控制阀，喷射器阀采用peak-hold控制方式，必须对24V控制电压进行升压和降压以满足拉开和保持喷射阀阀芯所需要的线圈电流，所以需要专用的驱动电路控制，其冲击电流大，发热明显，若将功能集成到控制器中，一方面降低了喷射器的通用性，另一方面会明显增大控制器的体积，同时对控制器散热和电磁兼容性产生一定的影响。

为了满足一般控制器对喷射器的控制功能，并实现氢气回路压力的高精度喷射，除了需要稳定的驱动电路，还需要相应的闭环控制方法，其控制难度主要存在以下几点：第一，喷射阀阀芯是否完全开启主要取决于peak电流是否达到相应阈值，如果仅依靠电压施加时间保证阀芯开启，难以判断喷射时阀芯的状态，也会影响每一次氢气喷射精度；第二，喷射阀单阀工作频率较低，约30hz-60hz左右，单阀或者多阀同时喷射频率较低，氢气压力高频抖动幅度较大，影响氢气压力控制精度和电堆寿命；第三，对于多联喷射器一般采用阀门组合工作的方法来覆盖较大范围氢气流量控制，往往阀门数量增加或减少会造成氢气压力的较大波动，增加控制的难度。

专利CN113093524A着重对单个喷射器的压力PID控制方法进行了描述，而没有对喷射器驱动电路、阀门开度的精准控制、以及多阀组合切换等问题进行分析。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于4联喷射器的燃料电池氢气多联喷射器驱动装置，使一般控制器（如PLC、单片机等）可以通过普通DI信号实现对喷射器的控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置，包括连接燃料电池控制器的信号隔离模块以及分别连接信号隔离模块的阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四，阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四分别连接4联喷射器上的喷射阀一、喷射阀二、喷射阀三和喷射阀四，4联喷射器上设置有氢气压力传感器，所述的喷射阀一、喷射阀二、喷射阀三和喷射阀四另一端与并联的PEAK源开关和HOLD电源开关连接，PEAK源开关上串联一个二极管来防止高电压反向作用到降压模块上，PEAK源开关和HOLD电源开关同时连接信号隔离模块，所述的PEAK源开关和HOLD电源开关分别连接降压模块和升压模块，升压模块和降压模块同时连接外部24V输入电源，升压模块和降压模块将输入电源的高低压电源输出分别转换成4联喷射器工作时的48V peak电压和12V hold电压，通过调节电阻调节后经过PEAK源开关和HOLD电源开关连接到外部4联喷射器的公共端，阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四另一端同时连接用来采集驱动电流的采样电阻。

本发明的目的之二在于提供一种燃料电池氢气多联喷射器驱动装置的控制方法，结合上述控制装置实现多联喷射器的组合喷射，步骤为：信号隔离模块接收外部输入PWM信号，将接收的外部输入PWM信号分别输送给PEAK源开关、HOLD电源开关、阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四，通过光耦隔离后连接控制阀门选通开关一、阀门选通开关二、阀门选通开关三和阀门选通开关四，通过4联喷射器线圈的电流反馈信号经过隔离放大后送到外部燃料电池控制器，根据氢气压力传感器反馈的压力值，通过电流与氢气压力双闭环PID控制实现燃料电池电堆氢气压力的快速响应和精准控制。

进一步的步骤为：