氢燃料电池控制策略精品.docx
- 文档编号:2331100
- 上传时间:2022-10-28
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:24.91KB
氢燃料电池控制策略精品.docx
《氢燃料电池控制策略精品.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《氢燃料电池控制策略精品.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
氢燃料电池控制策略精品
【关键字】设计、方法、条件、模式、运行、系统、平衡、持续、保持、安全、稳定、基础、需要、环境、资源、需求、作用、增量、水平、反映、倾斜、形成、管理、调整、规范
1控制策略的依据
对于氢燃料电池,追求的指标有:
能量密度、额定功率、最大峰值功率(保持有限时间)、最小稳定功率(小于该功率,功率输出波动大,长时间小于最小稳定功率下工作(包括开路),对电极有损伤))、效率(以氢气低燃值计算,净输出功率),生命周期、启动时间(从空闲到额定功率)、停机时间、环境要求(工作温度、存贮温度、湿度、海拔(主要是大气压力和密度变化对电堆其它指标的影响))等。
这些指标,都反映在氢燃料电池的输出特性曲线(极化曲线)上。
对氢燃料电池的设计、实验上,就是使输出特性曲线反映的指标最好。
影响输出特性曲线的因素很多,对于质子交换膜氢燃料电池,主要反映在MEA的工艺上,继而派生出的因素有:
阳极氢气的输入口压力(本文档中,所有压力是指绝对压力)、阳极中氢气的湿度,阴极空气的压力和流速、阴极空气的湿度,阳极和阴极的的压差、膜的温度,因流场气流的影响,流场入口端的湿度低于流场出口端的湿度,出现干端和湿端,影响指标,为了平衡湿度,采取入口气体增湿工艺,阳极采用将出口处湿度高的氢气通过回流泵直接送回入口,增加阳极气体入口处的湿度。
因此氢气回流泵的流速也算一个因素。
因质子交换膜氢燃料电池,在输出功率时会产生热量,为了达到稳定MEA的温度,就需要将热量消散掉。
因此需要测试不同电流下的热量,用于设计热源到冷却介质间的热阻(工艺设计中计算或测试)及冷却流道的工艺参数。
因阳极在输出功率时,湿度会逐渐增大,会产生水以及氢气纯度会逐渐降低,到一定条件就需要将阳极的氢气置换(吹扫)一次。
对于电堆,通过实验和测试,绘制各个因素组合下的输出特性曲线。
根据这些测绘出的输出特性曲线,综合出各个指标。
根据指标,在输出特性曲线中,确定一个安全稳定工作区域。
根据输出特性曲线的安全稳定工作区域,再确定各个因素以输出电流为横轴的工作区域。
这些因数的工作区域,就是集成系统(模块)的技术规范(即电堆生产厂的《电堆集成手册》)。
根据《电堆集成手册》,设计电堆模块,根据电堆模块的工艺,形成《模块手册》。
根据《模块手册》设计辅助系统工艺。
最终形成《系统工艺流程图》(P&ID)。
对于应用还需要《应用需求》。
以上资源是控制策略的依据。
2氢燃料电池控制策略
控制策略内容包括:
系统量定义,ALARM和FAULT判定规则,节电压巡检处理策略,电堆冷却液出口温度设定值策略,工作模式(CRM和CDR)策略,阳极氢气循环回路控制策略,阴极空气传输回路控制策略,冷却液传输回路控制策略,阳极氢气吹扫(Purge)过程,防冻(Freeze)处理过程,泄露检查(LeakCheck)过程、注水入泵(Prime)过程,冷启动过程,状态及迁移,CAN通讯协议。
2.1P&ID
1、阳极氢气子系统控制涉及的项:
氢气进气阀控制开关(S_H2Inlet)、氢气进气阀后的压力(P_H2Inlet)、氢气回流泵的运行控制开关(EN_H2RecirPump)、氢气回流泵的转速(n_H2RecirPump)、氢气回流泵驱动器PWM(PWM_H2RecirPump),氢气回流泵驱动器中的1个测量量(V_H2RecirPump)、氢气吹扫阀控制总开关(S_H2Purge)、氢气前吹扫阀控制开关(S_H2FrontPurge)、氢气后吹扫阀控制开关(S_H2BackPurge)、模块前后向水平倾斜角(θ_FB)、模块左右向水平倾斜角(θ_LR)。
2、阴极空气子系统控制涉及的项:
空压机驱动器PWM(PWM_AirBlower)、空压机的转速(n_AirBlower)、空气流量(Q_Air)。
3、冷却子系统控制涉及的项:
冷却液出口温度(T_CoolantOutlet)、冷却液泵运行控制开关(EN_CoolantPump)、冷却液泵驱动器PWM(PWM_CoolantPump)散热器风扇运行控制开关(EN_RadiatorFan)、散热器风扇驱动器(PWM_RadiatorFan)。
4、电气子系统控制涉及的项:
电堆节数(N_Cell,120)、电堆单节最小电压(MinV_Cell)、最小电压的节号(No_MinV_Cell,0-119,0号在前端)、电堆单节最大电压(MaxV_Cell)、最大电压的节号(No_MaxV_Cell,0-119,0号在前端)、电堆单节平均电压(AvgV_Cell)、电堆计算的电压(V_Stack)、总线电压(V_Bus)、总线电流(I_Bus)、总线输出开关(EN_Bus)。
5、控制接口涉及的项:
燃料电池模块使能开关(EN_FC)、运行开关(S_Run)、CAN总线。
2.2模块技术规范
额定功率(Pn):
31kW
工作电流(I):
0-500A
额定电流(In):
495A
起动时间(t_Startup):
≤20S
停止时间(t_Shutdown):
≤5S
氢气气源压力(P_H2Supply):
653-928kPa
电堆工作压力(P_StackOp):
≤120kPa
氢气最大流量(MaxQ_H2):
≤500LPM
氢气温度(T_H2):
-10–46℃
空气流量(Q_Air):
≤2500LPM
空气温度(T_Air):
-10–46℃
存贮温度(T_Storage):
-40–65℃
最小湿件温度(MinT_WettedComp):
2℃
最大燃料电池模块内部温度(MaxT_FCPM):
55℃
相对湿度(RH):
≤95%
海拔(AT):
0–1600m
水平倾角(θ):
±30°
阳极收集水量(Vol_AnodeWater):
≤48mL/min
阴极收集水量(Vol_CathodeWater):
≤64mL/min
热功率(P_Heater):
≤52kW
冷却液出口温度(T_CoolantOutlet):
50–70℃
冷却液流量(Q_Coolant):
≥75LPM
冷却液最大压力降(MaxDropP_Coolant):
≤35kPa
最大冷却液入口压力(MaxP_CoolantInlet):
≤170kPa
CAN总线:
CAN2.0A/BPassive(Standard11bit)BPS250kb/s
2.3系统量定义
2.4电堆电芯(CELL)电压轮询检测策略
2.5ALARM和FAULT判定规则(S3EDAE3)
字节
位
类型
持续时间
(mS)
有效状态域
CtrState
源
0
0
FAULT
500
5,6,7,8,9
CellLowVoltage
MinV_Cell<0.1V
0
0
FAULT
500
8,9
CellLowVoltage
MinV_Cell<0.5V
0
1
FAULT
1000
非1,2,10,11
CoolantHighTemp.
T_Coolant>80℃
0
4
FAULT
100
非1,2,10
Heartbeat
在心跳时间内未接收到1C0或1C0+ID命令
0
6
FAULT
100
非1,10
InternalSys.E-stop
E-STOP开关
1
0
FAULT
100
17
H2SubsystemLeakCheckFault
1
0
FAULT
100
2
H2SubsystemLeakCheckFault
1
1
FAULT
100
13
FreezeFault
1
2
FAULT
5000
5,6,7
单机工作时冷却液水位开关为低液位
1
2
FAULT
30000
3,4
单机启动时冷却液水位开关为低液位
1
4
FAULT
100
15
Purgefault
1
5
FAULT
1000
非1,5,6,7,10
I_Bus>50A
1
6
FAULT
100
非1,10
氢气进气阀打开2秒后,P_H2IN>150PSI(1032.4KPa)
1
7
FAULT
1000
非1,10,13,15,17
氢气进气阀打开2秒后,P_H2IN<40PSI(275.8KPa)
1
7
FAULT
3000
13
氢气进气阀打开2秒后,P_H2IN<40PSI
1
7
FAULT
100
15
氢气进气阀打开2秒后,P_H2IN<40PSI
4
1
ALARM
1000
非1,10,
Q_Air<=0||Q_Air>3000(LPM)
4
2
ALARM
1000
非10,
单机工作时,FC总线电流传感器输出电压<0.25或>4.75
4
2
ALARM
1000
非1,10
多机工作时的主机(1号机),FC总线电流传感器输出电压<0.25或>4.75(A)
4
3
ALARM
1000
非1,10
冷却液出口温度<-50或>100(℃)
4
4
ALARM
1000
5,6,7
W_FC>33000(W)
4
7
ALARM
15000
5,6,7,13
氢气回流泵运行时,转速<300(RPM)(10/2Hz)
5
0
ALARM
10000
非1,11,10
冷却液出口温度>75(℃)
5
1
ALARM
10000
5,6,7
V_Stack<60(V)
5
2
ALARM
100
7
1
5
3
ALARM
15000
11,19
单机工作时,冷却液水位低
5
3
ALARM
500
5,6,7,11
多机工作时,冷却液水位低
5
3
ALARM
30000
3,4
多机工作时,冷却液水位低
5
3
ALARM
15000
19
多机工作时,冷却液水位低
5
4
ALARM
300000
5,6,7
I_Bus<15(A)
5
5
ALARM
100
3
Cell巡检通断有新断路错误
5
6
ALARM
100
非10,
参数存贮表1,6全错
参数存贮表2,7全错
参数存贮表3,8全错
上次的参数存贮表2,7全错
2.6工作模式(CRM和CDR)策略
工作模式分为CRM(CurrentRampMode)和CDR(CurrentDrawRequest)。
CRM模式,电流斜坡模式,是指负载电流以一定的斜率上升或下降。
CDR模式,电流请求模式,是指在CDA限制下,负载电流通过通讯或模拟信号提供给FC控制器CDR值。
2.7电堆冷却液出口温度设定值(TCSP)策略
2.8空气流量需求量(QAR)计算
空气流量需求QAR基本计算公式
QAR=120×0.01657×α_Air×I_Bus
注:
120为电堆的总Cell数,0.01657为单个Cell在I_Bus为1A时,1分钟需要消耗的理论空气体积量(升)。
α_Air是α_In的函数,该函数为多段线性插值
FLOAT32Interp_α_Air(FLOAT32α_In)
表5α_Air--α_In插值表
α_Air
2.7
2.5
2.3
2.3
2.2
2.2
2.0
2.0
2.0
1.9
α_In
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
α_Air_CRM=Interp_α_Air(I_Bus/In
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 燃料电池 控制 策略 精品
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)