《氢燃料电池控制策略》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氢燃料电池控制策略（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录30KW车用氢燃料电池控制策略目录1 控制策略的依据2 30KW车用氢燃料电池控制策略2.1 P&ID2.2模块技术规范2.3用户接I I2.4系统量定义2.5电堆电芯（CELL）电压轮询检测策略2.5.1 Cell巡检通道断线诊断处理2.5.2 Cell巡检通道断线诊断结果处理2.6 Cell电压测算2.7电堆健康度SOH评估2.7.1 特性曲线电阻段对健康度的评估方法2.8 ALARM和FAULT判定规则2.9工作模式（CRM和CDR）策略2.10电堆冷却液出I I温度设定值策略2.11空气流量需求量计算2.12阳极氢气循坏回路控制策略2.13阴极空气传输回路控制策略2.14冷却液传输
2、回路控制策略2.15阳极吹扫（Purge）过程2.16防冻（ Freeze） 处理过程2.17汕:漏检查（LeakCheck）机理2.17.1 在 CtrStatl7 下的 LeakCheck2.17.2 CtrState2下的泄漏检查2.18注水入泵（Prime）过程2.19状态及迁移2.19.1状态定义2.19.2状态迁移图2.19.3状态功能2.19.4迁移条件2.20 CAN通讯协议。3 未确定爭项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、最人峰值功率（保持有限时间）、最小稳 定功率（小于该功率，功率输出波动人，长时间小于最小稳定功率卞工作（包扌舌开路），对电
3、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 生岀的因素有：阳极氢气的输入I】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II 端的
4、湿度低于流场出II端的湿度，出现干端和湿端，影响指标，为了平衡湿度，釆取入II气体增湿工艺， 阳极采用将出I I处湿度高的氢气通过回流泵直接送回入I 1,增加阳极气体入I I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，湿度会逐渐增犬，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，绘制各个因素组合卞的输出特性曲线。
5、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。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 II温度设定值策略，工作模式(CR
6、M和CDR)策略，阳极氢气循坏回路控制策略，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。P&ID1、阳极氢气子系统控制涉及的项：氢气进气阀控制开关(S_H2lnlet)、氢气进气阀后的压力(P_H2lnlet).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_H2R
7、ecirPump)、氢气吹扫阀控制总开关(S_H2Purge)、氢气前吹 打阀控制开关(S_H2FrontPurge)、氢气后吹打阀控制开关(S_H2BackPurge)、模块前后向水平倾斜角() _FB)、模块左右向水平倾斜角(O_LR)。2、阴极空气子系统控制涉及的项：空压机驱动器PWM (PWM_AirBlower)s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：冷却液出丨I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
8、开关(EN_RadiatorFan )、散热器风扇驱动器(PWM_RadiatorFan4、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)、电堆单节最犬电压(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(l_Bus)、 总线输出开关(EN_Bus)。5、控制接II涉及的项：燃料电池模块使能开关(EN_FC)、运行开关
9、(S_Run)、CAN总线。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)： W 20S停止时间(t_Shutdown)： W 5S氢气气源压力(P_H2Supply)： 653-928kPa电堆工作压力(P_StackOp)： 120kPa氢气最人流量(MaxQ_H2)： W500LPM氢气温度(T_H2)：10-46C空气流量(Q_Air) :W2500LPM空气温度(T_Air)： -10-46C存贮温度(T_Storage) : -40-65C最小湿件温度(MinT_WettedComp)： 2 C最大燃
10、料电池模块内部温度(MaxT_FCPM) : 55C相对湿度(RH)： W 95%海拔(AT)： 0- 1600m水平倾角(0)： 30阳极收集水量(Vol_AnodeWater)： W 48mL/min阴极收集水量(Vol_CathodeWater)： W 64mL/min热功率(P_Heater) : W 52kW冷却液出口温度(T_CoolantOutlet)： 50-70C冷却液流量(Q.Coolant)： A 75LPM冷却液最大压力降(MaxDropP_Coolant) : W 35kPa 最大冷却液入I 1 压力(MaxP_Coolantlnlet)： W 170kPaCAN 总
11、线：CAN 2.0A/B Passive(Standard 11 bit) BPS 250 kb/s系统址定义电堆电芯(CELL)电压轮询检测策略ALARM 和 FAULT 判定规则(S3EDAE3)字节位类型持续时 间(mS )有效状态域CtrState源00FAULT5005, 6, 7, & 9Cell Low VoltageMinV Cell0. IV00FAULT5008,9Cell Low VoltageMinV Cell80r04FAULT100非 1,2, 10Heartbeat在心跳时间内未接收到1C0或1C0+ID命令06FAULT100非 1, 10Internal Sy
12、s Estop E-STOP开关10FAULT10017H2 Subsystem LeakCheck Fault10FAULT1002H2 Subsystem LeakCheck Fault11FAULT10013Freeze Fault12FAULT50005,6,7单机工作时冷却液水位开关为低液位12FAULT300003,4单机启动时冷却液水位开关为低液位14FAULT10015Purge fault15FAULT1000非 1,5, 6, 7, 10I Bus50A16FAULT100非 1, 10氢气进气阀打开2秒后，P_H2IN150PSI (1032. 4KPa )17FAULT
13、1000非1, 10, 13, 15, 17氢气进气阀打开2秒后，P_H2IN 40PSI (275. 8KPa)17FAULT300013氢气进气阀打开2秒后，P H2IN 40PSI17FAULT10015氢气进气阀打开2秒后，P H2IN 40PSI41ALARM1000非 1,10,Q Air二 0 | Q Air3000 (LPM)42ALARM1000非10,单机工作时，FC总纟$电流传感器输出电压0. 25 或4. 7542ALARM1000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)43ALARM1000非 1, 10冷却液
14、出口温度-50或100 (C )44ALARM10005,6,7W FC33000 (W)47ALARM150005, 6, 7, 13氢气回流泵运行时，转速 300 (RPM)(10/2Hz)50ALARM10000非 1,11,10冷却液出口温度75 (C)51ALARM100005, 6,7V Stack60 (V)52ALARM1007153ALARM1500011, 19单机工作时，冷却液水位低53ALARM5005,6, 7, 11多机工作时，冷却液水位低53ALARM300003,4多机工作时，冷却液水位低53ALARM1500019多机工作时，冷却液水位低54ALARM3000005, 6,7I Bus15 (A)55ALARM1003CJ1巡疵通断有新断路错误56ALARM100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
