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时间:2018-10-05
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1、目录30KW车用氢燃料电池控制策略1目录41控制策略的依据6230KW车用氢燃料电池控制策略72.1P&ID82.2模块技术规范92.3用户接口92.4系统量定义102.5电堆电芯(CELL)电压轮询检测策略182.5.1Cell巡检通道断线诊断处理182.5.2Cell巡检通道断线诊断结果处理192.6Cell电压测算192.7电堆健康度SOH评估202.7.1特性曲线电阻段对健康度的评估方法202.8ALARM和FAULT判定规则212.9工作模式(CRM和CDR)策略232.10电堆冷却液出口温度设定值策略232.11空气流量
2、需求量计算242.12阳极氢气循环回路控制策略262.13阴极空气传输回路控制策略282.14冷却液传输回路控制策略292.15阳极吹扫(Purge)过程292.16防冻(Freeze)处理过程302.17泄漏检查(LeakCheck)机理302.17.1在CtrStat17下的LeakCheck302.17.2CtrState2下的泄漏检查312.18注水入泵(Prime)过程312.19状态及迁移322.19.1状态定义322.19.2状态迁移图332.19.3状态功能342.19.4迁移条件382.20CAN通讯协议。393未
3、确定事项401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
4、,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
5、。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
6、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。1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(LeakChec
7、k)过程、注水入泵(Prime)过程,冷启动过程,状态及迁移,CAN通讯协议。1.1P&ID1、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
8、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)
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