本发明涉及燃料电池,尤其涉及一种燃料电池系统的功率限制控制方法、装置及存储介质。
背景技术:
1、氢燃料电池是通过电化学反应把化学能直接转化成电能的装置,其包括了氢气供应子系统、空气供应子系统、水热管理子系统以及电控子系统。其中,电流控制是其关键技术,会直接影响氢燃料电池的性能和寿命,若因为外部因素导致不能够满足燃料电池操作条件,例如电堆出口冷却液温度低或海拔高度等,此时继续拉载电流,会导致电池的性能大幅度降低,影响电池寿命,因此对电流或者功率的限制是有必要。
2、现有的燃料电池电流控制大部分对于外部功率请求和燃料电池系统的功率限制确定电流的限制,但是对于燃料电池系统的功率限制并没有尚未明确或者并不完善,燃料电池系统难以适应不同的环境。
技术实现思路
1、本发明提供了一种燃料电池系统的功率限制控制方法、装置及存储介质,考虑燃料电池系统在不同的条件下需要的功率限制,以使燃料电池系统适应不同的环境,避免损坏电堆,从而提升电堆自身性能和延长电堆寿命。
2、本发明提供了一种燃料电池系统的功率限制控制方法,包括:燃料电池系统启动后,实时获取电堆冷却液出口温度、辅机入口温度、海拔的相对压力、启动运行时间、电堆实际输出电压、dcf输出电压、燃料系统入口氢气压力、实际拉载电流、实际入堆空气压力值、实际空气流量和空压机转速;
3、若所述电堆冷却液出口温度低于或者高于预设温度范围,确定对应的第一限制功率;
4、根据辅机入口温度,获得对应的第二限制功率;
5、根据海拔的相对压力,计算得到当前海拔高度,获得对应的第三限制功率;
6、根据启动运行时间,获得对应的第四限制功率;
7、根据电堆实际输出电压,计算得到平均单片电压;若所述平均单片电压低于预设电压,则获得对应的第五限制功率;
8、根据dcf输出电压,获得对应的第六限制功率;
9、若燃料系统入口氢气压力低于预设压力,则获得对应的第七限制功率;
10、根据实际拉载电流,获得当前的空气过量系数和空气压力设定值;将所述空气压力设定值与实际入堆空气压力值作差,得到压力偏移值;
11、将当前所需要的空气流量与实际空气流量作差,得到流量偏移值;所述当前所需要的空气流量根据所述空气过量系数计算而来;
12、根据空压机转速、压力偏移值和流量偏移值,确定是否进行功率限制,若是,则根据当前空气压力对应的功率和当前空气流量对应的功率,确定第八限制功率;所述当前空气压力对应的功率根据实际入堆空气压力值获得,所述当前空气流量对应的功率根据实际空气流量获得;
13、在第一限制功率、第二限制功率、第三限制功率、第四限制功率、第五限制功率、第六限制功率、第七限制功率和第八限制功率中,取最小功率值作为燃料电池系统的限制功率值。
14、进一步地,若所述电堆冷却液出口温度低于或者高于预设温度范围,确定对应的第一限制功率,具体为:
15、当所述电堆冷却液出口温度低于燃料电池正常运行温度范围时,根据所述电堆冷却液出口温度,确定对应的第一限制功率;其中,所述第一限制功率随电堆冷却液出口温度的降低而降低;
16、当所述电堆冷却液出口温度高于燃料电池正常运行温度范围时,根据所述电堆冷却液出口温度,确定对应的第一限制功率;其中,所述第一限制功率随电堆冷却液出口温度的升高而降低;
17、其中,所述燃料电池正常运行温度范围根据所述预设温度范围确定;所述电堆冷却液出口温度由第一温度传感器采集而来。
18、进一步地,若所述电堆冷却液出口温度低于或者高于预设温度范围,确定对应的第一限制功率,还包括:
19、若电堆冷却液出口温度高于燃料电池正常运行温度范围,则在电堆冷却液出口温度回到燃料电池正常运行温度范围时,在预设时间后将额定功率作为第一限制功率。
20、进一步地,根据辅机入口温度,获得对应的第二限制功率,具体为:
21、当所述辅机入口温度低于辅机入口正常温度范围时,根据所述辅机入口温度,确定对应的第二限制功率;其中,所述第二限制功率随辅机入口温度的降低而降低;
22、当所述辅机入口温度高于辅机入口正常温度范围时,根据所述辅机入口温度,确定对应的第二限制功率;其中,所述第二限制功率随辅机入口温度的升高而降低;
23、其中,所述辅机入口温度由第二温度传感器采集而来。
24、进一步地,根据海拔的相对压力,计算得到当前海拔高度,获得对应的第三限制功率,具体为:
25、根据海拔的相对压力,获得大气压;所述大气压的表达式为:
26、p=p1+100.8;
27、其中,p为大气压,p1为海拔的相对压力,单位为kpa;所述海拔的相对压力由压力传感器测采集而来;
28、根据大气压,计算得到当前海拔高度,所述当前海拔高度的表达式为:
29、
30、其中,h为当前海拔高度,单位为m;
31、当所述当前海拔高度高于预设海拔高度时,根据所述当前海拔高度,确定对应的第三限制功率;其中,所述第三限制功率随当前海拔高度的升高而降低;
32、进一步地,根据海拔的相对压力,计算得到当前海拔高度,获得对应的第三限制功率,还包括:
33、若当前海拔高度下降到第一海拔高度时,在预留迟滞时间后仍处于所述第一海拔高度,则将所述第一海拔高度对应的限制功率作为第三限制功率;所述第一海拔高度高于预设海拔高度。
34、进一步地,根据启动运行时间,获得对应的第四限制功率,具体为
35、在燃料电池系统启动后开始计时,将计时时间作为启动运行时间,获得对应的第四限制功率;其中,第四限制功率随所述启动运行时间的增长而增长,直到所述启动运行时间达到预设时间,则不需要进行功率限制。
36、进一步地,根据电堆实际输出电压,计算得到平均单片电压,若所述平均单片电压低于预设电压,则获得对应的第五限制功率,具体为:
37、将电堆实际输出电压与电堆总片数的比值作为平均单片电压;当所述平均单片电压低于最低标准平均单片电压时,根据当前功率的预设比值确定第五限制功率。
38、进一步地,根据dcf输出电压,获得对应的第六限制功率,具体为:
39、当所述dcf输出电压低于或者高于正常电压范围时,根据所述dcf输出电压,根据额定功率的预设比值确定第六限制功率。
40、进一步地,若燃料系统入口氢气压力低于预设压力,则获得对应的第七限制功率,具体为:
41、当燃料系统入口氢气压力低于预设压力时,根据燃料系统入口氢气压力,确定对应的第七限制功率;其中,所述第七限制功率随燃料系统入口氢气压力的降低而降低,直到所述燃料系统入口氢气压力低于最低压力时,限制功率为零。
42、进一步地,根据空压机转速、压力偏移值和流量偏移值,确定是否进行功率限制,具体包括:
43、当第八限制功率为燃料电池系统的额定功率时,若空压机转速、压力偏移值和流量偏移值满足功率限制条件,则在满足所述功率限制条件时开始计时,若在第一预设时间内空压机转速、压力偏移值和流量偏移值不满足所述功率限制条件,则退出计时;若在所述第一预设时间后未退出计时,则确定进行功率限制;
44、所述功率限制条件为:空压机转速大于等于满转速且压力偏移值大于第一压力偏移值,或者,空压机转速大于等于满转速且流量偏移值大于第一流量偏移值。
45、进一步地,根据当前空气压力对应的功率和当前空气流量对应的功率,确定第八限制功率,具体为:
46、根据实际入堆空气压力值,获得当前空气压力对应的功率;根据实际空气流量,获得当前空气流量对应的功率;将所述当前空气压力对应的功率和所述当前空气流量对应的功率进行对比,取较小的值作为最小功率;
47、若确定进行功率限制,则将最小功率确定为第八限制功率。
48、进一步地,根据空压机转速、压力偏移值和流量偏移值,确定是否进行功率限制,具体还包括:
49、当第八限制功率不为燃料电池系统的额定功率时,若空压机转速、压力偏移值和流量偏移值满足功率解除限制条件,则在满足功率解除限制条件时开始计时,若在第二预设时间内空压机转速、压力偏移值和流量偏移值不满足所述功率解除限制条件,则中断计时;若在所述第二预设时间后未中断计时,则确定解除功率限制,将第八限制功率确定为燃料电池系统的当前功率。
50、进一步地,在第一限制功率、第二限制功率、第三限制功率、第四限制功率、第五限制功率、第六限制功率、第七限制功率和第八限制功率中,取最小功率值作为燃料电池系统的限制功率值,还包括:
51、所述第一限制功率、第二限制功率、第三限制功率、第四限制功率、第五限制功率、第六限制功率、第七限制功率和第八限制功率,随实时获取的电堆冷却液出口温度、辅机入口温度、海拔的相对压力、启动运行时间、电堆实际输出电压、dcf输出电压、燃料系统入口氢气压力、实际拉载电流、实际入堆空气压力值、实际空气流量和空压机转速进行实时更新;
52、在实时更新的第一限制功率、第二限制功率、第三限制功率、第四限制功率、第五限制功率、第六限制功率、第七限制功率和第八限制功率中,取最小功率值作为燃料电池系统的限制功率值,以使燃料电池系统将自身功率调整为所述限制功率值。
53、作为优选方案,本发明以电堆冷却液出口温度、辅机入口温度、海拔高度、启动运行时间、电堆性能、高电压平台、氢气中压和空气过量系数对功率进行限制,进而得到最终的目标电流。本发明考虑到燃料电池系统在不同的条件下需要的功率限制,以使燃料电池系统适应不同的环境,避免损坏电堆,从而提升电堆自身性能和延长电堆寿命。
54、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
55、相应地,本发明还提供一种燃料电池系统的功率限制控制装置,包括:信息采集模块、第一限制功率分析模块、第二限制功率分析模块、第三限制功率分析模块、第四限制功率分析模块、第五限制功率分析模块、第六限制功率分析模块、第七限制功率分析模块、第八限制功率分析模块和功率限制控制模块;
56、所述信息采集模块用于燃料电池系统启动后,实时获取电堆冷却液出口温度、辅机入口温度、海拔的相对压力、启动运行时间、电堆实际输出电压、dcf输出电压、燃料系统入口氢气压力、实际拉载电流、实际入堆空气压力值、实际空气流量和空压机转速;
57、所述第一限制功率分析模块用于若所述电堆冷却液出口温度低于或者高于预设温度范围,确定对应的第一限制功率;
58、所述第二限制功率分析模块用于根据辅机入口温度,获得对应的第二限制功率;
59、所述第三限制功率分析模块用于根据海拔的相对压力,计算得到当前海拔高度,获得对应的第三限制功率;
60、所述第四限制功率分析模块用于根据启动运行时间,获得对应的第四限制功率;
61、所述第五限制功率分析模块用于根据电堆实际输出电压,计算得到平均单片电压;若所述平均单片电压低于预设电压,则获得对应的第五限制功率;
62、所述第六限制功率分析模块用于根据dcf输出电压,获得对应的第六限制功率;
63、所述第七限制功率分析模块用于若燃料系统入口氢气压力低于预设压力,则获得对应的第七限制功率;
64、所述第八限制功率分析模块用于根据实际拉载电流,获得当前的空气过量系数和空气压力设定值;将所述空气压力设定值与实际入堆空气压力值作差,得到压力偏移值;
65、将当前所需要的空气流量与实际空气流量作差,得到流量偏移值;所述当前所需要的空气流量根据所述空气过量系数计算而来;
66、根据空压机转速、压力偏移值和流量偏移值,确定是否进行功率限制,若是,则根据当前空气压力对应的功率和当前空气流量对应的功率,确定第八限制功率;所述当前空气压力对应的功率根据实际入堆空气压力值获得,所述当前空气流量对应的功率根据实际空气流量获得;
67、功率限制控制模块用于在第一限制功率、第二限制功率、第三限制功率、第四限制功率、第五限制功率、第六限制功率、第七限制功率和第八限制功率中,取最小功率值作为燃料电池系统的限制功率值。
68、相应地,本发明还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序;其中,所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如本
技术实现要素:
所述的一种燃料电池系统的功率限制控制方法。
1.一种燃料电池系统的功率限制控制方法,其特征在于,包括:
2.如权利要求1所述的一种燃料电池系统的功率限制控制方法,其特征在于,所述若所述电堆冷却液出口温度低于或者高于预设温度范围,确定对应的第一限制功率,具体为:
3.如权利要求1所述的一种燃料电池系统的功率限制控制方法,其特征在于,所述根据辅机入口温度,获得对应的第二限制功率,具体为:
4.如权利要求1所述的一种燃料电池系统的功率限制控制方法,其特征在于,所述根据海拔的相对压力,计算得到当前海拔高度,获得对应的第三限制功率,具体为:
5.如权利要求1所述的一种燃料电池系统的功率限制控制方法,其特征在于,所述根据启动运行时间,获得对应的第四限制功率,具体为
6.如权利要求1所述的一种燃料电池系统的功率限制控制方法,其特征在于,所述根据电堆实际输出电压,计算得到平均单片电压,若所述平均单片电压低于预设电压,则获得对应的第五限制功率,具体为:
7.如权利要求1所述的一种燃料电池系统的功率限制控制方法,其特征在于,所述根据dcf输出电压,获得对应的第六限制功率,具体为:
8.如权利要求1所述的一种燃料电池系统的功率限制控制方法,其特征在于,所述若燃料系统入口氢气压力低于预设压力,则获得对应的第七限制功率,具体为:
9.如权利要求1所述的一种燃料电池系统的功率限制控制方法,其特征在于,所述根据空压机转速、压力偏移值和流量偏移值,确定是否进行功率限制,若是,则根据当前空气压力对应的功率和当前空气流量对应的功率,确定第八限制功率,具体包括:
10.如权利要求1所述的一种燃料电池系统的功率限制控制方法,其特征在于,所述根据空压机转速、压力偏移值和流量偏移值,确定是否进行功率限制,具体还包括: