一種分布式燃料電池控制系統(tǒng)與控制方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種分布式燃料電池控制系統(tǒng)與控制方法，所述控制系統(tǒng)包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元、控制器、外部通信接口單元、單電壓巡檢通信接口和若干單電壓檢測(cè)單元，控制系統(tǒng)具有3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所述控制方法是：?jiǎn)坞妷貉矙z單元實(shí)時(shí)檢測(cè)單片電壓，狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)檢測(cè)燃料電池工作狀態(tài)，控制器對(duì)各參量進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制，控制器對(duì)燃料電池進(jìn)堆空氣濕度采用了自適應(yīng)控制策略。本發(fā)明專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于具有分布式特點(diǎn)，各部件間通過CAN網(wǎng)絡(luò)連接，可靠性高、實(shí)時(shí)性好，基于燃料電池電流的濕度自適應(yīng)控制效果好，可避免過加濕導(dǎo)致燃料電池內(nèi)部積水，提高燃料電池耐久性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于燃料電池控制技術(shù)，特別是。
技術(shù)介紹
燃料電池是一種以氫氣為燃料，以氧氣為氧化劑，將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，它不受卡諾循環(huán)的限制，只要有足夠的氫氣和氧氣，可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，并且具有比能量高、噪音小、無污染、零排放和能量轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于小型電站、通信電源、機(jī)器人電源、汽車、電力系統(tǒng)、家庭生活等各領(lǐng)域。燃料電池技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)首選的潔凈、高效發(fā)電技術(shù)。燃料電池按其電解質(zhì)的不同，可分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池及固體氧化物燃料電池等。近十年來，尤以質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的發(fā)展最快，日益受到各國(guó)政府、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的重視。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)統(tǒng)計(jì)，全球每年能源科技研發(fā)公共資金中約12%投入到燃料電池研發(fā)。近幾年，各國(guó)政府及各大公司加大投資力度，成功開發(fā)了各種型號(hào)的燃料電池，并正在應(yīng)用到或擬用到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，如電站、便攜式電源、移動(dòng)機(jī)器人電源、各種車輛用動(dòng)力電源以及家用電源等。目前，全世界每年用于燃料電池研究與開發(fā)的經(jīng)費(fèi)估計(jì)在8億美元左右，除了美國(guó)、加拿大、日本、德國(guó)和意大利等工業(yè)國(guó)家外，許多發(fā)展中國(guó)家也在進(jìn)行或著手進(jìn)行燃料電池的研究與開發(fā)。我國(guó)政府也非常重視燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究，在國(guó)家863計(jì)劃的支持下，經(jīng)過“十五”和“十一五”的刻苦攻關(guān)，在燃料電池及燃料電池汽車研究研究方面已取得突破性的進(jìn)展，中科院大連化物所研制出50kW燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，上海神力公司研制出IOOkW大巴車燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)分別研制出了系列化的燃料電池大巴車和燃料電池轎車，武漢理工大學(xué)已研制成功IkW 50kW級(jí)系列燃料電池系統(tǒng)以及“楚天I號(hào)”燃料電池電動(dòng)轎車和“楚天2號(hào)”燃料電池輕型客車。燃料電池多輸入多輸出的復(fù)雜電化學(xué)裝置，車用燃料電池一般由數(shù)百片單電池串聯(lián)而成。單片電池電壓直接反應(yīng)電堆工作狀態(tài)，反應(yīng)氣體的壓力、濕度、電堆內(nèi)部溫度等操作條件直接影響電堆的性能和壽命。因此，應(yīng)用實(shí)時(shí)性好、可靠性高的控制系統(tǒng)對(duì)這些物理量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制是保證燃料電池正常工作的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)旨在提供一種高效的實(shí)時(shí)性好、可靠性高的分布式燃料電池控制系統(tǒng)與控制方法，以保證燃料電池高效可靠工作，并提高燃料電池的耐久性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是一種分布式燃料電池控制系統(tǒng)，包括至少一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元、控制器、外部通信接口單元、單電壓巡檢通信接口以及若干單電壓檢測(cè)單元，其特點(diǎn)是所述每個(gè)單電壓檢測(cè)單元通過底層CAN網(wǎng)絡(luò)相連并接入所述單電壓巡檢通信接口，所述單電壓巡檢通信接口通過內(nèi)部USB接口與所述外部通信接口單元相連，并與狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元和控制器通過中層CAN網(wǎng)絡(luò)相連，由中層CAN網(wǎng)絡(luò)接入外部通信接口單元，所述外部通信接口單元具有外部CAN接口、USB 接口、RS232/485 接口和 GPRS 接口。所述分布式燃料電池控制系統(tǒng)的控制方法是每個(gè)單電壓檢測(cè)單元檢測(cè)30片燃料電池電壓，檢測(cè)結(jié)果通過底層CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到單電壓巡檢通信接口，單電壓巡檢通信接口將接收到的所有單電壓信息通過內(nèi)部USB接口發(fā)送到外部通信接口單元，同時(shí)將平均電壓、最低電壓、單片電壓方差等信息發(fā)送到中層CAN網(wǎng)絡(luò)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)檢測(cè)燃料電池工作總體工作電壓、電流、氫氣壓力、空氣壓力、空氣濕度、工作溫度等信息，并發(fā)送至IJ中層CAN網(wǎng)絡(luò)。控制器實(shí)時(shí)接收單電壓巡檢通信接口和狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元發(fā)送到中層CAN網(wǎng)絡(luò)的信息，并對(duì)氫氣壓力、空氣壓力、空氣濕度、工作溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制。外部通信接口單元選擇內(nèi)部USB接口和中層CAN網(wǎng)絡(luò)上的部分重要信息傳送到外部CAN接口、USB接口、RS232/485接口和GPRS接口，便于行車電腦及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)對(duì)燃料電池的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 上述分布式燃料電池控制系統(tǒng)控制方法中，燃料電池內(nèi)部水生成量與其工作電流I成正比，內(nèi)部水生成量越多，則需要外部加濕的量越小，燃料電池進(jìn)堆空氣濕度采用針對(duì)電流的自適應(yīng)控制策略。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于具有分布式特點(diǎn)，各部件間通過CAN網(wǎng)絡(luò)連接，可靠性高、實(shí)時(shí)性好，基于燃料電池電流的濕度自適應(yīng)控制效果好，可避免過加濕導(dǎo)致燃料電池內(nèi)部積水,提高燃料電池耐久性。附圖說明為了進(jìn)一步理解本專利技術(shù)，作為說明書一部分的附圖指示了本專利技術(shù)的實(shí)施例，而所作的說明用于解釋本專利技術(shù)的原理。圖I為本專利技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本專利技術(shù)應(yīng)用示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的描述，但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)本專利技術(shù)的限制。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)包括至少一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元、控制器、外部通信接口單元、單電壓巡檢通信接口和若干單電壓檢測(cè)單元。其特點(diǎn)是各單電壓檢測(cè)單元通過底層CAN網(wǎng)絡(luò)相連，接入單電壓巡檢通信接口，單電壓巡檢通信接口通過內(nèi)部USB接口與外部通信接口單元相連，并與狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元和控制器通過中層CAN網(wǎng)絡(luò)相連，由中層CAN網(wǎng)絡(luò)接入外部通信接口單元。外部通信接口單元具有外部CAN接口、USB接口、RS232/485接口和GPRS 接口。上述分布式燃料電池控制系統(tǒng)中，單電壓檢測(cè)單元數(shù)量由燃料電池片數(shù)決定，每個(gè)單電壓檢測(cè)單元可檢測(cè)30片燃料電池電壓。檢測(cè)結(jié)果通過底層CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到單電壓巡檢通信接口，單電壓巡檢通信接口將接收到的所有單電壓信息通過內(nèi)部USB接口發(fā)送到外部通信接口單元，同時(shí)將平均電壓、最低電壓、單片電壓方差等信息發(fā)送到中層CAN網(wǎng)絡(luò)。如圖2所示，狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)檢測(cè)燃料電池工作總體工作電壓、電流、氫氣壓力、空氣壓力、空氣濕度、工作溫度等信息，并發(fā)送到中層CAN網(wǎng)絡(luò)。控制器實(shí)時(shí)接收單電壓巡檢通信接口和狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元發(fā)送到中層CAN網(wǎng)絡(luò)的信息，并對(duì)氫氣壓力、空氣壓力、空氣濕度、工作溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制。外部通信接口單元選擇內(nèi)部USB接口和中層CAN網(wǎng)絡(luò)上的部分重要信息傳送到外部CAN接口、USB接口、RS232/485接口和GPRS接口，便于行車電腦及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)對(duì)燃料電池的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。上述分布式燃料電池控制系統(tǒng)中，燃料電池內(nèi)部水生成量與其工作電流I成正t匕，內(nèi)部水生成量越多，則需要外部加濕的量越小，燃料電池進(jìn)堆空氣濕度w的自適應(yīng)控制策略為w=l-a I(I)式中α為比例系數(shù)。燃料電池工作電流可能會(huì)快速變化，濕度控制速度跟不上電流變化的速度，不能將實(shí)際電流用于濕度控制，需要對(duì)其進(jìn)行一階濾波Ι=β J (k) +^2Kk-D(2)式中，I(k)為當(dāng)前時(shí)刻的電流，I(k-l)為上一周期的電流，βρ β2為比例系數(shù)，β !+ β 2=1 ο本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。權(quán)利要求1.一種分布式燃料電池控制系統(tǒng)，包括至少一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元、控制器、外部通信接口單元、單電壓巡檢通信接口以及若干單電壓檢測(cè)單元，其特征在于所述每個(gè)單電壓檢測(cè)單元通過底層CAN網(wǎng)絡(luò)相連并接入所述單電壓巡檢通信接口，所述單電壓巡檢通信接口通過內(nèi)部USB接口與所述外部通信接口單元相連，并與狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元和控制器通過中層CAN網(wǎng)絡(luò)相連，由中層CAN網(wǎng)絡(luò)接入外部通信接口單元，所述外部通信接口單元具有外部CAN接口、USB 接口、RS232/485 接口和 GPRS 接口。2.如權(quán)利要求I所述的分布式燃料電池本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種分布式燃料電池控制系統(tǒng)，包括至少一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元、控制器、外部通信接口單元、單電壓巡檢通信接口以及若干單電壓檢測(cè)單元，其特征在于：所述每個(gè)單電壓檢測(cè)單元通過底層CAN網(wǎng)絡(luò)相連并接入所述單電壓巡檢通信接口，所述單電壓巡檢通信接口通過內(nèi)部USB接口與所述外部通信接口單元相連，并與狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元和控制器通過中層CAN網(wǎng)絡(luò)相連，由中層CAN網(wǎng)絡(luò)接入外部通信接口單元，所述外部通信接口單元具有外部CAN接口、USB接口、RS232/485接口和GPRS接口。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳啟宏，全書海，張立炎，謝長(zhǎng)君，鄧堅(jiān)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：