一种针对燃料电池系统的控制参数调控方法及系统与流程

本技术涉及燃料电池系统，具体涉及一种针对燃料电池系统的控制参数调控方法及系统。

背景技术：

1、燃料电池系统(简称燃料电池)是目前广受关注的绿色能源技术之一，具有无污染、能量转换率高、充能时间短、工作温度低、噪音低等众多优点，广泛应用于交通运输车辆、移动便携电源设备、风电光伏储能消纳等众多领域。燃料电池可以直接将氢能转化为电能而不受卡诺循环的限制，其效率通常可以达到50％以上，如果配合热电回收，其效率可以达到80％以上。

2、燃料电池的电堆是多个单体电池串联后的组合体，是燃料电池的核心部件。电堆的基本原理是利用氢气与氧气在催化剂的作用下发生氧化还原反应，产生电流和水。具体的，通过向燃料电池堆的阳极侧供应燃料气体例如氢，并且向阴极侧供应包括氧的氧化气体例如空气，并且通过电解膜在这两者之间发生反应而产生所需电力。这种反应在燃料电池中发热，所以为了将其冷却，还需要配置冷却系统使燃料电池堆冷却。

3、如图1所示，为燃料电池bol(beginning of life，寿命起始)与eol(end of life，寿命终点)的特性曲线，其中，位于上方的为燃料电池bol的特性曲线，位于下方的为燃料电池eol的特性曲线，图1中的横坐标为电堆电流，单位为a，纵坐标为单体电压，单位为v。图中a点为ocv(open circuit voltage，开路电压)，开路电压为0.95v～1.05v，对应效率75.7％～83.7％。b点为电堆正常运行单体电压最高限制，对应效率67.8％。c点为电堆推荐额定功率点单体电压，对应效率51.8％。d点为电堆推荐运行单体电压最低限值，对应效率47.8％。由图中可知，燃料电池在eol状态下相对于在eol状态下出现了衰减，体现在同一电堆电流对应的单体电压出现下降。由于单体电池为串联，因此，所有单体电池的电流一致，不同单体电池的电压可能不同，燃料电池在使用过程中会产生衰减，在同一电堆电流下，不同单体电池的单体电压可能会有不同程度的下降。一般的，根据燃料电池eol的定义，同一电堆电流点的电堆电压εcell下降20％，即为eol。

4、一般的，燃料电池系统的控制参数与系统输出之间存在关联关系，燃料电池系统输出包括电堆电压和电堆电流，燃料电池的控制参数用于控制其运行状态，不同的运行状态对应不同的电堆电压和电堆电流，这些控制参数包括流量、温度、压力、以及过量系数，其中，针对燃料电池的空气系统和氢气系统的控制参数主要是流量、温度、压力、以及过量系数，针对燃料电池的冷却系统的控制参数主要是流量、温度、以及压力。

5、控制参数与燃料电池的输出也即电堆电压和电堆电流之间存在关联关系，现有技术中没有考考到燃料电池的衰减，因此，默认该关联关系为固定不变的，该关联关系大多数是基于bol状态设计的。在燃料电池运行时，采集其实时输出数据，根据预先获取的关联关系反推相应的实时控制参数，将实时输出数据中的电堆电流对应的标准控制参数与实时控制参数进行比对，如果不一致，则将实时控制参数调整至与标准控制参数一致，而实际上随着电池衰减上述关联关系实际是变化的，因此，采用现有技术中的控制参数调控方法对于燃料电池性能衰减后的适应性较差，无法将燃料电池的输出调控至目标状态，且对燃料电池的安全性也存在一定的风险。

技术实现思路

1、本技术提供一种针对燃料电池系统的控制参数调控方法及系统，可以解决现有技术中存在的控制参数调节对于燃料电池系统全生命周期的适应性较差技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供一种针对燃料电池系统的控制参数调控方法，包括：

3、在寿命起始bol状态下，采集电堆电压满足基准电压时的电堆电流作为基准电流；

4、在运行状态下，每当电堆电流达到基准电流时，均采集电堆电压，并通过将其与基准电压进行计算，得到电池衰减率；

5、在电堆电流两次达到基准电流之间的时间段中，采集电堆电流，并通过查询所述关联关系，得到理论控制参数，根据电池衰减率对理论控制参数进行修正，得到目标控制参数，将目标控制参数与实际控制参数进行比对，并在比对结果不一致时，将实际控制参数调整至与目标控制参数一致。

6、结合第一方面，在一种实施方式中，所述方法包括：

7、针对燃料电池系统中的每个单体电池，均计算所述目标控制参数，并根据计算得到的目标控制参数调整其实际控制参数。

8、结合第一方面，在一种实施方式中，所述控制参数包括：

9、针对空气系统和氢气系统的流量、温度、压力、以及过量系数；以及

10、针对冷却系统的流量、温度、以及压力。

11、结合第一方面，在一种实施方式中，所述基准电压为0.7v。

12、结合第一方面，在一种实施方式中，所述当电堆电流达到基准电流时均采集电堆电压，并通过将其与基准电压进行计算，得到电池衰减率，具体包括如下步骤：

13、当电堆电流达到基准电流时，采集电堆电流保持基准电流时的所有电堆电压，并计算电压平均值，以该平均值与基准电压进行计算，得到电池衰减率。

14、结合第一方面，在一种实施方式中，所述电池衰减率采用下述公式计算得到：

15、

16、其中，

17、n用于表示电堆在经过bol状态并开始运行后，达到基准电流的次数，n为正整数；

18、pn用于表示电堆在第n次达到基准电流时的电池衰减率；

19、vs用于表示基准电压；

20、vn用于表示电堆在第n次达到基准电流时的电堆电压。

21、第二方面，本技术实施例提供了一种针对燃料电池系统的控制参数调控系统，所述系统包括：

22、基准电流获取模块，其用于在寿命起始bol状态下，采集电堆电压满足基准电压时的电堆电流作为基准电流；

23、衰减率计算模块，其用于在运行状态下，每当电堆电流达到基准电流时，均采集电堆电压，并通过将其与基准电压进行计算，得到电池衰减率；

24、控制参数调整模块，其用于在电堆电流两次达到基准电流之间的时间段中，采集电堆电流，并通过查询所述关联关系，得到理论控制参数，根据电池衰减率对理论控制参数进行修正，得到目标控制参数，将目标控制参数与实际控制参数进行比对，并在比对结果不一致时，将实际控制参数调整至与目标控制参数一致。

25、结合第二方面，在一种实施方式中，所述控制参数调整模块用于针对燃料电池系统中的每个单体电池，均计算所述目标控制参数，并根据计算得到的目标控制参数调整其实际控制参数。

26、结合第二方面，在一种实施方式中，所述控制参数包括：

27、针对空气系统和氢气系统的流量、温度、压力、以及过量系数；以及

28、针对冷却系统的流量、温度、以及压力；

29、所述基准电压为0.7v。

30、结合第二方面，在一种实施方式中，所述控制参数调整模块在电堆电流达到基准电流时，采集电堆电流保持基准电流时的所有电堆电压，并计算电压平均值，以该平均值与基准电压进行计算，得到电池衰减率。

31、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

32、通过在bol状态下，采集电堆电压满足基准电压时的电堆电流作为基准电流，在后续燃料电池系统的运行状态下，每当电堆电流达到基准电流则采集电堆电压，根据该电堆电压与基准电压的比对结果，得到本次电堆电流达到基准电流时的电池衰减率。两次达到基准电流之间的时间段中，根据实时的电堆电流查询预设的关联关系得到理论控制参数，根据电池衰减率对该参数进行修正得到符合电池系统衰减情况的目标控制参数，将实际控制参数调节至与目标控制参数一致。本技术基于燃料电池系统现有的输入输出关联关系，选定基准电流点采集电堆电压计算衰减率，根据衰减率修正控制参数控制目标，提高控制准确度和电池安全性，解决了相关技术中控制参数调节对于燃料电池系统全生命周期的适应性较差技术问题。