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CN112072143B - 一种燃料电池系统的动态控制方法 - Google Patents

一种燃料电池系统的动态控制方法 Download PDF

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CN112072143B CN202010931073.8A CN202010931073A CN112072143B CN 112072143 B CN112072143 B CN 112072143B CN 202010931073 A CN202010931073 A CN 202010931073A CN 112072143 B CN112072143 B CN 112072143B
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Abstract

本发明提供了一种燃料电池系统的动态控制方法，所述的动态控制方法包括加载控制过程和减载控制过程；所述的加载控制过程包括：通过需求功率和功率加载变化率查询逻辑表确定性能系数，根据性能系数大小控制空压机的空气计量比、空氢压差目标值、排水阀工作能量阈值和排水阀开启时间；所述的减载控制过程包括：通过减载变化率控制空压机的降速斜率和排水阀工作状态，排出多余水分，维持空氢压差稳定。有效解决了动态加载过程中，电堆内氢气压力分布不均、空气流量不足以及瞬间产水过多造成局部水淹等问题；同时，有效解决动态减载过程中出现的由于减载计量比等条件的下降而无法及时排水等技术问题。

Description

一种燃料电池系统的动态控制方法
技术领域
本发明属于燃料电池动态控制技术领域，涉及一种燃料电池系统的动态控制方法，尤其涉及一种包括动态加载控制和动态减载控制的燃料电池系统的动态控制方法。
背景技术
当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。能源是人类活动的物质基础，是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是衡量国家综合实力和人民生活水平的重要指标。从某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。在全球经济高速发达的今天，国际能源安全已上升到了国家的高度，各国都制定了以能源供应安全为核心的能源政策。在能源供应稳定的前提下世界经济取得了较大规模的增长。但是，能源带来经济增长、科技进步的同时，也带来了一系列人类无法避免的能源安全危机。正是由于包括资源短缺、能源争夺以及能源过度使用造成的环境污染等问题，人类的生存与发展正面临威胁。而解决能源问题一个方面依赖于不断发现新能源，另一方面则是节能。节能包括两个方面：一是提高能源利用效率，二是减少能量消耗量。节能已经成为衡量一个国家能源利用好坏的一项综合性指标，也是一个国家科学技术水平高的重要标志。因此开发高效、洁净、安全、环保的新能源受到越来越多国家的关注。
燃料电池是一种新型的电化学发电装置，它打破了通过热机过程实现发电的模式，即用燃料燃烧取其热量的传统发电模式，而是以燃料通过电解质进行化学反应的方式，直接地将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。其优势在于：(1)能量的转化效率高；(2)环境友好；(3)可靠性高；(4)无噪声；(5)灵活性高。
但目前的燃料电池中存在着动态加载过程中，电堆内氢气压力分布不均、空气流量不足以及瞬间产水过多造成局部水淹等问题，在动态减载过程中，会出现由于减载计量比等条件的下降而无法及时排出减载前的产水等问题；同时，由于负载瞬间降低导致氢压骤增而引起的氢空压差过大的风险。
CN110069033A公开了一种全功率燃料电池电动汽车的空压机双层预测控制方法，上层预测器通过实时预测车速，计算获取对应车速下燃料电池汽车所需要的功率，将上层预测器计算出的燃料电池所需提供的功率通过燃料电池阴极流量模型计算出燃料电池空压机所需输出的空气流量，并作为底层预测控制器的参考流量。底层预测控制器根据该参考流量，预测燃料电池空压机所需输出的空气流量，同时得到空压机的控制电压，进而实现对空压机输出流量的控制，满足燃料电池堆反应需要的氧气量。但是该方案中无法解决当整车功率变化较快情况下所造成的电堆内部局部气体分布不均的问题。
CN102891329A公开了一种燃料电池系统空气端控制方法，当需求电流由Iold增大到Idem，判断当前的需求电流Idem是否引起系统“缺氧”，若是，则将当前的需求电流Idem降至临界电流值Icrit；反之则将当前的需求电流Idem作为电流控制的目标值，直接施加于燃料电池电堆；当需求电流由Iold减小到Idem，保持系统的其他输入不变，将空压机控制电压直接降至当前的需求电流Idem对应的电压值，根据空气流量拉取电流Ist。但该方案中，对于空气流量的供应主要考虑的是需求电流命令，如果需求电流可能造成电堆“缺氧”，则进行限制实际电流输出，当空压机供气量满足需求后，再进行进一步的电流拉载。此过程会出现响应较慢的情况。
CN110061263A公开了一种混合式燃料电池空气子系统、车辆及控制方法，该车辆包括燃料电池电堆和空气子系统，该空气子系统包括供气支路、送气支路和储气支路，供气支路的进气口连接燃料电池空压机，供气支路的出气口连接送气支路的进气端，送气支路的出气端连接燃料电池电堆以向电堆中输送空气，储气支路的出口连接送气支路的进气端，储气支路的进口连接辅助进气装置，使用燃料电池空压机与辅助进气装置混合的空气供给方式在实际使用中可满足燃料电池汽车在不同功率运行时的空气需求，降低对燃料电池空压机的性能要求，从而可以采用小功率燃料电池空压机，进而降低了整车运行的噪音。
CN105633436B公开了一种燃料电池系统、燃料电池车辆以及燃料电池系统的控制方法，所述安装在车辆中的燃料电池系统包括：燃料电池，将电力供应到驱动所述车辆的电动机；泵，将氧供应到所述燃料电池；加速器位置检测单元，检测所述车辆的加速器下压量；以及控制单元，基于所述加速器下压量来计算需要由燃料电池产生的电力以及所述泵的驱动所需的电力，且基于所述驱动所需的电力来控制所述泵，其中所述控制单元计算所述驱动所需的电力，以使得当所计算的需要产生的电力增加时，所述驱动所需的电力的增加速率超过需要产生的电力的增加速率。
综合来看，目前已知的燃料电池的动态控制方案中均无法有效解决动态加载过程中出现的电堆内氢气压力分布不均、空气流量不足以及瞬间产水过多造成局部水淹等问题，同时也无法有效解决动态减载过程中出现的由于减载计量比等条件的下降而无法及时排水等技术问题以及由于负载瞬间降低导致氢压骤增而引起的氢空压差过大的风险。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统的动态控制方法，有效解决了动态加载过程中，电堆内氢气压力分布不均、空气流量不足以及瞬间产水过多造成局部水淹等问题；同时，有效解决动态减载过程中出现的由于减载计量比等条件的下降而无法及时排水等技术问题以及由于负载瞬间降低导致氢压骤增而引起的氢空压差过大的风险。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种燃料电池系统的动态控制方法，所述的动态控制方法包括加载控制过程和减载控制过程。
所述的加载控制过程包括：通过需求功率和功率加载变化率查询逻辑表确定性能系数，根据性能系数大小控制空压机的空气计量比、空氢压差目标值、排水阀工作能量阈值和排水阀开启时间。
所述的减载控制过程包括：通过减载变化率控制空压机的降速斜率和排水阀工作状态，排出多余水分，维持空氢压差稳定。
在加载控制过程中，本发明综合考虑了燃料电池系统的需求功率大小和功率加载变化率，构建了性能系数，该性能系数反映了整车驾驶员的行驶意图，并建立起了需求功率和功率加载变化率与性能系数之间的逻辑关系，基于该逻辑关系设计了逻辑表，操作人员可以依据需求功率和功率加载变化率通过简单的查表操作确定性能系数，再根据性能系数对供氢压力、排水阀以及空压机控制指令进行控制，满足了燃料电池系统在快速功率响应情况下电堆单体电压分布一致性，有效解决了动态加载过程中，电堆内氢气压力分布不均、空气流量不足以及瞬间产水过多造成局部水淹等问题。
在减载控制过程中，通过燃料电池系统的功率减载变化率控制空压机降速斜率减缓，排出多余水分，有效解决了由于减载计量比等条件的下降而无法及时排出减载前的产水等问题；同时，通过及时开启排水阀，保证了氢空压差稳定，有效改善了负载瞬间降低时，由于氢压骤增而引起的氢空压差过大的风险。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的加载控制过程包括：
S100、根据燃料电池系统的需求功率和功率加载变化率查询逻辑表确定性能系数为1、2或3，当性能系数为1时，进行步骤S110；当性能系数为2时，进行步骤S120；当性能系数为3时，进行步骤S130；
S110、提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，排水阀工作能量阈值和排水阀开启时间维持正常工作状态，进入步骤S111；
S111、查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，如果判断结果为是，返回步骤S110，如果判断结果为否，结束进程；
S120、提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，降低排水阀工作能量阈值并延长排水阀开启时间，进入步骤S121；
S121、查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，如果判断结果为是，返回步骤S120，如果判断结果为否，结束进程；
S130、提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，降低排水阀工作能量阈值，排水阀立即开启并延长排水阀开启时间；
S131、查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，如果判断结果为是，返回步骤S130，如果判断结果为否，结束进程。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S100中，所述的逻辑表的查询规则为：
需求功率为额定功率的10～30％，且功率加载变化率≤10kw/s时，确定性能系数为1；
需求功率为额定功率的10～30％，且10kw/s＜功率加载变化率≤20kw/s时，确定性能系数为2；
当需求功率为额定功率的30～60％，且功率加载变化率≤5kw/s时，确定性能系数为1；
需求功率为额定功率的30～60％，且5kw/s＜功率加载变化率≤10kw/s时，确定性能系数为2；
需求功率为额定功率的30～60％，且10kw/s＜功率加载变化率≤20kw/s时，确定性能系数为3；
需求功率为额定功率的60～100％，且功率加载变化率≤5kw/s范围内时，确定性能系数为2；
需求功率为额定功率的60～100％，且5kw/s＜功率加载变化率≤20kw/s范围内时，确定性能系数为3。
本发明综合考虑了燃料电池系统的需求功率大小和功率加载变化率，构建了性能系数，该性能系数反映了整车驾驶员的行驶意图，并建立起了需求功率和功率加载变化率与性能系数之间的逻辑关系，基于该逻辑关系设计了逻辑表，根据需求功率大小分为三个等级，分别为低功率状态(额定功率的10～30％，包括10％但不包括30％)、中功率状态(额定功率的30～60％，包括30％但不包括60％)和高功率状态(额定功率的60～100％，包括60％但不包括100％)；同时根据需求功率和目前的实际功率以及加载时间计算出功率加载变化率(功率加载变化率＝(需求功率-实际功率)/加载时间)，再根据功率加载变化率的大小分为三个等级，分别为功率变化平缓(功率加载变化率≤5kw/s)、功率变化适中(5kw/s＜功率加载变化率≤10kw/s)和功率变化紧急(10kw/s＜功率加载变化率≤20kw/s)。根据需求功率的三个等级和功率加载变化率的三个等级通过查询逻辑表确定性能系数。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S110中，空压机的空气计量比提升20～40％，例如可以是20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的空氢压差目标值提升至1.5～3.5bar，例如可以是1.5bar、1.6bar、1.7bar、1.8bar、1.9bar、2.0bar、2.1bar、2.2bar、2.3bar、2.4bar、2.5bar、2.6bar、2.7bar、2.8bar、2.9bar、3.0bar、3.1bar、3.2bar、3.3bar、3.4bar或3.5bar，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，正常工作状态下，所述的排水阀工作能量阈值维持在300～900kJ，例如可以是300kJ、350kJ、400kJ、450kJ、500kJ、550kJ、600kJ、650kJ、700kJ、750kJ、800kJ、850kJ或900kJ，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，正常工作状态下，所述的排水阀开启时间维持在0.1～2s，例如可以是0.1s、0.2s、0.3s、0.4s、0.5s、0.6s、0.7s、0.8s、0.9s、1.0s、1.1s、1.2s、1.3s、1.4s、1.5s、1.6s、1.7s、1.8s、1.9s或2.0s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
需要说明的是，常规的排水方案主要根据电堆的产水量控制排水阀的开启或关闭，当能量积分达到电堆储水量上限能量阈值时则开启排水阀，反之则关闭排水阀。但电堆的产水量本身与电堆实际电流与电压乘积的能量积分有关，电堆储水量上限能量阈值与电堆本身特性有关，本发明并未限定电堆自身的特性，也没有对燃料电池的工艺参数加以限定，因此也无法限定排水阀的开启时间。此外，当排水阀开启后，开启时间与氢气压力有关，当氢气压力较高时，排水时间较短，氢气压力较低时，排水时间较长。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S120中，空压机的空气计量比提升20～40％，例如可以是20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的空氢压差目标值提升至1.5～3.5bar，例如可以是1.5bar、1.6bar、1.7bar、1.8bar、1.9bar、2.0bar、2.1bar、2.2bar、2.3bar、2.4bar、2.5bar、2.6bar、2.7bar、2.8bar、2.9bar、3.0bar、3.1bar、3.2bar、3.3bar、3.4bar或3.5bar，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的排水阀工作能量阈值降至100～300kJ，例如可以是100kJ、110kJ、120kJ、130kJ、140kJ、150kJ、160kJ、170kJ、180kJ、190kJ、200kJ、210kJ、220kJ、230kJ、240kJ、250kJ、260kJ、270kJ、280kJ、290kJ或300kJ，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的排水阀开启时间延长至2～4s，例如可以是2.0s、2.1s、2.2s、2.3s、2.4s、2.5s、2.6s、2.7s、2.8s、2.9s、3.0s、3.1s、3.2s、3.3s、3.4s、3.5s、3.6s、3.7s、3.8s、3.9s或4.0s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S130中，空压机的空气计量比提升20～40％，例如可以是20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的空氢压差目标值提升至1.5～3.5bar，例如可以是1.5bar、1.6bar、1.7bar、1.8bar、1.9bar、2.0bar、2.1bar、2.2bar、2.3bar、2.4bar、2.5bar、2.6bar、2.7bar、2.8bar、2.9bar、3.0bar、3.1bar、3.2bar、3.3bar、3.4bar或3.5bar，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的排水阀工作能量阈值降至100kJ～300kJ，例如可以是100kJ、110kJ、120kJ、130kJ、140kJ、150kJ、160kJ、170kJ、180kJ、190kJ、200kJ、210kJ、220kJ、230kJ、240kJ、250kJ、260kJ、270kJ、280kJ、290kJ或300kJ，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述的排水阀开启时间延长至2～4s，例如可以是2.0s、2.1s、2.2s、2.3s、2.4s、2.5s、2.6s、2.7s、2.8s、2.9s、3.0s、3.1s、3.2s、3.3s、3.4s、3.5s、3.6s、3.7s、3.8s、3.9s或4.0s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的减载控制过程包括：
S200、根据燃料电池系统的需求功率降低输出功率并计算功率减载变化率，逻辑判断功率减载变化率是否低于功率减载变化率阈值，如果判断结果为是，进入步骤S210，如果判断结果为否，进入步骤S220；
S210、空压机的降速斜率减缓，对降速斜率的减缓过程计时，当计时时间达到预设的排水时间后，进入步骤S211；
S211、逻辑判断氢空压差是否高于压差阈值，如果判断结果为是，进入步骤S212，如果判断结果为否，进入步骤S213；
S212、开启燃料电池系统的排水阀，排出多余水分后返回步骤S211；
S213、延迟特定时间后，空压机按照正常的降速斜率减载输出，结束进程；
S220、空压机按照正常的降速斜率减载输出，结束进程。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S200中，所述的功率减载变化率阈值为-3kw/s。
优选地，步骤S210中，所述的空压机的降速斜率减缓至-500rpm/s。
优选地，所述的空压机的降速斜率的减缓过程维持2～5s，例如可以是2.0s、2.2s、2.4s、2.6s、2.8s、3.0s、3.2s、3.4s、3.6s、3.8s、4.0s、4.2s、4.4s、4.6s、4.8s或5.0s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
需要说明的是，空压机降速斜率的减缓过程的维持时间与电堆功率有关，电堆功率越高，降速斜率的减缓过程维持的时间越长，示例性地，当电堆功率为额定功率的10～100％时，降速斜率的减缓过程维持的时间为2～5s。但并不意味着，其他可能的维持时间不在本发明的保护范围和公开范围之内，具体维持时间需要本领域技术人员根据不同的电堆特性进行适当选择。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S211中，所述的压差阈值为0.5bar。
优选地，步骤S213中，所述的特定时间为3～8s，例如可以是3s、4s、5s、6s、7s或8s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S213和步骤S220中，正常的降速斜率与功率减载变化率相匹配，正常的降速斜率上限为空压机降速上限。
需要说明的是，本发明所指的正常降速斜率为非固定值，与功率减载变化率和空压机降速上限有关，需要本领域技术人员基于目标需求功率确定的功率减载变化率进行合理选择，首先该正常降速斜率应满足电堆的功率减载变化率，并与电堆的功率减载变化率相匹配，同时还不能超过空压机的降速上限，而空压机的降速上限又与空压机本身的特性有关，本发明并未限定电堆和空压机的特性以及目标需求功率，因此，不便也无法做出具体限定和特殊要求。
所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在加载控制过程中，本发明综合考虑了燃料电池系统的需求功率大小和功率加载变化率，构建了性能系数，该性能系数反映了整车驾驶员的行驶意图，并建立起了需求功率和功率加载变化率与性能系数之间的逻辑关系，基于该逻辑关系设计了逻辑表，操作人员可以依据需求功率和功率加载变化率通过简单的查表操作确定性能系数，再根据性能系数对供氢压力、排水阀以及空压机控制指令进行控制，满足了燃料电池系统在快速功率响应情况下电堆单体电压分布一致性，有效解决了动态加载过程中，电堆内氢气压力分布不均、空气流量不足以及瞬间产水过多造成局部水淹等问题。
在减载控制过程中，通过燃料电池系统的功率减载变化率控制空压机降速斜率减缓，排出多余水分，有效解决了由于减载计量比等条件的下降而无法及时排出减载前的产水等问题；同时，通过及时开启排水阀，保证了氢空压差稳定，有效改善了负载瞬间降低时，由于氢压骤增而引起的氢空压差过大的风险。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的燃料电池系统加载过程的控制流程图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的燃料电池系统减载过程的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中本发明提供了一种燃料电池系统的动态控制方法，包括加载控制过程和减载控制过程。
其中，加载控制过程如图1所示，包括如下控制步骤：
S100、根据燃料电池系统的需求功率和功率加载变化率查询逻辑表确定性能系数，查询规则为：
当需求功率为额定功率的10～30％时，定义为低功率状态；需求功率为额定功率的30～60％，定义为中功率状态；当需求功率为额定功率的60～100％时，定义为高功率状态；
当功率加载变化率≤5kw/时，定义为功率变化平缓；当5kw/s＜功率加载变化率≤10kw/s时，定义为功率变化适中；当10kw/s＜功率加载变化率≤20kw/s时，定义为功率变化紧急，性能系数选取遵循下述逻辑表中的查询规则：
低功率 中功率 高功率
功率变化平缓 1 1 2
功率变化适中 1 2 3
功率变化紧急 2 3 3
查表所得为性能系数，当性能系数为1时，进行步骤S110；当性能系数为2时，进行步骤S120；当性能系数为3时，进行步骤S130；
S110、提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，空压机的空气计量比提升20～40％，空氢压差目标值提升至1.5～3.5bar，排水阀工作能量阈值和排水阀开启时间维持正常工作状态，正常工作状态下，所述的排水阀工作能量阈值维持在300～900kJ，排水阀开启时间维持在0.1～2s，进入步骤S111；
S111、查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，如果判断结果为是，返回步骤S110，如果判断结果为否，结束进程；
S120、提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，空压机的空气计量比提升20～40％，空氢压差目标值提升至1.5～3.5bar，降低排水阀工作能量阈值并延长排水阀开启时间，排水阀工作能量阈值降至100～300kJ，排水阀开启时间延长至2～4s，进入步骤S121；
S121、查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，如果判断结果为是，返回步骤S120，如果判断结果为否，结束进程；
S130、提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，空压机的空气计量比提升20～40％，空氢压差目标值提升至1.5～3.5bar，降低排水阀工作能量阈值，排水阀立即开启并延长排水阀开启时间，排水阀工作能量阈值降至100～300kJ，排水阀开启时间延长至2～4s，进入步骤S131；
S131、查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，如果判断结果为是，返回步骤S130，如果判断结果为否，结束进程。
减载控制过程如图2所示，具体包括如下控制步骤：
S200、根据燃料电池系统的需求功率降低输出功率并计算功率减载变化率，逻辑判断功率减载变化率是否低于功率减载变化率阈值(-3kw/s)，如果判断结果为是，进入步骤S210，如果判断结果为否，进入步骤S220；
S210、空压机的降速斜率减缓至-500rpm/s，对降速斜率的减缓过程计时，维持2～5s，当计时时间达到预设的排水时间后，进入步骤S211；
S211、逻辑判断氢空压差是否高于压差阈值(0.5bar)，如果判断结果为是，进入步骤S212，如果判断结果为否，进入步骤S213；
S212、开启燃料电池系统的排水阀，排出多余水分后返回步骤S211；
S213、延迟特定时间后，空压机按照正常的降速斜率减载输出，正常的降速斜率与功率减载变化率相匹配，正常的降速斜率上限为空压机降速上限，直至达到目标需求功率，结束进程；
S220、空压机按照正常的降速斜率减载输出，正常的降速斜率与功率减载变化率相匹配，正常的降速斜率上限为空压机降速上限，直至达到目标需求功率，结束进程。
实施例1
本实施例提供了一种燃料电池的加载控制过程，所述的加载控制过程包括如下控制步骤：
(1)根据燃料电池系统的需求功率和功率加载变化率查询逻辑表确定性能系数，查询规则为：
当需求功率为额定功率的10～30％时，定义为低功率状态；需求功率为额定功率的30～60％，定义为中功率状态；当需求功率为额定功率的60～100％时，定义为高功率状态；
当功率加载变化率≤5kw/时，定义为功率变化平缓；当5kw/s＜功率加载变化率≤10kw/s时，定义为功率变化适中；当10kw/s＜功率加载变化率≤20kw/s时，定义为功率变化紧急，性能系数选取遵循下述逻辑表中的查询规则：
低功率 中功率 高功率
功率变化平缓 1 1 2
功率变化适中 1 2 3
功率变化紧急 2 3 3
查表后，确定性能系数为2，进行步骤(2)；
(2)提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，空压机的空气计量比提升30％，空氢压差目标值提升至2bar，降低排水阀工作能量阈值并延长排水阀开启时间，排水阀工作能量阈值降至200kJ，排水阀开启时间延长至3s，进入步骤S121；
(2)查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，经判断后确定判断结果为否，结束进程。
实施例2
本实施例提供了一种燃料电池的加载控制过程，所述的加载控制过程包括如下控制步骤：
(1)根据燃料电池系统的需求功率和功率加载变化率查询逻辑表确定性能系数，查询规则为：
当需求功率为额定功率的10～30％时，定义为低功率状态；需求功率为额定功率的30～60％，定义为中功率状态；当需求功率为额定功率的60～100％时，定义为高功率状态；
当功率加载变化率≤5kw/时，定义为功率变化平缓；当5kw/s＜功率加载变化率≤10kw/s时，定义为功率变化适中；当10kw/s＜功率加载变化率≤20kw/s时，定义为功率变化紧急，性能系数选取遵循下述逻辑表中的查询规则：
低功率 中功率 高功率
功率变化平缓 1 1 2
功率变化适中 1 2 3
功率变化紧急 2 3 3
查表确定性能系数为3，进行步骤(2)；
(2)提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，空压机的空气计量比提升40％，空氢压差目标值提升至3bar，降低排水阀工作能量阈值，排水阀立即开启并延长排水阀开启时间，排水阀工作能量阈值降至300kJ，排水阀开启时间延长至4s，进入步骤(3)；
(3)查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，经判断后确定判断结果为是，返回步骤(2)，提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，降低排水阀工作能量阈值，排水阀立即开启并延长排水阀开启时间，进入步骤(4)；
(4)再次查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，经判断后确定判断结果为否，结束进程。
实施例3
本实施例提供了一种燃料电池的减载控制过程，所述的控制过程具体包括如下控制步骤：
(1)根据燃料电池系统的需求功率降低输出功率并计算功率减载变化率，逻辑判断功率减载变化率是否低于功率减载变化率阈值(-3kw/s)，经判断后确定判断结果为否，进入步骤(2)；
(2)空压机按照正常的降速斜率减载输出，正常的降速斜率与功率减载变化率相匹配，正常的降速斜率上限为空压机降速上限，直至达到目标需求功率，结束进程。
实施例4
本实施例提供了一种燃料电池的减载控制过程，所述的控制过程具体包括如下控制步骤：
(1)根据燃料电池系统的需求功率降低输出功率并计算功率减载变化率，逻辑判断功率减载变化率是否低于功率减载变化率阈值(-3kw/s)，经判断后确定判断结果为是，进入步骤(2)；
(2)空压机的降速斜率减缓至-500rpm/s，对降速斜率的减缓过程计时，维持3s，当计时时间达到预设的排水时间后，进入步骤(3)；
(3)逻辑判断氢空压差是否高于压差阈值(0.5bar)，判断后确定判断结果为是，进入步骤(4)；
(4)开启燃料电池系统的排水阀，排出多余水分后返回步骤(3)，再次判断氢空压差是否高于压差阈值(0.5bar)，判断后确定判断结果为否，进入步骤
(5)；
(5)延迟特定时间后，空压机按照正常的降速斜率减载输出，正常的降速斜率与功率减载变化率相匹配，正常的降速斜率上限为空压机降速上限，直至达到目标需求功率，结束进程。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (18)

1.一种燃料电池系统的动态控制方法，其特征在于，所述的动态控制方法包括加载控制过程和减载控制过程；
所述的加载控制过程包括：通过需求功率和功率加载变化率查询逻辑表确定性能系数，根据性能系数大小反馈控制空压机的空气计量比、空氢压差目标值、排水阀工作能量阈值和排水阀开启时间；
所述的减载控制过程包括：根据功率减载变化率的大小反馈控制空压机的降速斜率和排水阀工作状态，排出多余水分，维持氢空压差稳定；
所述的加载控制过程包括：
S100、根据燃料电池系统的需求功率和功率加载变化率查询逻辑表确定性能系数为1、2或3，当性能系数为1时，进行步骤S110；当性能系数为2时，进行步骤S120；当性能系数为3时，进行步骤S130；
S110、提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，排水阀工作能量阈值和排水阀开启时间维持正常工作状态，进入步骤S111；
S111、查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，如果判断结果为是，返回步骤S110，如果判断结果为否，结束进程；
S120、提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，降低排水阀工作能量阈值并延长排水阀开启时间，进入步骤S121；
S121、查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，如果判断结果为是，返回步骤S120，如果判断结果为否，结束进程；
S130、提升空压机的空气计量比和空氢压差目标值，降低排水阀工作能量阈值，排水阀立即开启并延长排水阀开启时间，进入步骤S131；
S131、查询逻辑表重新确定性能系数并判断性能系数是否维持，如果判断结果为是，返回步骤S130，如果判断结果为否，结束进程；
步骤S100中，所述的逻辑表的查询规则为：
需求功率为额定功率的10～30％，不包括30％，且功率加载变化率≤10kw/s时，确定性能系数为1；
需求功率为额定功率的10～30％，不包括30％，且10kw/s＜功率加载变化率≤20kw/s时，确定性能系数为2；
当需求功率为额定功率的30～60％，不包括60％，且功率加载变化率≤5kw/s时，确定性能系数为1；
需求功率为额定功率的30～60％，不包括60％，且5kw/s＜功率加载变化率≤10kw/s时，确定性能系数为2；
需求功率为额定功率的30～60％，不包括60％，且10kw/s＜功率加载变化率≤20kw/s时，确定性能系数为3；
需求功率为额定功率的60～100％，不包括100％，且功率加载变化率≤5kw/s范围内时，确定性能系数为2；
需求功率为额定功率的60～100％，不包括100％，且5kw/s＜功率加载变化率≤20kw/s范围内时，确定性能系数为3；
所述的减载控制过程包括：
S200、根据燃料电池系统的需求功率降低输出功率并计算功率减载变化率，逻辑判断功率减载变化率是否低于功率减载变化率阈值，如果判断结果为是，进入步骤S210，如果判断结果为否，进入步骤S220；
S210、空压机的降速斜率减缓，对降速斜率的减缓过程计时，当计时时间达到预设的排水时间后，进入步骤S211；
S211、逻辑判断氢空压差是否高于压差阈值，如果判断结果为是，进入步骤S212，如果判断结果为否，进入步骤S213；
S212、开启燃料电池系统的排水阀，排出多余水分后返回步骤S211；
S213、延迟特定时间后，空压机按照正常的降速斜率减载输出，直至达到目标需求功率，结束进程，所述的特定时间为3～8s；
S220、空压机按照正常的降速斜率减载输出，直至达到目标需求功率，结束进程。
2.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S110中，空压机的空气计量比提升20～40％。
3.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S110中，所述的空氢压差目标值提升至1.5～3.5bar。
4.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S110中，正常工作状态下，所述的排水阀工作能量阈值维持在300～900kJ。
5.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S110中，正常工作状态下，所述的排水阀开启时间维持在0.1～2s。
6.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S120中，空压机的空气计量比提升20～40％。
7.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S120中，所述的空氢压差目标值提升至1.5～3.5bar。
8.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S120中，所述的排水阀工作能量阈值降至100～300kJ。
9.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S120中，所述的排水阀开启时间延长至2～4s。
10.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S130中，空压机的空气计量比提升20～40％。
11.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S130中，所述的空氢压差目标值提升至1.5～3.5bar。
12.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S130中，所述的排水阀工作能量阈值降至100～300kJ。
13.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S130中，所述的排水阀开启时间延长至2～4s。
14.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S200中，所述的功率减载变化率阈值为-3kw/s。
15.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S210中，所述的空压机的降速斜率减缓至-500rpm/s。
16.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S200中，所述的空压机的降速斜率的减缓过程维持2～5s。
17.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S211中，所述的压差阈值为0.5bar。
18.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，步骤S213和步骤S220中，正常的降速斜率与功率减载变化率相匹配，正常的降速斜率上限为空压机降速上限。
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