氢燃料电池控制策略解析

本文档主要探讨了氢燃料电池的控制策略，涉及多个关键方面，旨在优化燃料电池的性能和寿命。控制策略的核心目标是确保燃料电池在各种工况下都能稳定高效地运行。 氢燃料电池控制策略的依据主要来源于对燃料电池输出特性曲线的研究，这些曲线反映了电池在不同条件下的性能指标，如能量密度、额定功率、最大峰值功率、最小稳定功率、效率、生命周期、启动和停机时间以及环境适应性。影响输出特性的关键因素包括阳极氢气压力、氢气湿度、阴极空气压力和流速、膜温度、湿度平衡、热管理以及阳极氢气吹扫等。 控制策略的具体内容涵盖以下几个关键部分： 1. **系统量定义**：明确系统中的各个变量，如电压、电流、压力、温度等，以便于准确监测和控制。 2. **ALARM和FAULT判定规则**：设定报警和故障判断标准，当系统参数超出预设范围时，能及时发出警告或触发保护机制。 3. **节电压巡检处理策略**：监控电池单元电压，确保每个单元都在正常范围内工作，防止局部过电压或欠电压导致的性能下降。 4. **电堆冷却液出口温度设定值策略**：通过精确调节冷却液温度，维持电堆在适宜的温度范围内运行，防止过热。 5. **工作模式策略（CRM和CDR）**：CRM（连续再生模式）和CDR（连续放电模式）是两种常见的工作模式，分别对应不同的功率需求和效率优化。 6. **阳极氢气循环回路控制策略**：通过氢气回流来调整阳极湿度，保持膜的湿润状态，防止干涸影响性能。 7. **阴极空气传输回路控制策略**：优化阴极氧气供应，提高氧化反应效率。 8. **冷却液传输回路控制策略**：有效散热，确保燃料电池系统的热稳定性。 9. **阳极氢气吹扫（Purge）过程**：定期清除阳极积聚的水分和杂质，保持氢气纯度。 10. **防冻（Freeze）处理过程**：低温环境下防止冷却液冻结，保护系统组件。 11. **泄露检查（LeakCheck）过程**：检测氢气和冷却液的泄漏，确保系统安全。 12. **注水入泵（Prime）过程**：启动时向系统添加适量冷却液，确保冷却回路的正常运行。 13. **冷启动过程**：在低温条件下启动燃料电池，需要特别的加热和预处理步骤。 14. **状态及迁移**：燃料电池在不同工作状态之间的转换策略，确保平稳过渡。 15. **CAN通讯协议**：利用控制器局域网（CAN）通信协议协调各组件间的信息传递，实现整个系统的集成控制。 这些控制策略是基于《电堆集成手册》、《模块手册》和《系统工艺流程图》（P&ID）制定的，同时需考虑具体应用需求，以确保氢燃料电池系统在实际操作中的可靠性和效率。通过精细的控制策略，可以优化氢燃料电池的性能，延长其使用寿命，并确保在各种环境条件下安全运行。