一种燃料电池发电系统在线标定方法、装置及相应设备与流程 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本技术涉及电池标定的技术领域，具体涉及一种燃料电池发电系统在线标定方法、装置及相应设备。背景技术：2.燃料电池工作时，燃料在阳极失去电子发生氧化反应，电子经外电路流向阴极并与氧化剂发生还原反应，从而将燃料化学能转化为电能；反应过程产生热量，需要及时将热量转移保证系统工作在合适的温度范围。3.作为移动设备动力源的燃料电池，需要满足车辆变工况时的动力输出要求，为保证燃料电池发电系统能够高效稳定工作，需要在全工况范围内对其燃料供给子系统、氧化剂供给子系统及热管理子系统进行精确控制，并将所有控制参数固化在其控制器内使其能够自动运行。为实现此目标，需要在产品开发阶段对各子系统的工作参数进行全工况标定，包括离线标定和在线标定。4.离线标定：主要目标是确定各子系统的基础map(mean average precision)值，标定过程中各子系统独立运行不耦合，燃料电池不对外发电，标定结果为在线标定提供参考基准。5.在线标定：标定时，电堆及各子系统均处于运行状态，各子系统之间存在耦合影响，需调节的参数和满足的指标较多，每个调节参数均可能对多个指标产生不同程度的影响，且不同指标对电堆影响程度差别较大，如有些影响系统安全，必须优先满足，有些影响系统效率，可逐步优化。6.图1为现有技术方案中的燃料电池标定方法，该方法主要采用集成后的燃料电池发电系统结合电堆参数直接开展基于系统标定，通过调节各子系统工作参数满足电堆对空气、氢气和工作温度范围要求，其主要调节方式为pid调节，标定过程主要工作为确定pid调节参数或部分修正值。7.现有技术对离线标定结果利用程度低，在线标定时各标定参数无参考基准，技术人员操作时只能根据自身经验对可控变量进行调节以满足电堆主要性能要求，操作难度大易导致标定时反复进入停机保护，影响工作效率且易损坏系统；同时，当前技术方案对电化学反应影响较大冷却水温未进行严格控制，虽然通过散热系统匹配能保证电堆维持在要求的工作温度范围内，但较大的水温波动会导致标定结果无法复现，标定map适应性差；另外，大量参数通过pid调节，容易出现部分参数大幅波动进而影响系统观测指标稳定性，导致标定操作难以可靠进行。8.由上可知，在线标定对技术人员来说，存在着工作复杂、操作难度大的问题，影响燃料电池发电系统的标定精度。技术实现要素：9.为了解决上述技术缺陷之一，本技术实施例中提供了一种燃料电池发电系统在线标定方法、装置及相应设备，能够降低技术人员操作难度、减少工作量及降低操作风险，有效提高在线标定准确性。10.根据本技术实施例的第一个方面，提供了一种燃料电池发电系统在线标定方法，包括：11.步骤s10，设置在线标定时的温度间隔和电流间隔，得到燃料电池工作温度范围内的m个水温离散值，以及燃料电池电流输出范围内的n个电流离散值；12.步骤s20，当燃料电池发电系统处于启动后的怠速状态时，燃料电池发电系统与电子负载之间的开关处于断开状态，设置电子负载为电流控制模式；13.步骤s30，当燃料电池发电系统从怠速状态进入稳定状态后，对燃料电池发电系统进行水温控制的温控设备启动并逐步达到预设的水温值；14.步骤s40，向燃料电池发电系统发送标定参数的初始值；15.步骤s50，获取燃料电池发电系统运行在不同水温离散值、不同电流离散值的观测指标值；16.将每一个水温离散值、电流离散值下的观测指标值分别与预设的阈值范围进行对比，若观测指标值处于阈值范围内，则，记录标定参数；否则，向燃料电池发电系统发送标定参数的调整值，并循环执行步骤s50，直到观测指标值处于设定阈值范围内；17.其中，所述步骤s10中，所述电流间隔根据离线标定map中的电流-控制参数数据表进行确定；所述步骤s40中，所述标定参数的初始值根据离线标定的map值进行设定。18.根据本技术实施例的第二个方面，提供了一种燃料电池发电系统在线标定装置，包括：19.电子负载，与燃料电池发电系统连接；20.电子负载控制器，用于控制电子负载的电流运行参数；21.燃料电池控制器，用于向燃料电池发电系统发送标定参数；22.温控设备，用于在线标定过程中，为燃料电池发电系统提供在指定水温值；23.数据采集模块，用于采集标定过程中的观测指标值；24.标定模块，用于在标定前，确定在线标定时的温度间隔和电流间隔，得到燃料电池工作温度范围内的m个水温离散值，以及燃料电池电流输出范围内的n个电流离散值；以及当燃料电池发电系统处于启动后的怠速状态时，燃料电池发电系统与电子负载之间的开关处于断开状态，设置电子负载为电流控制模式；以及当燃料电池发电系统从怠速状态进入稳定状态后，控制温控设备启动并逐步达到预设的水温值；25.在标定过程中，根据观测指标值，向燃料电池控制器发送标定参数调整指令，向电子负载控制器发送电流调整指令，向温控设备发送水温调整指令，并记录观测指标值处于阈值范围内的标定参数。26.根据本技术实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括：27.存储器；28.处理器；以及29.计算机程序；30.其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如上所述的方法。31.根据本技术实施例的第四个方面，提供了一种计算机可读存储设备，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现如上任一项所述的方法。32.采用本技术实施例中提供的一种燃料电池发电系统在线标定方法、装置及相应设备，以离线标定map为基础，采用稳定、可调的温度值作为温度条件；在线标定过程中，在燃料电池的全输出范围内，通过采集并判断观测指标值值的方式，调整标定参数值，确保标定过程安全高效、标定结果可重复性强，能够降低技术人员操作难度、减少工作量及降低操作风险，有效提高在线标定准确性，实用性极强。附图说明33.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：34.图1为现有技术中的燃料电池标定方法的结构示意图；35.图2为本技术实施例提供的一种燃料电池发电系统在线标定方法的流程示意图；36.图3为本技术实施例中步骤s50的流程示意图；37.图4为本技术实施例提供的一种燃料电池发电系统在线标定装置的结构示意图；38.图中：39.1为电子负载，2为电子负载控制器，3为燃料电池控制器，4为温控设备，5为数据采集模块，6为标定模块，7为燃料电池发电系统。具体实施方式40.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。41.在实现本技术的过程中，发明人发现：燃料电池发电系统输出受各种环境条件的影响，若标定工作只在某一条件下进行，或标定时环境条件不稳定，则得出的标定结果适用性差且很难复现，进而导致系统无法稳定输出。42.因此，标定过程需确保环境参数稳定、可调，测试过程需覆盖各种不同环境，保证结果稳定、可复现，基于此，本技术提出了种燃料电池发电系统在线标定方法、装置及相应设备。43.实施例一44.如图2所示，本技术实施例中提供了一种燃料电池发电系统在线标定方法，包括：45.步骤s10，设置在线标定时的温度间隔和电流间隔，得到燃料电池工作温度范围内的m个水温离散值，以及燃料电池电流输出范围内的n个电流离散值；46.步骤s20，当燃料电池发电系统处于启动后的怠速状态时，燃料电池发电系统与电子负载之间的开关处于断开状态，设置电子负载为电流控制模式；47.步骤s30，当燃料电池发电系统从怠速状态进入稳定状态后，对燃料电池发电系统进行水温控制的温控设备启动并逐步达到预设的水温值；48.步骤s40，向燃料电池发电系统发送标定参数的初始值；49.步骤s50，获取燃料电池发电系统运行在不同水温离散值、不同电流离散值的观测指标值；50.将每一个水温离散值、电流离散值下的观测指标值分别与预设的阈值范围进行对比，若观测指标值处于阈值范围内，则，记录标定参数；否则，向燃料电池发电系统发送标定参数的调整值，并循环执行步骤s50，直到观测指标值处于设定阈值范围内；51.其中，所述步骤s10中，所述电流间隔根据离线标定map中的电流-控制参数数据表进行确定；所述步骤s40中，所述标定参数的初始值根据离线标定的map值进行设定；52.所述的预设阈值根据离线标定map中的标定参数进行设定。53.具体地，所述步骤s20中，电子负载的电流控制模式为：负载根据设定的电流值进行拉载。54.本实施例中，燃料电池发电系统为标定对象，包括电堆、空气供给系统、氢气循环系统等，其标定参数包括：空压机转速、背压阀开度、电磁比例阀开度、氢气循环泵转速、排氢阀开启间隔和排氢阀开启时长。55.本实施例中，对燃料电池电化学反应影响最大的水温通过外部温控设备(如：冷却水塔)保持恒定，并在电堆允许的工作温度范围内选择多个水温离散值开展标定实验，能够得到多张在线map，保证标定结果适应不同的环境条件，标定参数能够准确复现测试时燃料电池系统的工作状态；使得在线标定得到的在线map重复性好，对环境条件变化的适应性强。56.此外，空气温度影响已在空气系统离线标定阶段考虑，在此不做测试实验。57.本实施例提供的一种燃料电池发电系统在线标定方法，以离线标定map为基础，采用稳定、可调的温度值作为温度条件；在线标定过程中，在燃料电池的全输出范围内，通过采集并判断观测指标值值的方式，调整标定参数值，确保标定过程安全高效、标定结果可重复性强，能够降低技术人员操作难度、减少工作量及降低操作风险，有效提高在线标定准确性，实用性极强。58.实施例二59.如图3所示，在实施例一的基础上，所述步骤s50，包括：60.步骤s501，设置温控设备的温度值为tw,j；61.步骤s502，设置电子负载的输出电流为ii；62.步骤s503，令j＝1，i＝1，在tw,j、ii运行工况下，获取燃料电池发电系统的观测指标值；63.步骤s504，判断tw,j、ii运行工况下的观测指标值是否处于阈值范围内，若是，则，记录标定参数，并执行步骤s506；否则，执行步骤s505；64.步骤s505，向燃料电池发电系统发送标定参数的调整值，并重新执行步骤s503～s步骤504，直到tw,j、ii运行工况下的观测指标值处于阈值范围内，并记录标定参数；65.步骤s506，令i＝i+1、且i＜n，并执行步骤s503～步骤s505，执行下一个电流离散值对应的观测指标值的获取及判断，直到遍历完所有电流离散值；66.步骤s507，令j＝j+1、且i＜m，并执行步骤s503～步骤s 506，直到遍历完所有水温离散值；67.完成m水温离散值、n个电流离散值运行工况下所有标定参数的记录。68.本实施例中，燃料电池工作温度范围的表达式为：[tw,min,tw,max]；所述燃料电池电流输出范围的表达式为[imin,imax]；标定过程中：[0069]tw,min≤tw,j≤tw,max、imin≤ii≤imax。[0070]具体地，所述步骤s50中，燃料电池发电系统的观测指标包括：阴阳极压差、单体离均差和单体电压平均值。[0071]进一步地，所述步骤s50中，向燃料电池发电系统发送标定参数的调整值包括：[0072]步骤s5051，根据标定参数对观测指标的影响力，对每个观测指标对应的标定参数进行影响力从大小排序；具体为：[0073]标定参数对阴阳极压差的影响力，从大到小的排序为：[0074]电磁比例阀开度、空压机转速、背压阀开度、氢气循环泵转速、排氢阀开启间隔和排氢阀开启时长；[0075]标定参数对单体离均差的影响力，从大到小的排序为：[0076]空压机转速、排氢阀开启间隔、排氢阀开启时长、氢气循环泵转速、背压阀开度、电磁比例阀开度；[0077]标定参数对单体电压平均值的影响力，从大到小的排序为：[0078]空压机转速、电磁比例阀开度、氢气循环泵转速、背压阀开度、排氢阀开启间隔和排氢阀开启时长；[0079]步骤s5052，判断标定参数与阈值范围的偏离方向，根据偏离方向及影响力排序依次，设定每个标定参数的调整值；[0080]步骤s5053，将标定参数的调整值发送至燃料电池发电系统，以使燃料电池发电系统根据标定参数的调整值运行。[0081]本实施例中，所述标定参数与阈值范围的偏离方向具体为：[0082]所述阴阳极压差的偏离方向包括：阴极入口压力大于阈值范围和阴极入口压力小于阈值范围；[0083]单体离均差的偏离方向包括：离均差大于阈值范围和离均差小于阈值范围；[0084]单体电压平均值的偏离方向包括：电压平均值高于阈值范围和电压平均值低于阈值范围。[0085]表1标定参数与观测指标的影响关系[0086][0087]如上表所示，根据偏离方向及影响力排序依次，设定每个标定参数的调整值；具体可包括：[0088]建立偏离方向与每个标定参数调整值的关系表；[0089]根据关系表，输出每个标定参数的调整值。[0090]以观测指标为阴阳极压差为例，进行说明：[0091]当所述阴阳极压差的偏离方向为阴极入口压力小于阈值范围，需要进行增加入口压力的操作，对应的标定参数的操作包括：[0092]增大电磁比例阀开度，增大空压机转速、减小背压阀开度、增大氢气循环泵转速、增大排氢阀开启间隔及增大排氢阀开启时长开启时长。[0093]本实施例中，可根据影响力大小排序，通过设置标定参数/每次的调整量，依次对每个标定参数进行调整，直到观测指标处于阈值范围内；[0094]或设置标定参数/每次的调整量，调整全部标定参数后，进行标定测试，直到直到观测指标处于阈值范围内。[0095]本实施例中，选择了对燃料电池安全、性能影响较大的阴阳极压差、单体离均差和单体电压平均值作为观测指标值，并将标定参数对观测指标值的影响方式和不同标定变量对同一指标的影响程度进行量化，操作人员只需按照本发明提供的标定方法，对照观测指标依次调整各个标定参数即可安全、高效的完成所有标定工作。[0096]此外，如图4所示，本技术还提供了一种燃料电池发电系统在线标定装置，包括：[0097]电子负载1，与燃料电池发电系统7连接；[0098]电子负载控制器2，用于控制电子负载1的电流运行参数；[0099]燃料电池控制器3，用于向燃料电池发电系统7发送标定参数；[0100]温控设备4，用于在线标定过程中，为燃料电池发电系统7提供在指定水温值；[0101]数据采集模块5，用于采集标定过程中的观测指标值；[0102]标定模块6，用于在标定前，确定在线标定时的温度间隔和电流间隔，得到燃料电池工作温度范围内的m个水温离散值，以及燃料电池电流输出范围内的n个电流离散值；以及当燃料电池发电系统7处于启动后的怠速状态时，燃料电池发电系统7与电子负载1之间的开关处于断开状态，设置电子负载1为电流控制模式；以及当燃料电池发电系统7从怠速状态进入稳定状态后，控制温控设备4启动并逐步达到预设的水温值；[0103]在标定过程中，根据观测指标值，向燃料电池控制器3发送标定参数调整指令，向电子负载控制器2发送电流调整指令，向温控设备4发送水温调整指令，并记录观测指标值处于阈值范围内的标定参数。[0104]此外，本技术还提供了一种电子设备，包括：[0105]存储器；[0106]处理器；以及[0107]计算机程序；[0108]其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如上所述的方法。[0109]此外，本技术还提供了一种计算机可读存储设备，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现如上任一项所述的方法。[0110]本技术可应用于不同功率等级的燃料电池在线测试，且已应用在某公司燃料电池系统设计开发中，该应用过程中：[0111]燃料电池的电堆净输出功率为30kw，空气供给系统、氢气供给系统已完成离线标定，采用独立水循环系统控制电堆冷却水入口温度，将燃料电池控制器、电子负载控制器及冷却水循环控制器统一接入标定模块，采用本技术提出的在线标定方法完成了在线标定实验，结果表明采用此方法能大幅降低在线标定工作量，标定过程中系统仅在部分工况点出保护停机，标定结果稳定性好、可复现性强。[0112]本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，c语言、vhdl语言、verilog语言、面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。[0113]本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。[0114]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。[0115]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。[0116]尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。[0117]显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。









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