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氢燃料电池控制策略

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目录

30KW车用氢燃料电池控制策略 ........................................................................ 错误!未定义书签。目录 (3)

1控制策略的依据 (5)

230KW 车用氢燃料电池控制策略 (6)

2.1P&ID (7)

2.2模块技术规范 (8)

2.3用户接口 .......................................................................................................................... 错误!未定义书签。

2.4系统量定义 (10)

2.5电堆电芯(CELL)电压轮询检测策略 (12)

2.5.1Cell 巡检通道断线诊断处理................................................. 错误!未定义书签。

2.5.2Cell 巡检通道断线诊断结果处理 ................................ 错误!未定义书签。

2.6Cell 电压测算 ......................................................................................................... 错误!未定义书签。

2.7电堆健康度SOH评估..................................................................... 错误!未定义书签。

2.7.1特性曲线电阻段对健康度的评估方法.. 错误 !未定义书签。

2.8ALARM和 FAULT判定规则 (12)

2.9工作模式（CRM和CDR）策略 (16)

2.10电堆冷却液出口温度设定值策略 (17)

2.11空气流量需求量计算 (17)

2.12阳极氢气循环回路控制策略 ....................................................... 错误!未定义书签。

2.13阴极空气传输回路控制策略 (21)

2.14冷却液传输回路控制策略................................................................ 错误!未定义书签。

2.15阳极吹扫（Purge）过程 (23)

2.16防冻（Freeze）处理过程 (24)

2.17泄漏检查（LeakCheck）机理 (25)

2.17.1在CtrStat17下的LeakCheck (25)

2.17.2CtrState2 下的泄漏检查 (26)

2.18注水入泵（Prime）过程 (26)

2.19状态及迁移 (26)

2.19.1状态定义 (26)

2.19.2状态迁移图 (28)

2.19.3状态功能 (29)

2.19.4迁移条件 ................................................................................................................... 错误!未定义书签。

2.20CAN通讯协议。 .............................................................................................. 错误!未定义书签。3未确定事项............................................................................................................................... 错误!未定义书签。

1

1控制策略的依据

对于氢燃料电池，追求的指标有：能量密度、额定功率、最大峰

值功率（保持有限时间）、最小稳定功率（小于该功率，功率输出波

动大，长时间小于最小稳定功率下工作（包括开路），对电极有损伤））、效率（以氢气低燃值计算，净输出功率），生命周期、启动时间（从空闲到额定功率）、停机时间、环境要求（工作温度、存贮温度、湿

度、海拔（主要是大气压力和密度变化对电堆其它指标的影响））等。

这些指标，都反映在氢燃料电池的输出特性曲线（极化曲线）上。对氢燃料电池的设计、实验上，就是使输出特性曲线反映的指标最好。

影响输出特性曲线的因素很多，对于质子交换膜氢燃料电池，主要反映在 MEA 的工艺上，继而派生出的因素有：阳极氢气的输入口压力（本文档中，所有压力是指绝对压力）、阳极中氢气的湿度，阴极空气的压力和流速、阴极空气的湿度，阳极和阴极的的压差、膜的温度，因

流场气流的影响，流场入口端的湿度低于流场出口端的湿度，出现干端

和湿端，影响指标，为了平衡湿度，采取入口气体增湿工艺，阳极采用将出口处湿度高的氢气通过回流泵直接送回入口，增加阳极气体入口处的湿度。因此氢气回流泵的流速也算一个因素。因质子交

换膜氢燃料电池，在输出功率时会产生热量，为了达到稳定 MEA 的温度，就需要将热量消散掉。因此需要测试不同电流下的热量，用于

设计热源到冷却介质间的热阻（工艺设计中计算或测试）及冷却流道

的工艺参数。因阳极在输出功率时，湿度会逐渐增大，会产生水以及氢

气纯度会逐渐降低，到一定条件就需要将阳极的氢气置换（吹扫）一

次。

对于电堆，通过实验和测试，绘制各个因素组合下的输出特性曲线。根据这些测绘出的输出特性曲线，综合出各个指标。根据指标，在

输出特性曲线中，确定一个安全稳定工作区域。根据输出特性曲线的

安全稳定工作区域，再确定各个因素以输出电流为横轴的工作区

域。这些因数的工作区域，就是集成系统（模块）的技术规范（即电

堆生产厂的《电堆集成手册》）。

根据《电堆集成手册》，设计电堆模块，根据电堆模块的工艺，

形成《模块手册》。根据《模块手册》设计辅助系统工艺。最终形成

《系统工艺流程图》（P&ID）。对于应用还需要《应用需求》。以上

资源是控制策略的依据。

2氢燃料电池控制策略

控制策略内容包括：系统量定义，ALARM和 FAULT判定规则 ,节电压巡检处理策略，电堆冷却液出口温度设定值策略，工作模式（CRM 和 CDR）策略，阳极氢气循环回路控制策略，阴极空气传输回路控制策略，冷却液传输回路控制策略，阳极氢气吹扫（ Purge）过程，防冻（Freeze）处理过程，泄露检查（LeakCheck）过程、注水入泵（Prime）过程，冷启动过程，状态及迁移， CAN通讯协议。