利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2019102651762
申请人: 南京机电职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.燃料电池电动汽车启停过程智能控制方法,其特征在于:包括智能控制装置,所述智能控制装置包括质子交换膜燃料电池堆(1)、燃料电控阀门(2)、压力调节器(3)、三通阀门(4)、逆变器(5)、短路电控开关(6)、可调虚拟负载(7)、空气压力传感器(8)、氢气压力传感器(9)、空气排气门电控阀门(10)、空气进气压缩机(11)、燃料循环泵(12)、控制器(13);

所述质子交换膜燃料电池堆(1)由电池堆体(101)、电池正极(102)、空气出口(103)、空气流道(104)、空气进口(105)、燃料出口(106)、燃料流道(107)、燃料进口(108)、电池负极(109)构成;

氢气供给与燃料进口(108)连接,中间依次串联燃料电控阀门(2)、压力调节器(3)、三通阀门(4),燃料出口(106)与三通阀门(4)连接,中间串联燃料循环泵(12),所述氢气压力传感器(9)安装在燃料流道(107)内壁;

空气供给与空气进口(105)连接,中间串联空气进气压缩机(11),空气出口(103)安装空气排气门电控阀门(10);

所述电池正极(102)与电池负极(109)分别安装在逆变器(5)正端口与负端口,电池正极(102)与电池负极(109)还并联一条支路,并联支路由短路电控开关(6)与可调虚拟负载(7)串联构成;

所述控制器(13)输入端与电池堆体(101)阴极电位传感器连接,检测电池堆体(101)的阴极电位,控制器(13)输入端还与空气压力传感器(8)、氢气压力传感器(9)连接,检测质子交换膜燃料电池堆(1)的空气流道(104)与燃料流道(107)的压力,控制器(13)的输出分别与控制端口K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7连接;

K1是燃料循环泵(12)的控制端口;

K2是燃料电控阀门(2)的控制端口;

K3是压力调节器(3)的控制端口;

K4是短路电控开关(6)的控制端口;

K5是可调虚拟负载(7)的控制端口;

K6是空气排气门电控阀门(10)的控制端口;

K7是空气进气压缩机(11)的控制端口;

启动过程控制包括如下步骤:

第一步:控制器(13)控制K6,关闭空气排气门电控阀门(10);

第二步:控制器(13)控制K2,打开燃料电控阀门(2);

第三步:控制器(13)控制K4、K5,接通虚拟负载,即接通短路电控开关(6)与可调虚拟负载(7);

第四步:控制器(13)控制K6、K7,打开空气排气门电控阀门(10)与空气进气压缩机(11);

第五步:控制器(13)控制K1、K2、K3,打开燃料电控阀门(2),控制压力调节器(3)与燃料循环泵(12),保持燃料流道(107)内的氢气压力平稳;

所述第三步:控制器(13)控制K4、K5,接通虚拟负载,即接通短路电控开关(6)与可调虚拟负载(7),具体虚拟负载大小的控制方案采用开环模糊控制:模糊控制器的控制结构为2输入、单输出结构:

输入变量x1:阴极电位;

输入变量x2:阳极残余氢气浓度;

输出量为虚拟负载的控制量u,控制接入虚拟负载的大小;

输入输出变量论域和量化因子:

输入变量x1、输入变量x2的基本论域设计为(‑200V,+200V),然后将两个输入量分为5个语言变量,即正大(PB)、正中(PM)、零(ZE)、负中(NM)、负大(NB),两个输入量的5个语言变量在基本论域(‑200V,+200V)的隶属度函数为三角形与梯形组合式隶属度函数;

输出变量u基本论域为(‑80kW,+80kW),然后将这个变化量分为5个语言变量,即正大(PB)、正中(PM)、零(ZE)、负中(NM)、负大(NB);输出变量的5个语言变量在基本论域(‑80kW,+80kW)的隶属度函数为三角形与梯形组合式隶属度函数;

模糊控制规则的设计:

设计模糊控制规则的原则是当误差大或者较大时,选择控制量以尽快消除误差为主,而当误差小或者较小时,选择控制量要控制超调量,模糊控制规则表为:解模糊:

解模糊采用最大隶属度方法进行解模糊;

所述第五步:控制器(13)控制K1、K2、K3,打开燃料电控阀门(2),控制压力调节器(3)与燃料循环泵(12),保持燃料流道(107)内的氢气压力平稳;其具体压力控制方案为闭环模糊控制,采集压力误差信号与压力误差信号的变换量,通过模糊控制算法获得压力调节器(3)控制量信号:模糊控制器的控制结构为2输入、单输出结构:

输入变量e1:压力误差;

输入变量e2:压力误差变化率;

输出量为压力调节器(3)控制量信号y,

各输入变量的模糊分割为:

输入变量e1:[PB(正大),ZE(零),NB(负大)]输入变量e2:[PB(正大),ZE(零),NB(负大)]输出变量y:采用T‑S模糊模型,输出值是精确值,无需模糊分割;

模糊推理:

m

T‑S模糊模型采用“if‑then”规则定义模糊规则,具体T‑S模糊控制规则为R,其中,m为模糊系统的模糊集合为控制规则总数,m=1,2,...,18, 为模糊系统的模糊集合,i为模糊集合数,i=1,2,3,即正大、零、负大,j为输入变量个数,j=1,2; 与 为模糊系统参数,范围为(0,1),ym为根据模糊控制规则得到的输出,输入部分是模糊的,输出部分是确定的,T‑S模糊推理表示输出为输入的线性组合;

本发明输入变量x=[x1,x2],首先根据模糊规则计算各输入变量的隶属度:式中, 分别为隶属度函数的中心和宽度;

模糊计算与输出:

将隶属度进行模糊计算,采用模糊算子为连乘算子:

根据模糊计算结果计算模糊模型的输出值y:

2.如权利要求1所述的燃料电池电动汽车启停过程智能控制方法,其特征在于,停止过程控制包括如下步骤:第一步:控制器(13)控制K2,先关闭燃料电控阀门(2),再控制K1、K3,关闭燃料循环泵(12)与压力调节器(3);

第二步:控制器(13)控制K7,先关闭空气进气压缩机(11),再控制K6,后关闭空气排气门电控阀门(10);

控制器(13)控制K2,打开燃料电控阀门(2);

第三步:控制器(13)控制K4、K5,接通虚拟负载,即接通短路电控开关(6)与可调虚拟负载(7);具体虚拟负载大小的控制方案亦采用开环模糊控制。