一种燃料电池控制参数的自动标定系统和方法与流程

1.本发明涉及燃料电池控制技术领域，具体是一种燃料电池控制参数的自动标定系统和方法。


背景技术：

2.目前燃料电池系统控制中空气供给，氢气供给，热管理模块大量采用pid控制pid控制中比列参数，积分参数，微分参数，变化率参数以及前馈参数需要确定，每套系统需要标定工程师手动进行参数确定，该参数确定过程称为标定，pid控制需要做大量的参数标定，每一个新系统都需要标定工程师手动标定，现有技术在标定过程中需要大量的人工参与，标定周期长，一套系统需要多人同时参数，且为持续重复工作，对标定工程师的专业水平要求较高，参数准确性受标定工程师主观因素影响较大，参数准确性直接影响效果因此，本领域技术人员提供了一种燃料电池控制参数的自动标定系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种燃料电池控制参数的自动标定系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种燃料电池控制参数的自动标定系统，包括燃电池系统，所述燃电池系统分为硬件组成部分和软件组成部分，其中硬件部分分为燃电池系统控制器、燃电池传感器、电子负载、低温试验箱和计算机usb-can卡；燃电池软件组成部分有计算机软件和燃电池控制器软件，其中燃电池系统控制器的通讯接口、电子负载的通讯接口和低温试验箱的通讯接口均通过计算机usb-can卡电性连接，计算机软件给燃电池系统控制器电子负载、低温试验箱和计算机usb-can卡发送指令并查询参数，燃电池控制器软件控制燃电池系统控制器的运转操作。
6.作为本发明再进一步的方案：其中，所述燃电池控制器软件内部设置有数据存储单元，存储单元包括比例参数、积分参数、微分参数变化率阐述以及前馈参数。
7.作为本发明再进一步的方案：其中，所述计算机软件内部设置有信号输出单元，信号输出单元包括数字信以及模拟信号，其中燃电池系统控制器是由can总线驱动器、微处理器、ad转换器以及运算放大器电路构成。
8.作为本发明再进一步的方案：其中，所述燃电池系统控制器根据电子负载给定的功率输出信号调节燃电池系统控制软件并根据当时状态控制电子负载的输出，其中电池系统控制器内部的can总线驱动器可以传输电池运行状态数据并发送给燃电池系统控制器内部的传感器，确定电池运行状态的最大功率增加值，根据电子负载给定的功率输出和当前燃电池的输出状态调节空气供应量和变化速度。
9.作为本发明再进一步的方案：其中，所述燃电池传感器包括燃电池总压传感器、燃
电池总电流传感器、电池温度传感器和空气入口压力传感器，其中燃电池传感器包括燃电池总压传感器和燃电池总电流传感器的检测信号通过ad转换器转换确定电池工作温度、空气压力、电池电压和电池电流，根据燃电池的输出特性确定当前状态下电子负载单位之间内的最大功率量。
10.作为本发明再进一步的方案：其中，所述燃电池控制器软件内的信号输出单元分为两路，一路是信号输出单元，另一路是电池管理系统，误差分析单元的计算结果输出到参数自动调整单元，参数自动调整单元内部包含计算模块，能够计算调整量的大小，调整后的参数与比例参数、积分参数、微分参数变化率阐述以及前馈参数相比较之后再输出到误差分析单元，然后再输入新的数据流，如此往复操作，直至达到目标设计参数要求。
11.作为本发明再进一步的方案：其中，
12.一、将所述燃料电池系统(含dc)、电子负载、低温试验箱和计算机usb-can卡进行安装，使其电性连接；
13.二、计算机软件和燃电池控制器软件具有以下功能；
14.燃料电池的启停控制，dc输出电流设定；
15.低温试验箱启停控制，温度设定；
16.燃料电池系统供氢，循水完成；
17.设置好各设备保护参数；
18.启动标定软件，标定软件将会启动各设备进入工作状态；
19.燃料电池的工作范围为0a到600a，设定燃料电池(30a，60a，90a....600a)20个稳态输出电流工作点，在各稳态工作点下持续工作15分钟，按固定步长动态调节氢路，空路，水路bop控制量，(调节范围,先后顺序已预先设定)；
20.计算机记录各稳态点条件，各bop控制量和电堆性能，待静态工作结束后计算机自动比较各条件下的电堆性能。得出最佳条件并保存数据，作为控制前馈值；
21.计算机控制燃料电池系统动态加载，加载电流0a-600a
‑‑
0a为一个周期，加载速率预先设定，在周期内按固定时间间隔调节p参数i参数d参数，调节范围和步长已预先设定；
22.动态加载完成后，记录各参数氢气路，空气路条件，目标变化幅度，比较得出最佳值保存作为标定数据；
23.在三个不同的温度下实行3到7过程得出不同温度下的参数，用作温度补偿参数；
24.将确定好的参数设定至燃料电池控制器，设定方式可以通过ccp协议也可以通过fcu应用层软件；
25.运行燃料，按固定斜率拉载，验证参数是否标定完成。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.1、通过计算机控制燃料电池系统动态加载，可以记录各参数氢气路，空气路条件，目标变化幅度，比较得出最佳值保存作为标定数据从而可以让标定参数更为准确；
28.2、计算机记录各稳态点条件，各bop控制量和电堆性能，待静态工作结束后计算机自动比较各条件下的电堆性能，得出最佳条件并保存数据，作为控制前馈值可以提高燃电池系统的研发效率和生产效率；
29.3、燃电池传感器包括燃电池总压传感器和燃电池总电流传感器的检测信号通过ad转换器转换确定电池工作温度、空气压力、电池电压和电池电流，根据燃电池的输出特性
确定当前状态下电子负载单位之间内的最大功率量提高了自动化程度。
附图说明
30.图1为本发明中其中电池控制参数的自动标定系统控制示意图；
31.图2为本发明中其中电池控制参数的自动标定方法流程图；
具体实施方式
32.请参阅图1至图2，一种燃料电池控制参数的自动标定系统，包括燃电池系统，燃电池系统分为硬件组成部分和软件组成部分，其中硬件部分分为燃电池系统控制器、燃电池传感器、电子负载、低温试验箱和计算机usb-can卡；燃电池软件组成部分有计算机软件和燃电池控制器软件，燃电池控制器软件内部设置有数据存储单元，存储单元包括比例参数、积分参数、微分参数变化率阐述以及前馈参数，计算机软件内部设置有信号输出单元，信号输出单元包括数字信以及模拟信号，其中燃电池系统控制器是由can总线驱动器、微处理器、ad转换器以及运算放大器电路构成，其中燃电池系统控制器的通讯接口、电子负载的通讯接口和低温试验箱的通讯接口均通过计算机usb-can卡电性连接，计算机软件给燃电池系统控制器电子负载、低温试验箱和计算机usb-can卡发送指令并查询参数，燃电池控制器软件控制燃电池系统控制器的运转操作。
33.具体的，燃电池系统控制器根据电子负载给定的功率输出信号调节燃电池系统控制软件并根据当时状态控制电子负载的输出，其中电池系统控制器内部的can总线驱动器可以传输电池运行状态数据并发送给燃电池系统控制器内部的传感器，确定电池运行状态的最大功率增加值，根据电子负载给定的功率输出和当前燃电池的输出状态调节空气供应量和变化速度，燃电池传感器包括燃电池总压传感器、燃电池总电流传感器、电池温度传感器和空气入口压力传感器，其中燃电池传感器包括燃电池总压传感器和燃电池总电流传感器的检测信号通过ad转换器转换确定电池工作温度、空气压力、电池电压和电池电流，根据燃电池的输出特性确定当前状态下电子负载单位之间内的最大功率量。
34.具体的，燃电池控制器软件内的信号输出单元分为两路，一路是信号输出单元，另一路是电池管理系统，误差分析单元的计算结果输出到参数自动调整单元，参数自动调整单元内部包含计算模块，能够计算调整量的大小，调整后的参数与比例参数、积分参数、微分参数变化率阐述以及前馈参数相比较之后再输出到误差分析单元，然后再输入新的数据流，如此往复操作，直至达到目标设计参数要求。
35.如下所示：
[0036][0037]
燃电池控制器软件具备空压机，氢气回流泵，风扇，水泵，排水阀标定部分。每部分均含参数设定，可设定参数包含：参数默认值，参数调整步长，参数调整范围，各参数在excel表中设定。
[0038]
一种燃料电池控制参数的自动标定方法：其中，将燃料电池系统(含dc)、电子负载、低温试验箱和计算机usb-can卡进行安装，使其电性连接；
[0039]
计算机软件和燃电池控制器软件具有以下功能；
[0040]
燃料电池的启停控制，dc输出电流设定；
[0041]
低温试验箱启停控制，温度设定；
[0042]
燃料电池系统供氢，循水完成；
[0043]
设置好各设备保护参数；
[0044]
启动标定软件，标定软件将会启动各设备进入工作状态；
[0045]
燃料电池的工作范围为0a到600a，设定燃料电池(30a，60a，90a....600a)20个稳态输出电流工作点，在各稳态工作点下持续工作15分钟，按固定步长动态调节氢路，空路，水路bop控制量，(调节范围,先后顺序已预先设定)；
[0046]
计算机记录各稳态点条件，各bop控制量和电堆性能，待静态工作结束后计算机自动比较各条件下的电堆性能。得出最佳条件并保存数据，作为控制前馈值；计算机控制燃料电池系统动态加载，加载电流0a-600a
‑‑
0a为一个周期，加载速率预先设定，在周期内按固定时间间隔调节p参数i参数d参数，调节范围和步长已预先设定；动态加载完成后，记录各参数氢气路，空气路条件，目标变化幅度，比较得出最佳值保存作为标定数据；
[0047]
在三个不同的温度下实行3到7过程得出不同温度下的参数，用作温度补偿参数；
[0048]
将确定好的参数设定至燃料电池控制器，设定方式可以通过ccp协议也可以通过fcu应用层软件；
[0049]
运行燃料电池，按固定斜率拉载，验证参数是否标定完成。
[0050]
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于
此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种燃料电池控制参数的自动标定系统，其特征在于；包括燃电池系统，所述燃电池系统分为硬件组成部分和软件组成部分，其中硬件部分分为燃电池系统控制器、燃电池传感器、电子负载、低温试验箱和计算机usb-can卡；燃电池软件组成部分有计算机软件和燃电池控制器软件，其中燃电池系统控制器的通讯接口、电子负载的通讯接口和低温试验箱的通讯接口均通过计算机usb-can卡电性连接，计算机软件给燃电池系统控制器电子负载、低温试验箱和计算机usb-can卡发送指令并查询参数，燃电池控制器软件控制燃电池系统控制器的运转操作。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池控制参数的自动标定系统，其特征在于，所述燃电池控制器软件内部设置有数据存储单元，存储单元包括比例参数、积分参数、微分参数变化率阐述以及前馈参数。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池控制参数的自动标定系统其特征在于，所述计算机软件内部设置有信号输出单元，信号输出单元包括数字信以及模拟信号，其中燃电池系统控制器是由can总线驱动器、微处理器、ad转换器以及运算放大器电路构成。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池控制参数的自动标定系统，其特征在于，所述燃电池系统控制器根据电子负载给定的功率输出信号调节燃电池系统控制软件并根据当时状态控制电子负载的输出，其中电池系统控制器内部的can总线驱动器可以传输电池运行状态数据并发送给燃电池系统控制器内部的传感器，确定电池运行状态的最大功率增加值，根据电子负载给定的功率输出和当前燃电池的输出状态调节空气供应量和变化速度。5.根据权利要求4所述的一种燃料电池控制参数的自动标定系统，其特征在于，所述燃电池传感器包括燃电池总压传感器、燃电池总电流传感器、电池温度传感器和空气入口压力传感器，其中燃电池传感器包括燃电池总压传感器和燃电池总电流传感器的检测信号通过ad转换器转换确定电池工作温度、空气压力、电池电压和电池电流，根据燃电池的输出特性确定当前状态下电子负载单位之间内的最大功率量。6.根据权利要求2所述的一种燃料电池控制参数的自动标定系统，其特征在于，所述燃电池控制器软件内的信号输出单元分为两路，一路是信号输出单元，另一路是电池管理系统，误差分析单元的计算结果输出到参数自动调整单元，参数自动调整单元内部包含计算模块，能够计算调整量的大小，调整后的参数与比例参数、积分参数、微分参数变化率阐述以及前馈参数相比较之后再输出到误差分析单元，然后再输入新的数据流，如此往复操作，直至达到目标设计参数要求。7.一种燃料电池控制参数的自动标定方法，用于权利要求1—6任一项所述的燃料电池控制参数的自动标定的系统，其特征在于，包括如下步骤：s1、将燃料电池系统，含dc、电子负载、计算机、协议转换器usb-can固定安装；s2、安装计算机专用的标定软件；s3、燃料电池系统供氢，循水完成，并设置好设备参数；s4、启动标定软件，标定软件将会启动各设备进入工作状态，燃料电池的工作范围为0a～600a，设定燃料电池30a、60a、90a......600a中20个稳态的输出电流工作点，在各稳态工作点下持续工作15min，按固定步长动态调节氢路、空路、水路bop控制量，调节范围、先后顺序已预先设定；s5.计算机记录各稳态条件，各bop控制量和电堆性能，待静态工作结束后计算机自动
比较各条件下的电堆性能，得出最佳条件并保存数据，作为控制前馈值；s6、计算机控制燃料电池系统动态加载，加载电流0a-600a
‑‑
0a为一个周期，加载速率预先设定，在周期内按固定时间间隔调节p参数i参数d参数，调节范围和步长已预先设定；s7、动态加载完成后，记录各参数氢气路，空气路条件，目标变化幅度，比较得出最佳值保存作为标定数据；s8、在三个不同的温度下实行3到7过程得出不同温度下的参数，用作温度补偿参数；s9、将确定好的参数设定至燃料电池控制器，设定方式可以通过ccp协议也可以通过fcu应用层软件；s10、运行燃料电池，按固定斜率拉载，验证参数是否标定完成；s11、标定工作完成，软件记录标定日志。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池控制参数的自动标定系统和方法，涉及燃料电池控制技术领域，包括燃电池系统，燃电池系统分为硬件组成部分和软件组成部分，其中硬件部分分为燃电池系统控制器、燃电池传感器、电子负载、低温试验箱和计算机USB-CAN卡，燃电池软件组成部分有计算机软件和燃电池控制器软件燃电池控制器软件内部设置有数据存储单元；通过计算机控制燃料电池系统动态加载，空气路条件，目标变化幅度，比较得出最佳值保存作为标定数据从而可以让标定参数更为准确；计算机记录各稳态点条件，待静态工作结束后计算机自动比较各条件下的电堆性能，得出最佳条件并保存数据，作为控制前馈值可以提高燃电池系统的研发效率和生产效率。产效率。产效率。


技术研发人员：贾庆波 唐廷江 祝东鑫 朱思思 方长城 汪江林
受保护的技术使用者：武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/9/12