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30KW车用氢燃料电池控制策略 ............................ 错误!未定义书签。 目录 ......................................................................................................... 1 1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.5.1 2.5.2 2.6 2.7 2.7.1 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12
控制策略的依据............................................................................. 3 30KW车用氢燃料电池控制策略 ................................................... 4
P&ID .......................................................................................... 5 模块技术规范 ........................................................................... 6 用户接口 ................................................... 错误!未定义书签。 系统量定义 .............................................................................. 8 电堆电芯(CELL)电压轮询检测策略 ........................................ 10 Cell巡检通道断线诊断处理 .................. 错误!未定义书签。 Cell巡检通道断线诊断结果处理 ........... 错误!未定义书签。 Cell电压测算 ............................................. 错误!未定义书签。 电堆健康度SOH评估 ............................... 错误!未定义书签。 特性曲线电阻段对健康度的评估方法 .. 错误!未定义书签。 ALARM和FAULT判定规则 .................................................... 10 工作模式（CRM和CDR）策略 ............................................. 11 电堆冷却液出口温度设定值策略 ......................................... 11 空气流量需求量计算 ............................................................. 11 阳极氢气循环回路控制策略 .................... 错误!未定义书签。
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2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.17.1 2.17.2 2.18 2.19 2.19.1 2.19.2 2.19.3 2.19.4 2.20 3
阴极空气传输回路控制策略 ................................................. 15 冷却液传输回路控制策略 ........................ 错误!未定义书签。 阳极吹扫（Purge）过程 ........................................................ 17 防冻（Freeze）处理过程....................................................... 18 泄漏检查（LeakCheck）机理 ................................................ 18 在CtrStat17下的LeakCheck ............................................... 19 CtrState2下的泄漏检查 ...................................................... 19 注水入泵（Prime）过程........................................................ 20 状态及迁移 ............................................................................ 20 状态定义 ............................................................................. 20 状态迁移图 .......................................................................... 21 状态功能 ............................................................................. 22 迁移条件 ................................................ 错误!未定义书签。 CAN通讯协议。 ........................................ 错误!未定义书签。 未确定事项 ..................................................... 错误!未定义书签。
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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
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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。
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2.1 P&ID
1、阳极氢气子系统控制涉及的项：
氢气进气阀控制开关（S_H2Inlet）、氢气进气阀后的压力（P_H2Inlet）、氢气回流泵的运行控制开关（EN_H2RecirPump）、氢气回流泵的转速（n_H2RecirPump）、氢气回流泵驱动器PWM（PWM_H2RecirPump）,氢气回流泵驱动器中的1个测量量（V_H2RecirPump）、氢气吹扫阀控制总开关（S_H2Purge）、氢气前吹扫阀控制开关（S_H2FrontPurge）、氢气后吹扫阀控制开关（S_H2BackPurge）、模块前后向水平倾斜角（θ_FB）、模块左右向水平倾斜角（θ_LR）。
2、阴极空气子系统控制涉及的项：
空压机驱动器PWM（PWM_AirBlower）、空压机的转速（n_AirBlower）、空气流量（Q_Air）。 3、冷却子系统控制涉及的项：
冷却液出口温度（T_CoolantOutlet）、冷却液泵运行控制开关（EN_CoolantPump）、冷却液泵驱动器PWM（PWM_CoolantPump）散热器风扇运行控制开关（EN_RadiatorFan）、散热器风扇驱动器（PWM_RadiatorFan）。 4、电气子系统控制涉及的项：
电堆节数（N_Cell，120）、电堆单节最小电压（MinV_Cell）、最小
氢燃料电池控制策略
