【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于燃料電池測試，涉及燃料電池電堆測試臺架背壓控制方法的技術開發，本申請一種燃料電池電堆測試臺架背壓控制系統。
技術介紹
1、在當前的環保能源開發利用趨勢下，燃料電池技術因其高效、低污染的特性受到了廣泛關注。作為燃料電池系統的核心部分，燃料電池電堆的性能和穩定性直接決定了整個燃料電池系統的性能。因此，燃料電池電堆的測試與評估顯得尤為重要。在燃料電池電堆的測試過程中，背壓控制是一個關鍵而復雜的問題。
2、背壓控制對于燃料電池電堆的測試至關重要。它直接影響到燃料電池電堆內部的反應物濃度和水分布，進而影響其輸出性能和壽命。目前，燃料電池電堆測試臺架的背壓控制方法大致可以分為三類，前饋控制(開環)、單回路反饋控制、前饋控制+反饋控制，這三類方法各有優缺點，前饋控制，實施簡單，響應快速，但控制精度難以滿足要求，反饋控制，動態響應速度相對較慢，前饋+反饋控制在響應速度和控制精度方面取得平衡，但一般來說實施相對復雜，魯棒性不足，如把氣體流量作為前饋控制器的輸入，不僅需要增加額外的流量計量設備，且一旦標定工況與實際工況不相符時(如氣體溫濕度差異)，前饋控制的作用則完全發揮不出來。此外，反饋控制采用普通pid閉環控制時，在工況改變時經常存在超調量大等問題，輕則測試臺架報故障，重則造成測試電堆耐久性降低。
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本專利技術采用的技術方案是：一種燃料電池電堆測試臺架背壓控制系統，包括：
2、壓力傳感器，用于采集電堆陰極或陽極入口壓力；>
3、pid控制模塊，用于基于燃料電池電堆設定的背壓設定值和所述壓力傳感器傳送的壓力值，基于改良的微分先行pid控制算法，輸出電氣轉換器電氣信號控制值；；
4、電氣轉換器，用于將所述pid控制模塊傳送的電堆壓力控制值信號轉換為氣動信號；
5、背壓閥，用于基于所述電氣轉換器傳送的氣動信號對燃料電池的背壓進行調節。
6、進一步地：所述背壓閥采用膜片式機械背壓閥。
7、進一步地：所述用于基于設定的背壓設定值和所述壓力傳感器傳送的壓力值，基于改良的微分先行pid控制算法，輸出電堆壓力控制值的過程如下：
8、將背壓設定值一是直接作為前饋控制器輸入，二是與壓力傳感器的檢測值進行比較，二者比較后偏差值作為反饋控制器比例環節、積分環節的輸入，此外，壓力傳感器的檢測值同時是微分環節的輸入；
9、前饋控制器輸出值、比例環節輸出值、積分環節輸出值、微分環節輸出值三者求和，求和結果作為電氣轉換器的輸入，電氣轉換器輸出為氣動信號。
10、進一步地：所述改良的微分先行pid控制算法的表達式如下：
11、δu(k)＝kp{[e(k)-e(k-1)]+e(k)/ti}+kd[c(k)-2c(k-1)+c(k-2)]
12、其中：δu(k)為控制器的輸出值增量；kp為比例系數；ti為積分時間；kd為微分系數；e(k)為當前時刻偏差值，e(k-1)為前一時刻偏差值，c(k)為當前時刻檢測值，c(k-1)為前一時刻檢測值，c(k-2)為前二時刻檢測值。
13、本專利技術提供的一種新型的燃料電池電堆測試臺架背壓控制系統，通過簡捷的“前饋+反饋控制”方法實現背壓的精確控制，并抑制背壓超調現象。
14、具有以下優點：
15、本專利技術在保證背壓控制穩態精度和動態響應性能前提下，簡化了背壓控制實現方式，降低實現成本，充分利用膜片式機械背壓閥的結構特點，以及考慮電堆測試過程的特點(臺架需根據不同待測電堆性能驗證的要求，對進堆氣體的流量、溫度、濕度、壓力做較大幅度調整，這些參數彼此耦合，任何參數變化都對背壓控制有影響)，無論是把干氣體流量變化還是濕氣體流量變化作為前饋控制的主要干擾，不但背壓控制系統模型辨識困難，而且實際測試工況與標定工況稍有偏差，控制性能指標便難以滿足要求，因此本專利技術前饋控制只把背壓設定值作為輸入，簡化前饋控制過程，降低控制成本。
16、2、反饋控制采用改良的微分先行pid控制算法，解決了普通pid控制在動態調節過程的超調問題，尤其對背壓設定值頻繁變化場景特別有效。
17、本專利技術通過特定的控制算法，既可以充分利用機械背壓閥控制簡單、動態響應速度快等特點，又可以解決機械背壓閥控制精度低且控制性能不穩定問題；由于燃料電池電堆測試過程中經常需要變換工況，本專利技術控制算法也可以解決普通pid控制在背壓動態調節過程超調量過大問題。
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1.一種燃料電池電堆測試臺架背壓控制系統，其特征在于：包括：
2.根據權利要求1所述的一種燃料電池電堆測試臺架背壓控制系統，其特征在于：所述背壓閥采用膜片式機械背壓閥。
3.根據權利要求1所述的一種燃料電池電堆測試臺架背壓控制系統，其特征在于：所述用于基于設定的背壓設定值和所述壓力傳感器傳送的壓力值，基于改良的微分先行PID控制算法，輸出電堆壓力控制值的過程如下：
4.根據權利要求1所述的一種燃料電池電堆測試臺架背壓控制系統，其特征在于：所述改良的微分先行PID控制算法的表達式如下：
【技術特征摘要】
1.一種燃料電池電堆測試臺架背壓控制系統，其特征在于：包括：
2.根據權利要求1所述的一種燃料電池電堆測試臺架背壓控制系統，其特征在于：所述背壓閥采用膜片式機械背壓閥。
3.根據權利要求1所述的一種燃料電池電堆測試臺架背壓控制系統，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張明新，叱干婷，陳桂銀，孫茂喜，許有偉，
申請(專利權)人：新源動力股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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