本發明涉及燃料電池，具體涉及一種氫燃料電池空氣供應系統的控制方法及相關裝置。
背景技術：
1、cn110085891b公開了一種燃料電池的電堆入口空氣壓力調節方法及相關裝置，該專利提出了基于模型前饋的控制，同時通過pid控制對電子節氣門的開度進行修正，從而通過對電子節氣門的開度控制實現電堆入口的空氣壓力控制，將空氣壓力作為唯一的控制變量，無法使空氣流量長期保持恒定，該方法在實際應用中效果不穩定。
2、cn115483419a公開了一種燃料電池系統的空氣流量和背壓控制方法，根據標定不同空氣流量下的空壓機轉速和不同背壓下的背壓閥開度作為前饋，根據流量偏差和背壓偏差劃分工況，選擇綜合調節性最優的調節設備作為目標調節設備，每一工況對應一調節設備(空壓機或背壓閥)，在一個控制周期內只控制當前工況對應的調節設備進行相應的調節操作，用于避免空壓機和背壓閥輸出相互干擾耦合，能夠的滿足系統對流量偏差和壓力偏差的要求，但標定參數過多，實際應用中過于復雜。
3、因此，亟待設計一種氫燃料電池空氣供應系統的控制方法及相關裝置，解決上述現有技術存在的問題。
技術實現思路
1、有鑒于此，本發明提供了一種氫燃料電池空氣供應系統的控制方法及相關裝置，目的在于，協同控制氫燃料電池系統空氣供應系統的流量和壓力，從而提高氫燃料電池系統空氣流量、壓力控制的響應性與穩定性，進而提升氫燃料電池系統穩定性和壽命。
2、為達上述目的，本發明采用了如下技術方案：
3、一種氫燃料電池空氣供應系統的控制方法，包括如下步驟：
4、s1.通過對空壓機、背壓閥進行開環控制，標定氫燃料電池系統在不同電流條件下運行時的空壓機前饋轉速和背壓閥前饋開度，分別制作電流-空壓機前饋轉速表和電流-背壓閥前饋開度表；
5、s2.獲取氫燃料電池系統運行時的實時電流信息，空壓機執行該電流條件下的空壓機前饋轉速，背壓閥執行該電流條件下的背壓閥前饋開度；獲取實際空氣流量和實際空氣壓力；分別計算空氣流量偏差和空氣壓力偏差；根據計算的偏差值分別進行空氣供氣流量控制和空氣供氣壓力控制。
6、進一步的，所述步驟s1如下：
7、s1-1.根據燃料電池電堆最佳工作條件對空氣供氣流量和空氣供氣壓力的要求，確定氫燃料電池系統在不同電流條件下對應的目標空氣流量和目標空氣壓力；
8、s1-2.通過對空壓機、背壓閥進行開環控制，標定氫燃料電池系統在不同電流條件下，達到目標空氣流量和目標空氣壓力時，對應的空壓機轉速和背壓閥開度，此時的空壓機轉速作為該電流條件下的空壓機前饋轉速，此時的背壓閥開度作為該電流條件下的背壓閥前饋開度；
9、s1-3.根據步驟s1-2得到的數據，分別制作電流-空壓機前饋轉速表和電流-背壓閥前饋開度表。
10、進一步的，所述步驟s2中的空氣供氣流量控制具體如下：
11、根據氫燃料電池系統運行時的實時電流信息，確定在該電流條件下對應的目標空氣流量和空壓機前饋轉速；
12、空壓機執行該電流條件下的空壓機前饋轉速，通過設置在氫燃料電池空氣供應系統中的空氣流量計獲取實際空氣流量；
13、計算實際空氣流量與目標空氣流量的差值，得到空氣流量偏差；
14、根據空氣流量偏差，采用pi閉環控制方式進行空氣供氣流量控制。
15、進一步的，所述步驟s2中的空氣供氣壓力控制具體如下：
16、根據氫燃料電池系統運行時的實時電流信息，確定在該電流條件下對應的目標空氣壓力和背壓閥前饋開度；
17、背壓閥執行該電流條件下的背壓閥前饋開度，通過設置在氫燃料電池空氣供應系統中的壓力傳感器獲取實際空氣壓力；
18、計算實際空氣壓力與目標空氣壓力的差值，得到空氣壓力偏差；
19、根據空氣壓力偏差，采用pid閉環控制方式進行空氣供氣壓力控制。
20、進一步的，所述pi閉環控制方式，根據不同電流使用分段控制，首先標定不同電流點空壓機轉速p參數、空壓機轉速i參數，制作電流-空壓機轉速p參數表與電流-空壓機轉速i參數表；當氫燃料電池系統中低載時，空壓機轉速p參數、空壓機轉速i參數較大，p/i控制環調節快，轉速調節變化快；當氫燃料電池系統高載時，空壓機轉速p參數、空壓機轉速i參數較小，p/i控制環調節慢，轉速調節變化小；在空氣供氣流量調節過程中，設置有實際空氣流量與目標空氣流量的允許偏差值，當實際空氣流量處于目標空氣流量的允許偏差范圍內時，空壓機不進行轉速調節。
21、進一步的，在氫燃料電池系統中還設置有空氣流量計故障識別，當識別到空氣流量計出現故障時，空壓機只執行當前電流條件下的前饋轉速，保證氫燃料電池系統短時間能正常使用。
22、進一步的，所述pid閉環控制方式，首先標定不同電流點背壓閥開度p參數、背壓閥開度i參數、背壓閥開度d參數；采用增量式pid控制，空氣壓力偏差大時調節速度快，空氣壓力偏差小時調節速度下降，平穩調節到穩態；在空氣供氣壓力調節的過程中，設置有實際空氣壓力與目標空氣壓力的允許偏差值，當實際空氣壓力處于目標空氣壓力的允許偏差范圍內時，背壓閥不進行開度調節。
23、進一步的，其特征在于，燃料電池控制器fcu給空壓機控制器發送控制器信號，空壓機控制器控制空壓機工作，通過空壓機控制器實現對空壓機轉速的控制，空壓機控制器采用can控制方式；燃料電池控制器fcu直接控制背壓閥工作，對背壓閥控制/反饋均采用模擬信號；空壓機控制器用于控制空壓機的數據發送、接收周期長于燃料電池控制器fcu用于控制背壓閥的數據發送、接收周期。
24、進一步的，設置空氣供氣壓力閉環pid調節速度高于空氣供氣流量閉環pi調節速度，即空氣壓力到達穩定狀態所需要的調節時間少于空氣流量達到穩定狀態所需要的調節時間。
25、本發明還提供了一種氫燃料電池空氣供應系統，用于執行上述氫燃料電池空氣供應系統的控制方法，所述氫燃料電池空氣供應系統包括：空氣濾清器、空氣流量計、空壓機、中冷器、增濕器、壓力傳感器和背壓閥；所述壓力傳感器設置在氫燃料電池電堆的入口處，所述壓力傳感器用于測量空氣供氣壓力；所述空氣流量計用于測量空氣供氣流量；空氣依次經過空氣濾清器、空氣流量計、空壓機、中冷器、增濕器后，由空氣入口進入電堆參與反應，反應之后尾排氣體由電堆的空氣出口排出，隨后進入增濕器，再排到氫燃料電池系統之外。
26、與現有技術相比，本發明的有益效果是：
27、(1)通過協同控制氫燃料電池系統空氣供應系統的流量和壓力，利用空壓機控制器控制空壓機工作，利用燃料電池控制器fcu直接控制背壓閥工作，且控制空壓機的數據發送、接收周期長于控制背壓閥的數據發送、接收周期，同時設置空氣供氣壓力閉環pid調節速度高于空氣供氣流量閉環pi調節速度，背壓閥和空壓機調節過程中，實際空氣壓力總是趨近于或等于目標空氣壓力，而實際空氣流量則跟隨目標空氣流量進行調節，逐漸趨近于或等于目標空氣流量并穩定，避免了空壓機和背壓閥同時調節時二者的輸出相互干擾耦合的問題。從而提高氫燃料電池系統空氣流量、壓力控制的響應性與穩定性，進而提升氫燃料電池系統穩定性和壽命。
28、(2)在空氣供氣流量調節過程中，通過設置實際空氣流量與目標空氣流量的允許偏差值，可防止空壓機自身轉速抖動引起流量波動導致空壓機轉速不斷調節，可防止空壓機和背壓閥調節趨于目標值前流量和壓力的波動引起空壓機和背壓閥相互干擾，使空壓機和背壓閥均無法快速達到穩定狀態；在空氣供氣壓力調節的過程中，通過設置實際空氣壓力與目標空氣壓力的允許偏差值，可防止背壓閥開度抖動引起壓力波動導致背壓閥開度不斷調節，可防止背壓閥和空壓機調節趨于目標值前壓力和流量的波動引起背壓閥和空壓機相互干擾。
29、本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書以及附圖中所指出的結構來實現和獲得。