燃料电池系统的PID控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种燃料电池系统的PID控制方法，该PID控制方法包括构建燃料电池的理论数据库，理论数据库包括功率参数以及与功率参数对应的冷却液温度参数、氢气流量参数和空气流量参数；获取燃料电池的理论参数值以及与理论参数值对应的实际参数值，并计算实际参数值与理论参数值的偏差值，理论参数值为冷却液温度值、氢气流量值和空气流量值中的任意一种；将偏差值输入至预设的PID控制算法，以计算出燃料电池的控制量；根据控制量控制对应的执行机构调整输入至燃料电池的冷却液温度、氢气流量或空气流量，执行机构为冷却系统、供氢系统或供气系统。本发明专利技术有利于提高控制燃料电池系统运行的控制精度以及提高控制燃料电池系统的响应速度。

PID control method of fuel cell system

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统的PID控制方法
本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种燃料电池系统的PID控制方法。
技术介绍
众所周知，氢燃料电池是一种以氢气为燃料的清洁能源，而氢燃料电池也是作为未来清洁能源发展的方向之一。现有的氢燃料电池运行的方式一般采用PID(ProportionIntegrationDifferentiation)控制器，通过标定参数的方法对燃料电池系统进行控制，再在目标值附近通过算法进行修正，从而导致传统PID控制器在运行的过程中会存在响应速度较慢以及误差较大的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种燃料电池系统的PID控制方法，旨在解决现有PID控制器存在响应速度较慢以及误差较大的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种燃料电池系统的PID控制方法，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、用于向所述燃料电池堆供应氢气的供氢系统、用于向所述燃料电池堆供应空气的供气系统和用于对所述燃料电池堆进行冷却的冷却系统，所述燃料电池系统的PID控制方法包括：构建燃料电池的理论数据库，所述理论数据库包括功率参数以及与所述功率参数对应的冷却液温度参数、氢气流量参数和空气流量参数；获取燃料电池的理论参数值以及与所述理论参数值对应的实际参数值，并计算所述实际参数值与理论参数值的偏差值，所述理论参数值为冷却液温度值、氢气流量值和空气流量值中的任意一种；将所述偏差值输入至预设的PID控制算法，以计算出燃料电池的控制量；根据所述控制量控制对应的执行机构调整输入至燃料电池的冷却液温度、氢气流量或空气流量，所述执行机构为冷却系统、供氢系统或供气系统。优选地，所述PID控制算法的表达式为：其中，u(k)为控制量，e(k)为第k次采样的差值，e(k-1)为第k-1次采样的差值，f[e(k)]为变速积分系数；kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数；T为采样周期，m为积分分离项系数，n为抗积分饱和项累加系数，j为计算累加算子。优选地，若所述偏差值的绝对值小于等于最大偏差允许值，则m＝1；若所述偏差值的绝对值大于最大偏差允许值，则m＝0，其中，最大偏差允许值为积分分离阀值。优选地，若u(k-1)的绝对值小于等于控制算法的最大控制量，则n＝1；若u(k-1)的绝对值大于控制算法的最大控制量，则n＝0，其中，最大控制量为与所述实际输入参数值对应的冷却液最高温度上限值、氢气最大流量上限值和空气最大流量上限值中的一种。优选地，其中f[e(k)]的表达式为：其中，A和B为变速积分区间参数。优选地，所述最大偏差允许值≥A+B。优选地，所述冷却系统包括散热风扇，若所述控制量大于第一预设阈值的上限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S+S·c1(k)/r1(k)；若所述控制量小于第一预设阈值的下限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S-S·c1(k)/r1(k)；若所述控制量大于第一预设阈值的下限值，且小于第一预设阈值的上限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S；其中，r1(k)为特定工况下燃料电池的冷却液的理论输入温度值，c1(k)为燃料电池的冷却液的实际输入温度值，S为散热风扇的参考PWM值。优选地，所述供氢系统包括供氢比例阀，若所述控制量大于第二预设阈值的上限，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q-Q·c2(k)/r2(k)；若所述控制量小于第二预设阈值的下限，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q+Q·c2(k)/r2(k)；若所述控制量大于第二预设阈值的下限值，且小于第二预设阈值的上限值，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q；其中，r2(k)为特定工况下燃料电池的理论氢气输入流量值，c2(k)为燃料电池的实际氢气输入流量值，Q为供氢比例阀开度的参考PWM值。优选地，所述供气系统包括空压机，若所述控制量大于第三预设阈值的上限，则所述空压机转速值为P(k)＝P-P·c3(k)/r3(k)；若所述控制量小于第三预设阈值的下限，则所述空压机转速值为P(k)＝P+P·c3(k)/r3(k)；若所述控制量大于第三预设阈值的下限值，且小于第三预设阈值的上限值，则所述空压机的转速值为P(k)＝P；其中，r3(k)为特定工况下燃料电池的理论空压机转速输入值，c3(k)为燃料电池的实际空压机转速输入值，Q为空压机的参考转速值。本专利技术实施例提供的燃料电池系统的PID控制方法，通过获取燃料电池的理论输入参数值和实际输入参数值之间的偏差值，从而有利于利用得到的偏差值计算本次对燃料电池的控制量，以补偿本次理论输入参数值与实际要输入参数值之间的差值，以此实现了利用采集燃料电池上次的输入参数值控制燃料电池本次待输入的参数值。相对现有技术而言，本专利技术有利于提高控制燃料电池系统运行的控制精度以及提高控制燃料电池系统的响应速度。附图说明图1为本专利技术中燃料电池系统的PID控制方法第一实施例的流程图；图2为本专利技术中燃料电池系统的PID控制方法第二实施例的流程图；图3为本专利技术中燃料电池系统的PID控制方法第三实施例的流程图；图4为本专利技术中燃料电池系统的PID控制方法第四实施例的流程图；图5为本专利技术中燃料电池系统的PID控制方法第五实施例的流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提出一种燃料电池系统的PID控制方法，其中，燃料电池系统包括燃料电池堆、用于向燃料电池堆供应氢气的供氢系统、用于向燃料电池堆供应空气的供气系统和用于对燃料电池堆进行冷却的冷却系统，如图1所示，该PID控制方法包括：S10，构建燃料电池的理论数据库，理论数据库包括功率参数以及与功率参数对应的冷却液温度参数、氢气流量参数和空气流量参数。本步骤中，构建理论数据库的方式优选采用MATLAB&Simulink生成数据模型并通过实验数据对数据模型优化后构建数据库，如根据燃料电池的输出功率计算当前功率下需求的理论冷却液温度值、氢气流量值以及空气流量值，从而使燃料电池在每个工况(不同输出功率)下均具有对应的理论控制参数。S20，获取燃料电池的理论参数值以及与理论参数值对应的实际参数值，并计算实际参数值与理论参数值的偏差值，理论参数值为冷却液温度值、氢气流量值和空气流量值中的任意一种。本步骤中，获取理论输入参数值的方式可以是从控制装置中直接提取，如燃料电池的控制系统中，在控制系统向各个执行部件发送控制信号时即上传与该控制信号对应的理论输入参数。获取实际输入参数值的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统的PID控制方法，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、用于向所述燃料电池堆供应氢气的供氢系统、用于向所述燃料电池堆供应空气的供气系统和用于对所述燃料电池堆进行冷却的冷却系统，其特征在于，所述燃料电池系统的PID控制方法包括：/n构建燃料电池的理论数据库，所述理论数据库包括功率参数以及与所述功率参数对应的冷却液温度参数、氢气流量参数和空气流量参数；/n获取燃料电池的理论参数值以及与所述理论参数值对应的实际参数值，并计算所述实际参数值与理论参数值的偏差值，所述理论参数值为冷却液温度值、氢气流量值和空气流量值中的任意一种；/n将所述偏差值输入至预设的PID控制算法，以计算出燃料电池的控制量；/n根据所述控制量控制对应的执行机构调整输入至燃料电池的冷却液温度、氢气流量或空气流量，所述执行机构为冷却系统、供氢系统或供气系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统的PID控制方法，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、用于向所述燃料电池堆供应氢气的供氢系统、用于向所述燃料电池堆供应空气的供气系统和用于对所述燃料电池堆进行冷却的冷却系统，其特征在于，所述燃料电池系统的PID控制方法包括：
构建燃料电池的理论数据库，所述理论数据库包括功率参数以及与所述功率参数对应的冷却液温度参数、氢气流量参数和空气流量参数；
获取燃料电池的理论参数值以及与所述理论参数值对应的实际参数值，并计算所述实际参数值与理论参数值的偏差值，所述理论参数值为冷却液温度值、氢气流量值和空气流量值中的任意一种；
将所述偏差值输入至预设的PID控制算法，以计算出燃料电池的控制量；
根据所述控制量控制对应的执行机构调整输入至燃料电池的冷却液温度、氢气流量或空气流量，所述执行机构为冷却系统、供氢系统或供气系统。


2.根据权利要求1所述的PID控制方法，其特征在于，所述PID控制算法的表达式为：



其中，u(k)为控制量，e(k)为第k次采样的差值，e(k-1)为第k-1次采样的差值，f[e(k)]为变速积分系数；kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数；T为采样周期，m为积分分离项系数，n为抗积分饱和项累加系数，j为计算累加算子。


3.根据权利要求2所述的PID控制方法，其特征在于，若所述偏差值的绝对值小于等于最大偏差允许值，则m＝1；若所述偏差值的绝对值大于最大偏差允许值，则m＝0，
其中，最大偏差允许值为积分分离阀值。


4.根据权利要求3所述的PID控制方法，其特征在于，若u(k-1)的绝对值小于等于控制算法的最大控制量，则n＝1；若u(k-1)的绝对值大于控制算法的最大控制量，则n＝0，
其中，最大控制量为与所述实际输入参数值对应的冷却液最高温度上限值、氢气最大流量上限值和空气最大流量上限值中的一种。


5.根据权利要求4所述的PID控制方法，其特征在于，其中f[e(k)]的表达式为：



其中，A和B为变速积分区间参数。


6.根据权利要求5所述的PID控制方法，其特征在于，若u...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丛国，匡金俊，彭晖，彭旭，
申请(专利权)人：深圳国氢新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44