一种燃料电池的水温控制方法及系统技术方案

本申请公开了一种燃料电池的水温控制方法及系统，其中，所述燃料电池的水温控制方法采用多内模控制算法来实现对电子节温器的开度控制，从而实现燃料电池的水温的精确控制。并且多内模控制算法具有鲁棒性高、跟踪性好等特点，适用于大迟滞非线性系统控制。该方案对燃料电池典型工况点进行模型线性化，并对不同工况点进行辨识，获得不同工况点下的模型。设计不同工况点下的内模控制器及前馈控制器。基于此算法，实现在全工况下水温的理想控制，具有响应时间短，超调量小的特点。超调量小的特点。超调量小的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池的水温控制方法及系统


[0001]本申请涉及自动控制
，更具体地说，涉及一种燃料电池的水温控制方法及系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(下文称燃料电池)，是一种新型燃料电池，其电解质是一种固体有机膜，在增湿情况下，其交换膜可传导质子。这种燃料电池由于其环境友好性，能量转换率高、无噪声和响应快速等优点，被认为是今后重点发展的新能源发电系统。
[0003]当燃料电池处于不同的工况点或者整车要求其输出不同的功率时，对于燃料电池的水温控制要求不同，需要通过燃料电池温度管理系统对流出燃料电池的温度(简称水出温度)进行控制。但由于燃料电池的水热系统是具有大容性迟滞的非线性系统，因而控制难度较大。现有技术中通常基于模糊PID算法对燃料电池的水出温度进行控制，但控制效果精度欠佳。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本申请提供了一种燃料电池的水温控制方法及系统，以实现提高对燃料电池的水温控制的精度的目的。
[0005]为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
[0006]一种燃料电池的水温控制方法，用于控制燃料电池温度管理系统的节温器开度，所述燃料电池的水温控制方法包括：
[0007]获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；
[0008]获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；
[0009]根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；
[0010]将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；
[0011]将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；
[0012]根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。
[0013]可选的，所述全局内嵌模型的确定过程包括：
[0014]对所述燃料电池的各个工况点进行线性化，以获得所述燃料电池的各个工况点的
线性化模型；
[0015]确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
[0016]根据所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数和线性化模型，获取所述全局内嵌模型。
[0017]可选的，所述对所述燃料电池的各个工况点进行线性化包括：
[0018]在所述燃料电池运行在每个所述工况点时，向所述燃料电池注入电流、节温器开度信号，并采集所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值；
[0019]根据采集到的所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值，通过辨识工具得到在当前工况点下关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数；
[0020]根据所述关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数，获取在当前工况点下的线性模型。
[0021]可选的，所述确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数包括：
[0022]在第一约束条件和第二预设条件下确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
[0023]所述第一约束条件包括：λ
k(i)
∈[0,1]；其中，λ
k(i)
为第k个工况点的隶属度函数，i表示电流的时域形式；
[0024]所述第二约束条件包括：λ
k(i)
∈[0,1]且在对应的工况点时，λ
k(i_k)
＝1。
[0025]可选的，所述全局前馈控制器的获取过程包括：
[0026]设计所述燃料电池在单个工况点下的前馈控制器；
[0027]将所述燃料电池在所有工况点下的前馈控制器与隶属度函数的乘积求和，以获得所述全局前馈控制器。
[0028]可选的，所述全局内模控制器的获取过程包括：
[0029]设计所述燃料电池在单个工况点下的内模控制器；
[0030]将所述燃料电池在所有工况点下的内模控制器与隶属度函数的乘积求和，以获得所述全局内模控制器。
[0031]可选的，所述获取所述燃料电池的目标水出温度包括：
[0032]获取对于所述燃料电池的功率请求；
[0033]根据所述功率请求，确定所述燃料电池的目标水出温度。
[0034]可选的，所述获取对于所述燃料电池的功率请求之后还包括：
[0035]根据所述功率请求确定所述燃料电池温度管理系统的风扇档位，并根据确定的所述风扇档位控制所述燃料电池温度管理系统的风扇；
[0036]根据所述功率请求确定所述燃料电池温度管理系统的水泵转速，并根据确定的所述水泵转速控制所述燃料电池温度管理系统的水泵。
[0037]一种燃料电池的水温控制系统，用于控制燃料电池温度管理系统的节温器开度，所述燃料电池的水温控制系统包括：
[0038]参数获取模块，用于获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；
[0039]第一开度模块，用于获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并
将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；
[0040]电流求和模块，用于根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；
[0041]第二开度模块，用于将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；
[0042]第三开度模块，用于将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；
[0043]开度控制模块，用于根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。
[0044]可选的，所述全局内嵌模型的确定过程包括：
[0045]对所述燃料电池的各个工况点进行线性化，以获得所述燃料电池的各个工况点的线性化模型；
[0046]确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
[0047]根据所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数和线性化模型，获取所述全局内嵌模型。
[0048]可选的，所述对所述燃料电池的各个工况点进行线性化包括：
[0049]在所述燃料电池运行在每个所述工况点时，向所述燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的水温控制方法，其特征在于，用于控制燃料电池温度管理系统的节温器开度，所述燃料电池的水温控制方法包括：获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局内嵌模型的确定过程包括：对所述燃料电池的各个工况点进行线性化，以获得所述燃料电池的各个工况点的线性化模型；确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；根据所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数和线性化模型，获取所述全局内嵌模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述燃料电池的各个工况点进行线性化包括：在所述燃料电池运行在每个所述工况点时，向所述燃料电池注入电流、节温器开度信号，并采集所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值；根据采集到的所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值，通过辨识工具得到在当前工况点下关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数；根据所述关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数，获取在当前工况点下的线性模型。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数包括：在第一约束条件和第二预设条件下确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；所述第一约束条件包括：其中，λ
k(i)
为第k个工况点的隶属度函数，i表示电流的时域形式；所述第二约束条件包括：λ
k(i)
∈[0,1]且在对应的工况点时，λ
k(i_k)
＝1。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局前馈控制器的获取过程包括：设计所述燃料电池在单个工况点下的前馈控制器；
将所述燃料电池在所有工况点下的前馈控制器与隶属度函数的乘积求和，以获得所述全局前馈控制器。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局内模控制器的获取过程包括：设计所述燃料电池在单个工况点下的内模控制器；将所述燃料电池在所有工况点下的内模控制器与隶属度函数的乘积求和，以获得所述全局内模控制器。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述燃料电池的目标水出温...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈婕，周守玉，陈凤祥，焦杰然，
申请(专利权)人：上海捷氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：