【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池汽车热管理，特别是涉及与集成式燃料电池相关的热管理架构设计与混杂控制。
技术介绍
1、燃料电池热管理系统作为燃料电池汽车的重要组成部分，其效能高低对整车续航里程有巨大的影响。在冬季低温下，大多数燃料汽车利用电堆自身产热将其内部温度迅速增加至0℃以上，从而避免低温冷启动造成结冰、结霜等现象。
2、为了提高燃料电池的加热速度，现有技术大多采用关闭水泵和风扇的方式，这会导致电堆出现局部过热等问题，易出现燃料电池热失控，不利于电堆的使用寿命。此外，作为一个复杂的系统，燃料电池热管理系统同时包含连续与离散动态特性，但现有技术仅仅采用连续数学模型或离散数学模型来描述系统，难以反映系统真实的物理特征并且能耗较大，因此需要建立能够描述系统复杂动态特性的模型并降低能耗。
3、因此，亟需开发一种高效燃料电池热管理系统及其控制方法，能够在低温下通过余热回收进行冷启动，保证电堆热安全，在中、高温下充分冷却电堆，并且在全天候状况下以低能耗满足多种热管理需求。
技术实现思路
1、为了实现上述目的，本申请提供了一种集成式燃料电池热管理系统，包括燃料电池冷却液大小循环、电驱冷却液循环和电驱余热加热燃料电池冷却液循环。
2、根据上述集成式燃料电池热管理系统：燃料电池冷却液小循环包括燃料电池、节温器和第一水泵。燃料电池冷却液大循环包括燃料电池、节温器、第一水泵、第一散热器和风扇。电驱冷却液循环包括第二水泵、逆变器、电机、第二散热器和风扇。电驱余热加热燃料电池冷
3、为建立同时包含离散特性与连续特性的集成式燃料电池热管理系统，并降低现有技术导致系统能耗过大的问题。本专利技术采用混杂理论中的混合逻辑动态模型对集成式燃料电池热管理系统中的模式切换过程进行建模，并基于混合逻辑动态模型模式切换模型开发了一种混杂模型预测控制来改善模式切换过程的性能。
4、本文采用混合逻辑动态模型对集成式燃料电池热管理系统的模式切换过程进行建模，主要建模流程为：
5、1.建立模式切换每个阶段的线性状态空间模型；
6、2.将模式切换各阶段的划分依据表示为命题逻辑，并引入辅助逻辑变量来表达切换过程，将逻辑关系转化为线性整数不等式；
7、3.通过结合表达当前系统所处阶段的逻辑变量与表达当前阶段系统状态变化的连续辅助变量，将系统的连续状态变化与离散的阶段切换在统一的框架中进行描述。
8、基于混合逻辑动态建模方法建立的集成式燃料电池热管理系统混杂动态模型的具体形式为：
9、其中k为离散步长；x(k)为系统状态变量，包括燃料电池出口冷却液温度、第一散热器出口冷却液温度、电机出口冷却液温度和第二散热器出口冷却液温度；u(k)为系统的输入变量，包括控制第一开关阀、第二开关阀的通断状态、节温器的通断状态和风扇的开关状态；y(k)为系统输出变量，包括第一散热器出口冷却液温度和第二散热器出口冷却液温度。δ(k)和z(k)为系统在混合逻辑建模中引入的辅助离散变量和辅助连续变量。
10、基于混合逻辑动态模式切换模型开发了一种混杂模型预测控制的目标函数由状态量目标函数和控制量目标函数构成，其中状态量相关的目标函数可以表示为：控制量δu相关的目标函数可以表示为：通过在每个时间步优化一定的性能指标。将模式切换协调控制转化为有限水平最优控制问题。然后在每个时间步求解如下有限水平最优控制问题：
11、
12、其中j为控制目标函数值，n为预测时域，jx(k+i|k)为系统预测输出目标函数，q为输出值的权重系统矩阵，jδu(k+i|k)为控制量在前后两个采样时刻的差值目标函数，r为控制量相应的权重系数矩阵。只有第一个控制量将在时间k应用于系统，并且在k+1时刻进行新一轮的预测与优化。
13、最后，基于集成式燃料电池热管理系统混杂控制器设计可以转化为混合整数线性规划最优问题，并引入辅助变量ε来表述目标函数的上下限，则表示为如下的不等式组：
14、
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
16、本专利技术包含燃料电池冷却液大小循环、电驱冷却液循环和电驱余热加热燃料电池冷却液循环在内的多个工作模式，涵盖了全天候状况下多种热管理需求，并通过合理的余热利用降低了能耗；此外，本申请的集成式燃料电池热管理系统中各部件的连接关系易于实施，并且控制逻辑简单明确；
17、本专利技术采用混杂理论中的混合逻辑动态模型对集成式燃料电池热管理系统中的模式切换过程进行建模，并基于混合逻辑动态模型模式切换模型开发了一种混杂模型预测控制来改善模式切换过程的性能。
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1.一种集成式燃料电池热管理系统，其特征在于：包括燃料电池冷却液大小循环、电驱冷却液循环和电驱余热加热燃料电池冷却液循环；其中：
2.一种基于混杂理论的集成式燃料电池热管理系统的控制方法，其特征在于：采用混合逻辑动态模型对集成式燃料电池热管理系统的模式切换过程进行建模，主要建模流程为：
3.根据权利要求2所述的一种基于混杂理论的集成式燃料电池热管理系统的控制方法，其特征在于：基于混合逻辑动态建模方法建立的集成式燃料电池热管理系统混杂动态模型的具体形式为：
4.根据权利要求2所述的一种基于混杂理论的集成式燃料电池热管理系统的控制方法，其特征在于：基于混合逻辑动态模式切换模型开发的混杂模型预测控制的目标函数由状态量目标函数和控制量目标函数构成，其中状态量相关的目标函数可以表示为：控制量Δu相关的目标函数可以表示为：通过在每个时间步优化一定的性能指标，将模式切换协调控制转化为有限水平最优控制问题，然后在每个时间步求解如下有限水平最优控制问题：
5.根据权利要求2所述的一种基于混杂理论的集成式燃料电池热管理系统的控制方法，其特征在于：基于集
...【技术特征摘要】
1.一种集成式燃料电池热管理系统，其特征在于：包括燃料电池冷却液大小循环、电驱冷却液循环和电驱余热加热燃料电池冷却液循环；其中：
2.一种基于混杂理论的集成式燃料电池热管理系统的控制方法，其特征在于：采用混合逻辑动态模型对集成式燃料电池热管理系统的模式切换过程进行建模，主要建模流程为：
3.根据权利要求2所述的一种基于混杂理论的集成式燃料电池热管理系统的控制方法，其特征在于：基于混合逻辑动态建模方法建立的集成式燃料电池热管理系统混杂动态模型的具体形式为：
4.根据权利要求2所述的一种基于混杂理论的集成式燃料电池热管理系统的控...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪从金，徐兴，邓小秋，王孝胜，
申请(专利权)人：扬州威特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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