一种燃料电池电堆冷却系统控制方法及燃料电池控制器技术方案

本申请涉及燃料电池汽车领域，特别涉及一种燃料电池电堆冷却系统控制方法及燃料电池控制器。燃料电池电堆冷却系统控制方法包括：分别计算冷却水泵的转速目标值、电子节温器的开度目标值和散热风机的转速目标值，控制所述冷却水泵的转速、电子节温器的开度和散热风机的转速趋近所述冷却水泵的转速目标值、电子节温器的开度目标值和散热风机的转速目标值。本申请提供的方法通过电堆冷却系统零部件的控制，能够减小电堆温度的波动，进而提高电堆的发电效率，避免相关零部件频繁启停，提高整个系统的可靠性，延长电堆寿命。延长电堆寿命。延长电堆寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆冷却系统控制方法及燃料电池控制器


[0001]本申请涉及燃料电池汽车领域，特别涉及一种燃料电池电堆冷却系统控制方法及燃料电池控制器。

技术介绍

[0002]近年来，新能源汽车发展迅猛，燃料电池汽车得到了长足的发展。燃料电池汽车的工作原理是氢燃料与氧气发生氧化还原反应产生电能带动电动机工作，燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，其能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。随着技术进步及产品推广需要，燃料电池系统从辅助动力电池驱动车辆到主要由燃料电池系统来驱动车辆，这样势必对燃料电池电堆的可靠性提出更高要求，电堆温度显著影响了其发电效率和可靠性，如何保证燃料电池电堆工作期间的温度适宜和稳定，成为了目前急需解决的问题。
[0003]现有技术一般采用设定温度上下限的开环控制方法，存在电堆冷却系统相关零部件频繁启停的问题，影响系统寿命，且电堆温度波动较大，影响电堆的发电效率和寿命；另外这种控制方法无法实时根据电堆电流动态控制电堆温度，也无法根据外界环境(如环境温度、大气压)的变化实时调整散热系统相关零部件的参数。
[0004]因此，有必要开发一种能够减小电堆温度波动的燃料电池电堆冷却系统控制方法。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种燃料电池电堆冷却系统控制方法，以解决相关技术中电堆冷却系统零部件频繁启停、电堆温度波动较大等问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种燃料电池电堆冷却系统控制方法，应用于燃料电池控制器，包括：
[0007]根据燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液进堆温度和冷却液出堆温度计算得到冷却水泵的转速目标值；所述燃料电池电堆的输出电流设定值为任意设置的燃料电池电堆的输出电流；
[0008]根据燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液出堆温度和电子节温器的当前实际开度计算得到电子节温器的开度目标值；
[0009]根据燃料电池电堆的输出电流设定值、环境温度、大气压和冷却液出堆温度计算得到散热风机的转速目标值；
[0010]控制所述冷却水泵的转速、电子节温器的开度和散热风机的转速趋近所述冷却水泵的转速目标值、电子节温器的开度目标值和散热风机的转速目标值。
[0011]一些实施例中，所述根据燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液进堆温度和冷却液出堆温度计算得到冷却水泵的转速目标值，包括：
[0012]根据所述燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液进堆温度和冷却液出堆温度得
到冷却水泵的转速调节值；
[0013]根据所述燃料电池电堆的输出电流设定值、燃料电池电堆的输出电流设定值与冷却水泵的转速前馈值之间的第三预设关系，得到冷却水泵的转速前馈值；
[0014]将所述冷却水泵的转速调节值与冷却水泵的转速前馈值相加，，即得到冷却水泵的转速目标值。
[0015]一些实施例中，所述根据燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液进堆温度和冷却液出堆温度得到冷却水泵的转速调节值，包括：
[0016]根据所述燃料电池电堆的输出电流设定值、燃料电池电堆的输出电流设定值与冷却液进出堆温差目标值之间的第一预设关系，得到冷却液进出堆温差目标值；
[0017]计算冷却液进堆温度和冷却液出堆温度的差值，得到冷却液进出堆温差实际值；
[0018]计算所述冷却液进出堆温差目标值和冷却液进出堆温差实际值的差值，得到冷却液进出堆温差控制偏差；
[0019]计算所述冷却液进出堆温差控制偏差对时间的导数，得到冷却液进出堆温差控制偏差的变化率；
[0020]根据所述冷却液进出堆温差控制偏差和冷却液进出堆温差控制偏差的变化率进行闭环控制计算，即得到冷却水泵的转速调节值。
[0021]一些实施例中，获得所述第一预设关系的方法为：获取燃料电池电堆输出电流的上限值和下限值，在实车或台架上，将燃料电池电堆输出电流在其上限值和下限值之间进行等分，得到多个电流标定点，使燃料电池系统分别在各电流标定点运行，记录此时的冷却液进、出堆温度，计算冷却液进堆温度和出堆温度的差值，得到冷却液进出堆温差目标值；以此类推，得到各电流标定点及与其一一对应的冷却液进出堆温差目标值，制表或作图即得到表征燃料电池电堆的输出电流与冷却液进出堆温差目标值之间对应关系的第一预设关系。
[0022]一些实施例中，根据所述冷却液进出堆温差控制偏差和冷却液进出堆温差控制偏差的变化率进行闭环控制计算所采用的算法为PID(Proportion Integral Differential，比例积分微分)算法，具体过程为：根据所述冷却液进出堆温差控制偏差、冷却液进出堆温差控制偏差的变化率与PID算法的系数的第二预设关系，得到PID算法的第一比例系数、第一积分时间常数和第一微分时间常数，将所述第一比例系数、第一积分时间常数和第一微分时间常数输入PID算法进行计算，即得到冷却水泵的转速调节值。
[0023]一些实施例中，获得所述第二预设关系的方法为：
[0024]使用PID控制器，在调试开始时设置合适的比例系数和积分时间，以避免出现系统不稳定或超调量过大的异常情况。先给出一个阶跃给定信号，根据被控量的输出波形可以获得系统性能的信息，例如超调量和调节时间，根据PID控制参数与系统性能的关系，反复调节PID的控制参数：如果阶跃响应的超调量太大，经过多次振荡才能稳定或者根本不稳定，应减小比例系数、增大积分时间；如果阶跃响应没有超调量，但是被控量上升过于缓慢，过渡过程时间太长，应按相反的方向调整参数；如果消除误差的速度较慢，可以适当减小积分时间，增强积分作用；反复调节比例系数和积分时间，如果超调量仍然较大，可以加入微分控制，微分时间从0逐渐增大，反复调节PID控制器的比例、积分和微分部分的参数。在工业过程中，连续控制系统的理想PID控制规律为：
[0025][0026]式中，K
p
为比例系数；T
t
为积分时间；T
D
为微分时间；u(t)为PID控制器的输出信号；e(t)为给定值r(t)与测量值之差；K
p
/T
t
＝K
i
；K
i
为积分时间系数；K
p
*T
D
＝K
d
，K
d
为微分时间系数；
[0027]因实际工况比较复杂，本申请不再设置偏差及偏差变化率梯度，实际调试过程中整定出一版控制参数后，如能适应全工况仅采用一版PID控制参数，如有特殊工况点控制效果较差，可在该工况点附近整定出另一套控制参数，以此类推，将工况点和对应的控制参数制成相应的表格，即得到第二预设关系。
[0028]一些实施例中，获得所述第三预设关系的方法为：获取燃料电池电堆输出电流的上限值和下限值，在实车或台架上，将燃料电池电堆输出电流在其上限值和下限值内进行等分，得到多个电流标定点，使燃料电池系统分别在各电流标定点运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆冷却系统控制方法，应用于燃料电池控制器，其特征在于，包括：根据燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液进堆温度和冷却液出堆温度计算得到冷却水泵的转速目标值；根据燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液出堆温度和电子节温器的当前实际开度计算得到电子节温器的开度目标值；根据燃料电池电堆的输出电流设定值、环境温度、大气压和冷却液出堆温度计算得到散热风机的转速目标值；控制所述冷却水泵的转速、电子节温器的开度和散热风机的转速趋近所述冷却水泵的转速目标值、电子节温器的开度目标值和散热风机的转速目标值。2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷却系统控制方法，其特征在于，所述根据燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液进堆温度和冷却液出堆温度计算得到冷却水泵的转速目标值，包括：根据所述燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液进堆温度和冷却液出堆温度得到冷却水泵的转速调节值；根据所述燃料电池电堆的输出电流设定值、燃料电池电堆的输出电流设定值与冷却水泵的转速前馈值之间的第三预设关系，得到冷却水泵的转速前馈值；将所述冷却水泵的转速调节值与冷却水泵的转速前馈值相加，即得到冷却水泵的转速目标值。3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆冷却系统控制方法，其特征在于，所述根据燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液进堆温度和冷却液出堆温度得到冷却水泵的转速调节值，包括：根据所述燃料电池电堆的输出电流设定值、燃料电池电堆的输出电流设定值与冷却液进出堆温差目标值之间的第一预设关系，得到冷却液进出堆温差目标值；计算当前的冷却液进堆温度和冷却液出堆温度的差值，得到冷却液进出堆温差实际值；计算所述冷却液进出堆温差目标值和冷却液进出堆温差实际值的差值，得到冷却液进出堆温差控制偏差；计算所述冷却液进出堆温差控制偏差对时间的导数，得到冷却液进出堆温差控制偏差的变化率；根据所述冷却液进出堆温差控制偏差和冷却液进出堆温差控制偏差的变化率进行闭环控制计算，即得到冷却水泵的转速调节值。4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆冷却系统控制方法，其特征在于，所述根据燃料电池电堆的输出电流设定值、冷却液出堆温度和电子节温器的当前实际开度计算得到电子节温器的开度目标值，包括：根据所述燃料电池电堆的输出电流设定值和冷却液出堆温度得到电子节温器的开度调节值；将所述电子节温器的开度调节值和电子节温器的当前实际开度相加，即得到电子节温器的开度目标值。5.根据权利要求4所述的燃料电池电堆冷却系统控制方法，其特征在于，所述根据燃料
电池电堆的输出电流设定值...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨高超，张新丰，王成，王明锐，宫熔，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：