一种燃料电池水温的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池水温的控制方法及系统，用于控制风扇转速来调节电池水温，方法包括：S1、建立电堆电流、外界环境温度与基础风扇转速参数信号的风扇转速对应表；S2、实时地获取实际水入温度T

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池水温的控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种燃料电池水温的控制方法及系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池因具有效率高、启动快、工作温度低等优点从而得到广泛的应用。水温是影响燃料电池的性能及寿命的重要因素之一，水温低于电堆需求温度不仅会导致电堆输出功率降低，还会因为水堵导致单池单低甚至反极；水温高于电堆需求温度会导致质子交换膜过干，降低电堆寿命，甚至因为过热导致电堆损坏。
[0003]电堆的水入温度控制主要是通过调整散热风扇转速来实现。传统燃油车基于水温上下限采用风扇开关式控制方法，此方法水温调节范围较大，一般燃料电池工作范围要求70
‑
80℃，相对传统燃油车，温度范围更窄，所以此方法不适用于燃料电池。针对燃料电池，目前普遍采用基于目标水温和实际水温偏差的风扇转速PID控制方式，但是水温控制系统具有大惯性、纯时滞和非线性的特性，导致无法解决水温超调过大的问题。
[0004]为了解决上述存在的问题，公告号为CN 112018409 B的中国专利中，通过试验确定不同工况下的风扇基础转速调节信号PWM1后采用间断PID法确定风扇校正转速调节信号PWM2，相加得到散热风扇的需求转速PWM3用来控制风扇转速。此方法可以降低风扇至燃料电池入水的管道过长引起的温度误差，但其仍存在一定缺陷，每个工况下采用固定风扇校正转速和开闭时间间隔，无法根据水温反馈信号实时调节，调节精度取决于标定精度，系统鲁棒性难以保证。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种燃料电池水温的控制方法及系统，基于当前工况下实际水温和目标水温的偏差，通过前馈控制和增量PID闭环控制相结合的控制方式进行风扇转速调节，提升了稳态和变载工况下的水温控制精度，减小的水温波动幅度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种燃料电池水温的控制方法，用于控制燃料电池热管理系统的风扇转速来调节电池水温，利用控制器获取相关参数、以及输出风扇转速参数信号来控制风扇转速，所述控制方法包括以下步骤：
[0007]S1、根据电堆电流、外界环境温度与目标水入温度对应关系，建立电堆电流、外界环境温度与基础风扇转速参数信号的风扇转速对应表；
[0008]S2、控制器实时地获取实际水入温度T
s
、外界环境温度T
h
和电堆电流I，确定目标水入温度T
m
，并设定第一水温T1和第二水温T2，且T2＜T
m
＜T1；
[0009]S3、风扇为关闭状态时，对实际水入温度T
s
进行如下判断：当T
s
＞T1，风扇启动并设定最大风扇转速，直到水温降到T
s
≤T1时进入到步骤S4；若T
m
＜T
s
≤T1，进入步骤S4；若T
s
＜T
m
，风扇保持关闭状态；
[0010]S4、风扇启动，进行水温闭环控制，包括以下步骤：
[0011]S41、根据风扇转速对应表得到当前实际水入温度T
s
和当前外界环境温度T
h
情况下的基础风扇转速参数信号Fan1；
[0012]S42、根据实际水入温度T
s
和目标水入温度T
m
的偏差，对风扇转速进行增量PID控制，得到校正风扇转速参数信号Fan2；
[0013]S43、基础风扇转速参数信号Fan1和校正风扇转速参数信号Fan2相加，得到需求风扇转速参数信号Fan3，控制器以需求风扇转速参数信号Fan3来控制风扇转动。
[0014]S5、当实际水入温度T
s
降到T
s
≤T2时，关闭风扇。
[0015]进一步地，还包括S6、水温闭环控制优化，具体包括：
[0016]S61、设定第三温度T3和第四温度T4，且T2＜T4＜T
m
＜T3＜T1，在T
m
～T3之间选择一个温度T
c1
，并将处于升温阶段T
c1
时的实际水入温度变化率作为第一参考温度变化率K
c1
，K
c1
＞0，在T4～T
m
之间选择一个温度T
c2
，并将处于降温阶段T
c2
时的实际水入温度变化率作为第二参考温度变化率K
c2
，K
c2
＜0；
[0017]S62、优化后的水温闭环控制：在进行步骤S4的基础上，同时获取当前实际水温变化率K，并进行如下操作：
[0018]S621、当前实际水温变化率K＞0时，若实际水入温度T
s
＞T
m
，且|K|＜|K
c1
|时，表明水温在趋于稳定，则锁定风扇转速参数信号，风扇转速保持不变，同时停止风扇转速的增量PID控制，直到实际水入温度T
s
开始下降或者继续上升到超过第三温度T3时，解除风扇转速参数信号的锁定，并继续风扇转速的增量PID控制；
[0019]S622、在当前实际水温变化率K＜0时，若实际水入温度T
s
＜T
m
，且|K|＜|K
c2
|时，表明水温在趋于稳定，则锁定风扇转速参数信号，风扇转速保持不变，同时停止风扇转速的增量PID控制，直到实际水入温度T
s
开始上升或者继续下降到低于第四温度T4时，解除风扇转速参数信号的锁定，并继续风扇转速增量PID控制；
[0020]S623、除步骤S621和步骤S622外的情况，维持风扇转速的增量PID控制。
[0021]进一步地，第一参考温度变化率K
c1
和第二参考温度变化率K
c2
的优化选定：在T
m
～T3之间均等地取N个值作为待选T
c1
，然后将N个待选T
c1
分别带入到步骤62中进行实际试验，得到N组对应的实际入水温度范围，然后与目标水入温度T
m
进行对比，找出偏差最小那组，其对应的待选T
c1
的值作为最优T
c1
值；在T4～Tm之间均等地取N个值作为待选T
c2
，然后将N待选T
c2
分别带入到步骤S62中进行实际试验，得到N组对应的实际入水温度范围，然后与目标水入温度T
m
进行对比，找出偏差最小那组，其对应的待选T
c2
的值作为最优T
c2
值。
[0022]进一步地，所述步骤S7中，N＝10。
[0023]本专利技术还提供一种燃料电池水温的控制系统，包括水管理系统和控制器，所述水管理系统包括风扇、冷却水管和入水温度传感器，所述冷却水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池水温的控制方法，用于控制燃料电池热管理系统的风扇转速来调节电池水温，利用控制器获取相关参数、以及输出风扇转速参数信号来控制风扇转速，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：S1、根据电堆电流、外界环境温度与目标水入温度对应关系，建立电堆电流、外界环境温度与基础风扇转速参数信号的风扇转速对应表；S2、控制器实时地获取实际水入温度T
s
、外界环境温度T
h
和电堆电流I，确定目标水入温度T
m
，并设定第一水温T1和第二水温T2，且T2＜T
m
＜T1；S3、风扇为关闭状态时，对实际水入温度T
s
进行如下判断：当T
s
＞T1，风扇启动并设定最大风扇转速，直到水温降到T
s
≤T1时进入到步骤S4；若T
m
＜T
s
≤T1，进入步骤S4；若T
s
＜T
m
，风扇保持关闭状态；S4、风扇启动，进行水温闭环控制，包括以下步骤：S41、根据风扇转速对应表得到当前实际水入温度T
s
和当前外界环境温度T
h
情况下的基础风扇转速参数信号Fan1；S42、根据实际水入温度T
s
和目标水入温度T
m
的偏差，对风扇转速进行增量PID控制，得到校正风扇转速参数信号Fan2；S43、基础风扇转速参数信号Fan1和校正风扇转速参数信号Fan2相加，得到需求风扇转速参数信号Fan3，控制器以需求风扇转速参数信号Fan3来控制风扇转动。S5、当实际水入温度T
s
降到T
s
≤T2时，关闭风扇。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：还包括S6、水温闭环控制优化，包括：S61、设定第三温度T3和第四温度T4，且T2＜T4＜T
m
＜T3＜T1，在T
m
～T3之间选择一个温度T
c1
，并将处于升温阶段T
c1
时的实际水入温度变化率作为第一参考温度变化率K
c1
，K
c1
＞0，在T4～T
m
之间选择一个温度T
c2
，并将处于降温阶段T
c2
时的实际水入温度变化率作为第二参考温度变化率K
c2
，K
c2
＜0；S62、优化后的水温闭环控制：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敬晨，程准，王佳元，谢非，方效，杨硕，戴添翼，李雪芹，
申请(专利权)人：上海重塑能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：