本申請(qǐng)屬于溫度控制，尤其涉及一種燃料電池系統(tǒng)的溫度控制方法和燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、在燃料電池中，冷卻系統(tǒng)的作用是維持電堆工作溫度。溫度影響電堆耐久性與單片狀態(tài)一致性，因此其控制的響應(yīng)速度與精度是重要指標(biāo)。冷卻系統(tǒng)主要執(zhí)行器件包括水泵、三通閥、以及風(fēng)扇，水泵用于維持冷卻液循環(huán)，三通閥用于實(shí)現(xiàn)大循環(huán)與小循環(huán)的轉(zhuǎn)換，這里大循環(huán)是指冷卻液流經(jīng)散熱器回到電堆，風(fēng)扇用于冷卻流經(jīng)散熱器的冷卻液。電堆冷卻液進(jìn)口、出口以及散熱器出口的溫度存在耦合關(guān)系，當(dāng)水泵、三通閥、以及風(fēng)扇中任何一個(gè)的工作點(diǎn)變化時(shí)，上述三個(gè)溫度就會(huì)經(jīng)歷變化之后達(dá)到新的穩(wěn)定點(diǎn)。冷卻系統(tǒng)需要具有魯棒性，用以應(yīng)對(duì)燃料電池外部環(huán)境變化與零部件老化造成的干擾。
2、已有冷卻系統(tǒng)及其溫度控制方法通常以單一溫度為目標(biāo)，例如僅僅控制電堆進(jìn)口或者出口溫度。僅僅控制電堆進(jìn)口、出口、以及其他溫度中的一個(gè)不能保證燃料電池穩(wěn)定維持在目標(biāo)溫度下，造成的結(jié)果是燃料電池工作于波動(dòng)的溫度條件下。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)方式通常采用開(kāi)環(huán)標(biāo)定map，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要大量標(biāo)定測(cè)試，并且由于不使用閉環(huán)控制以及引入物理模型，因而在使用過(guò)程中不能應(yīng)對(duì)外部環(huán)境變化與零部件老化造成的干擾。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述問(wèn)題，提出了本申請(qǐng)以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。
2、本申請(qǐng)的目的在于提供本發(fā)明提出了一種燃料電池系統(tǒng)的溫度控制方法和燃料電池系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電堆進(jìn)口、出口、以及散熱器出口的溫度同步趨近目標(biāo)值，進(jìn)而保證燃料電池穩(wěn)定維持在目標(biāo)溫度下；可以省略大量標(biāo)定測(cè)試，加速開(kāi)發(fā)；可以應(yīng)對(duì)外部環(huán)境變化與零部件老化造成的干擾。
3、根據(jù)本公開(kāi)的第一方案，提供了一種燃料電池系統(tǒng)的溫度控制方法。所述燃料電池系統(tǒng)包括電堆、三通閥、散熱器、風(fēng)扇和泵，來(lái)自所述泵的出口的冷卻液饋送到所述電堆，冷卻液流經(jīng)電堆后饋送到所述三通閥的進(jìn)口，所述三通閥的第一出口與所述散熱器的進(jìn)口連通而第二出口與所述散熱器的出口和所述泵的進(jìn)口連通，所述風(fēng)扇用于冷卻流經(jīng)所述散熱器的冷卻液。所述溫度控制方法包括利用處理器執(zhí)行如下處理：根據(jù)所述電堆的冷卻液出口的溫度的目標(biāo)值及其第一關(guān)聯(lián)參數(shù)，確定所述電堆的冷卻液出口的溫度的修正值；根據(jù)所述電堆的冷卻液出口的溫度的修正值，使用電堆傳熱模型，確定冷卻液總流量的目標(biāo)值；根據(jù)所確定的冷卻液總流量的目標(biāo)值，使用泵模型，確定所述泵的轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值；根據(jù)所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的目標(biāo)值及其第二關(guān)聯(lián)參數(shù)，確定所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的修正值；根據(jù)所述冷卻液總流量的目標(biāo)值和所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的修正值，使用三通閥傳熱模型，確定冷卻液的小循環(huán)流量和大循環(huán)流量的目標(biāo)值；根據(jù)所述冷卻液的小循環(huán)流量和大循環(huán)流量的目標(biāo)值，使用三通閥流量模型，確定三通閥開(kāi)度的目標(biāo)值；根據(jù)散熱器出口的冷卻液溫度的目標(biāo)值及其第三關(guān)聯(lián)參數(shù)，確定散熱器出口的冷卻液溫度的修正值；根據(jù)散熱器出口的冷卻液溫度的修正值、冷卻液的大循環(huán)流量的目標(biāo)值、散熱器進(jìn)口的冷卻液溫度的測(cè)量值和空氣溫度的測(cè)量值，使用散熱器傳熱模型，來(lái)確定散熱器的空氣流量的目標(biāo)值；根據(jù)所述散熱器的空氣流量的目標(biāo)值，使用風(fēng)扇流量模型，計(jì)算風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值；以及根據(jù)所述泵的轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值、所述三通閥開(kāi)度的目標(biāo)值以及所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值，來(lái)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速、三通閥開(kāi)度以及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。
4、根據(jù)本申請(qǐng)的第二方案，提供了一種燃料電池系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電堆、三通閥、散熱器、風(fēng)扇、泵以及處理器。來(lái)自所述泵的出口的冷卻液饋送到所述電堆，冷卻液流經(jīng)電堆后饋送到所述三通閥的進(jìn)口，所述三通閥的第一出口與所述散熱器的進(jìn)口連通而第二出口與所述散熱器的出口和所述泵的進(jìn)口連通，所述風(fēng)扇用于冷卻流經(jīng)所述散熱器的冷卻液，所述處理器配置為執(zhí)行根據(jù)本申請(qǐng)各個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的溫度控制方法。
5、本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)的溫度控制方法通過(guò)使用電堆的冷卻液出口的溫度等溫度的目標(biāo)值與測(cè)量值來(lái)進(jìn)行修正值的計(jì)算，從而以具有反饋控制特性的方法計(jì)算電堆的冷卻液出口的溫度等溫度的修正值，進(jìn)而能夠應(yīng)對(duì)外部環(huán)境變化與零部件老化造成的干擾，提高燃料電池系統(tǒng)的魯棒性。并且，通過(guò)使用各種傳熱模型、流量模型來(lái)計(jì)算用于調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速、三通閥開(kāi)度以及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值，省略了大量標(biāo)定測(cè)試，簡(jiǎn)化了目標(biāo)值的計(jì)算過(guò)程。而且，由于各個(gè)目標(biāo)溫度之間具有耦合關(guān)系，故而在每個(gè)控制步長(zhǎng)內(nèi)都會(huì)同時(shí)調(diào)節(jié)水泵、三通閥、以及風(fēng)扇的工作點(diǎn)。因此，當(dāng)其中一個(gè)溫度的測(cè)量值達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，其余溫度將會(huì)同步到達(dá)目標(biāo)值。同時(shí)，控制方法所具有的反饋控制特性能夠保證冷卻系統(tǒng)可以在系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)工作點(diǎn)的冷卻液溫度達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
1.一種燃料電池系統(tǒng)的溫度控制方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括電堆、三通閥、散熱器、風(fēng)扇和泵，來(lái)自所述泵的出口的冷卻液饋送到所述電堆，冷卻液流經(jīng)電堆后饋送到所述三通閥的進(jìn)口，所述三通閥的第一出口與所述散熱器的進(jìn)口連通而第二出口與所述散熱器的出口和所述泵的進(jìn)口連通，所述風(fēng)扇用于冷卻流經(jīng)所述散熱器的冷卻液，其特征在于，所述溫度控制方法包括，利用處理器執(zhí)行如下處理：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制方法，其特征在于，所述處理器包括電子控制單元，且所述處理由所述電子控制單元在各個(gè)控制步長(zhǎng)內(nèi)執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制方法，其特征在于，所述電堆的冷卻液出口的溫度的修正值不同于所述電堆的冷卻液出口的溫度的目標(biāo)值，而是在所述電堆的冷卻液出口的溫度的目標(biāo)值的基礎(chǔ)上，引入第一調(diào)節(jié)量，所述第一調(diào)節(jié)量表征所述電堆的其他位置處、和/或與所述電堆在流體上連通的裝置的流體出口和/或入口的溫度的目標(biāo)值和/或測(cè)量值的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制方法，其特征在于，所述第一關(guān)聯(lián)參數(shù)包括所述電堆的冷卻液出口的溫度的測(cè)量值，所述電堆的冷卻液出口的溫度的修正值基于所述電堆的冷卻液出口的溫度的目標(biāo)值與測(cè)量值的第一差異來(lái)確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度控制方法，其特征在于，所述第一關(guān)聯(lián)參數(shù)還包括所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的目標(biāo)值和測(cè)量值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的溫度控制方法，其特征在于，所述電堆的冷卻液出口的溫度的修正值基于所述第一差異的比例項(xiàng)和積分項(xiàng)來(lái)確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制方法，其特征在于，所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的修正值不同于所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的目標(biāo)值，而是在所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的目標(biāo)值的基礎(chǔ)上，引入第二調(diào)節(jié)量，所述第二調(diào)節(jié)量表征所述電堆的其他位置處、和/或與所述電堆在流體上連通的裝置的流體出口和/或入口的溫度的目標(biāo)值和/或測(cè)量值的影響。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制方法，其特征在于，所述第二關(guān)聯(lián)參數(shù)包括所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的測(cè)量值，所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的修正值基于所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的目標(biāo)值與測(cè)量值的第二差異來(lái)確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溫度控制方法，其特征在于，所述第二關(guān)聯(lián)參數(shù)還包括散熱器出口的冷卻液溫度的目標(biāo)值和測(cè)量值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的溫度控制方法，其特征在于，所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的修正值基于所述第二差異的比例項(xiàng)和積分項(xiàng)來(lái)確定。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制方法，其特征在于，所述散熱器出口的冷卻液溫度的修正值不同于所述散熱器出口的冷卻液溫度的目標(biāo)值，而是在所述散熱器出口的冷卻液溫度的目標(biāo)值的基礎(chǔ)上，引入第三調(diào)節(jié)量，所述第三調(diào)節(jié)量表征所述散熱器的其他位置處、和/或與所述散熱器在流體上連通的裝置的流體出口和/或入口的溫度的目標(biāo)值和/或測(cè)量值的影響。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的溫度控制方法，其特征在于，所述第三關(guān)聯(lián)參數(shù)包括所述散熱器出口的冷卻液溫度的測(cè)量值，所述散熱器出口的冷卻液溫度的修正值基于所述散熱器出口的冷卻液溫度的目標(biāo)值和測(cè)量值的第三差異來(lái)確定。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的溫度控制方法，其特征在于，所述第三關(guān)聯(lián)參數(shù)還包括所述電堆的冷卻液進(jìn)口的溫度的目標(biāo)值和測(cè)量值，以及所述電堆的冷卻液出口的溫度的目標(biāo)值和測(cè)量值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的溫度控制方法，其特征在于，所述散熱器出口的冷卻液溫度的修正值基于所述第三差異的比例項(xiàng)和積分項(xiàng)來(lái)確定。
15.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括電堆、三通閥、散熱器、風(fēng)扇、泵以及處理器，來(lái)自所述泵的出口的冷卻液饋送到所述電堆，冷卻液流經(jīng)電堆后饋送到所述三通閥的進(jìn)口，所述三通閥的第一出口與所述散熱器的進(jìn)口連通而第二出口與所述散熱器的出口和所述泵的進(jìn)口連通，所述風(fēng)扇用于冷卻流經(jīng)所述散熱器的冷卻液，所述處理器配置為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-14中任何一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)的溫度控制方法。