一种燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法与流程

1.本发明涉及燃料电池系统温度控制技术领域，具体涉及一种燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法。

背景技术：

2.目前，大部分燃料电池适宜的工作温度范围明显高于环境温度，为提高燃料电池系统发电响应速度，需使燃料电池快速工作在其适宜的温度范围内。此外，燃料电池在特定的发电功率和操作条件下，存在其最佳温度工作点，尽可能将燃料电池温度控制在其最佳工作温度点附近，有利于提高燃料电池发电效率和使用寿命。
3.基于以上需求，目前大部分燃料电池系统均采用了大小循环的设计方案，以达到提高燃料电池升温速率的同时保证温度控制效果的目的。在采用大小循环设计方案时，则必然存在一个冷热冷却液混合的温度控制阶段。冷热冷却液混合阶段开始时，总循环回路中冷却液的温度接近或达到燃料电池最佳工作温度，大循环冷却液温度等于环境温度，之后通过控制电子节温器的角度，使大小循环的冷却液逐渐混合，实现控制燃料电池冷却液温度的目标，此时散热器未工作且总循环回路中冷却液温度一直高于大循环冷却液的温度，在大循环温度接近或达到燃料电池工作温度时，无法再通过仅控制节温器角度实现燃料电池温度控制，此时此阶段结束。
4.冷热冷却液混合阶段的温度控制系统是一个非线性控制系统，若直接采用常用的线性系统闭环控制方法，如pid控制，无法实现此阶段温度稳定精确控制，将出现温度波动大或响应速度慢等问题，而若采用开环控制则控制精度和抗干扰能力等都无法得到保证。此外，由于其闭环调节能力不强(在没有解决系统非线性特性情况下，增强系统闭环调节能力将导致系统温度控制波动增大甚至不稳定)，显然其抗干扰能力相对较弱，在其控制方案实施时，若燃料电池系统输出功率发生变化，则仍然有可能出现较大的温度波动，需要一定的时间才可能再次调节稳定。此阶段温度控制的效果不仅影响此阶段燃料电池的性能，也可能影响后期从冷热冷却液混合切换到下一个阶段(如散热器散热风扇控制)过程中温度控制的效果。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供一种燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，解决了冷热冷却液混合阶段燃料电池系统温度控制系统的非线性特性，不仅提高了系统响应速度，也同时保证了控制的稳定性和精度，系统鲁棒性强。此外，冷热冷却液混合阶段燃料电池系统温度的良好控制，有利于提高燃料电池系统的发电效率和使用寿命。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，应用于燃料电池系统，所述燃料电池系统包括电堆、水泵、散热设备和节温器，所述电堆的出水口与水泵的进水口连接，
所述水泵的出水口通过节温器连接并返回至电堆的进水口形成小循环回路，所述水泵的出水口通过散热设备和节温器连接并返回至电堆的进水口形成大循环回路，所述温度控制方法包括：
8.判断步骤：设定控制目标温度ts，实时采集总回路冷却液温度t1(t)、大循环回路冷却液温度t2(t)，当总回路冷却液温度t1(t)在控制目标温度ts的偏差范围内、大循环回路冷却液温度t2(t)在控制目标温度ts的偏差范围外时，控制系统发出温度调节指令。
9.反馈控制中间量计算：确认温度调节指令后，
10.计算温度控制误差et(t)，温度控制误差et(t)的计算过程如下式(1)所示：
11.et(t)＝ts-t1(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
12.在式1中，“ts”为设定的控制目标温度，“t1(t)”为总回路冷却液温度；
13.基于温度控制误差et(t)，采用线性系统控制方法计算得到闭环控制中间量u
fb
(t)；
14.反馈控制中间量线性化处理：计算总回路中冷却液和大循环中冷却液间的温差δt(t)，温差δt(t)的计算过程如下式(2)所示：
15.δt(t)＝t1(t)-t2(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
16.在式2中，“t1(t)”为总回路冷却液温度，“t2(t)”为大循环回路冷却液温度；
17.基于闭环控制中间量u
fb
(t)、温差δt(t)，计算为实现冷热冷却液混合温度达到目标温度ts所需的大循环流量百分比α(t)，α(t)的计算过程如下式(3)所示：
18.α(t)＝u
fb
(t)/δt(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
19.在式3中，“u
fb
(t)”为闭环控制中间量，“δt(t)”为总回路中冷却液和大循环中冷却液间的温差；
20.节温器开度调节：根据标定得到的大循环流量百分比α(t)与节温器开度百分比关系，实时计算得到节温器的开度百分比u(t
x
)，控制系统向节温器发送调节指令，实时调节节温器的开度。
21.进一步地，还包括
22.前馈控制中间量计算：根据燃料电池系统的运行情况，获取燃料电池系统内的总产热功率pst(t)，基于总产热功率pst(t)计算得到前馈控制中间量u
ff
(t)，前馈控制中间量u
ff
(t)的计算过程如下式(4)所示：
23.u
ff
(t)＝k
ff
·
pst(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
24.在式4中，“k
ff”为前馈控制系统系数，“pst(t)”为燃料电池系统内的总产热功率；
25.在反馈控制中间量线性化处理中，α(t)的计算过程如下式(5)所示：
26.α(t)＝u
fb
(t)/δt(t)+u
ff
(t)/δt(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
27.在式5中，“u
fb
(t)”为闭环控制中间量，“δt(t)”为总回路中冷却液和大循环中冷却液间的温差，“u
ff
(t)”为前馈控制中间量。
28.进一步地，在反馈控制中间量计算中，通过pid控制计算得到线性化前的闭环控制中间量u
fb
(t)，闭环控制中间量u
fb
(t)的计算过程如下式(6)所示：
[0029][0030]
在式6中，“k
p”为pid控制的比例系数、“t
i”为pid控制的积分时间常数、“τ”为pid控
制的微分时间常数、“et(t)”为温度控制误差。
[0031]
进一步地，在前馈控制中间量计算中，通过计算得到前馈控制系数k
ff
，前馈控制系数k
ff
的计算过程如下式(7)所示：
[0032]kff
＝1/(wc
·
ccool)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0033]
在式7中，“wc”为总回路中冷却液的质量流量，“ccool”为冷却液的比热容。
[0034]
进一步地，在判断步骤中，所述控制目标温度ts的偏差范围为
±
2℃。
[0035]
进一步地，所述小循环回路包括分流段、产热段和合流段，所述产热段设于分流段和合流段之间；所述大循环回路包括分流段、散热段和合流段，所述散热段设于分流段和合流段之间，所述散热设备设于散热段；所述电堆的进水口与合流段连接、出水口与分流段连接，所述小循环回路中的产热段与大循环回路中的散热段相互并联，所述产热段、散热段和合流段连接于节温器。
[0036]
进一步地，所述产热段上设有产热设备。
[0037]
进一步地，所述合流段上设有发热设备。
[0038]
进一步地，所述燃料电池系统内设有第一温度传感器，所述第一温度传感器实时采集总回路中冷却液的温度t1，所述第一温度传感器设于分流段和/或产热段。
[0039]
进一步地，所述燃料电池系统内设有第二温度传感器，所述第二温度传感器实时采集大循环回路中冷却液的温度t2，所述第二温度传感器设于散热段。
[0040]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0041]
本发明先对控制系统进行数学建模，采用反馈线性化方法对控制系统进行线性化，解决了系统的非线性特性，然后进一步利用燃料电池系统运行工况进行理论前馈，提高了系统应对燃料电池运行工况变化的响应速度，最后基于温度控制误差进行闭环反馈控制。得益于反馈线性化解决了此阶段控制系统的非线性特性，相较没有进行反馈线性化的情况，本控制方法在保证系统控制稳定性的前提下，可以使用更强的闭环反馈校正系数，获得更强的闭环校正能力，从而解决了系统抗干扰能力弱等问题。综上所述，本发明所提供的控制方法，解决了此阶段燃料电池系统温度控制系统的非线性特性，不仅提高系统响应速度，也同时保证了控制的稳定性和精度，系统鲁棒性强。此阶段燃料电池系统温度的良好控制，有利于提高燃料电池系统的发电效率和使用寿命。
附图说明
[0042]
图1是本发明燃料电池系统循环工艺连接示意图；
[0043]
图2是本发明燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法不采用前馈控制的控制流程图；
[0044]
图3是本发明燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法采用前馈控制的控制流程图；
[0045]
图4是本发明不同发电功率下温度控制效果对比图；
[0046]
图5是本发明环境温度变化影响图；
[0047]
图6是本发明控制目标温度变化影响图；
[0048]
图7是本发明应用于某型燃料电池系统实验台架实际控制效果图。
[0049]
图中标记：1-电堆，2-水泵，3-散热设备，4-节温器，5-发热设备，6-产热设备，7-分
流段，8-合流段，9-产热段，10-散热段，11-第一温度传感器，12-第二温度传感器。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0051]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0052]
实施例1
[0053]
一种燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，如图1-2所示，应用于燃料电池系统，所述燃料电池系统包括电堆1、水泵2、散热设备3和节温器4，所述电堆1的出水口与水泵2的进水口连接，所述水泵2的出水口通过节温器4连接并返回至电堆1的进水口形成小循环回路，所述水泵2的出水口通过散热设备3和节温器4连接并返回至电堆1的进水口形成大循环回路，所述温度控制方法包括：
[0054]
判断步骤：设定控制目标温度ts，实时采集总回路冷却液温度t1(t)、大循环回路冷却液温度t2(t)，当总回路冷却液温度t1(t)在控制目标温度ts的偏差范围内、大循环回路冷却液温度t2(t)在控制目标温度ts的偏差范围外时，控制系统发出温度调节指令。
[0055]
反馈控制中间量计算：确认温度调节指令后，
[0056]
计算温度控制误差et(t)，温度控制误差et(t)的计算过程如下式(1)所示：
[0057]
et(t)＝ts-t1(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0058]
在式1中，“ts”为设定的控制目标温度，“t1(t)”为总回路冷却液温度；
[0059]
基于温度控制误差et(t)，采用线性系统控制方法计算得到闭环控制中间量u
fb
(t)；
[0060]
反馈控制中间量线性化处理：计算总回路中冷却液和大循环中冷却液间的温差δt(t)，温差δt(t)的计算过程如下式(2)所示：
[0061]
δt(t)＝t1(t)-t2(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0062]
在式2中，“t1(t)”为总回路冷却液温度，“t2(t)”为大循环回路冷却液温度；
[0063]
基于闭环控制中间量u
fb
(t)、温差δt(t)，计算为实现冷热冷却液混合温度达到目标温度ts所需的大循环流量百分比α(t)，α(t)的计算过程如下式(3)所示：
[0064]
α(t)＝u
fb
(t)/δt(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0065]
在式3中，“u
fb
(t)”为闭环控制中间量，“δt(t)”为总回路中冷却液和大循环中冷却液间的温差；
[0066]
节温器开度调节：根据标定得到的大循环流量百分比α(t)与节温器4开度百分比关系，实时计算得到节温器4的开度百分比u(t
x
)，控制系统向节温器4发送调节指令，实时调节节温器4的开度。
[0067]
在反馈控制中间量计算中，线性化前的闭环控制中间量u
fb
(t)包括但不限于通过pid控制计算得到，在采用pid控制时，闭环控制中间量u
fb
(t)的计算过程如下式(6)所示：
[0068][0069]
在式6中，“k
p”为pid控制的比例系数、“t
i”为pid控制的积分时间常数、“τ”为pid控
制的微分时间常数、“et(t)”为温度控制误差。在判断步骤中，所述控制目标温度ts的偏差范围为
±
2℃。
[0070]
所述小循环回路包括分流段7、产热段9和合流段8，所述产热段9设于分流段7和合流段8之间；所述大循环回路包括分流段7、散热段10和合流段8，所述散热段10设于分流段7和合流段8之间，所述散热设备3设于散热段10；所述电堆1的进水口与合流段8连接、出水口与分流段7连接，所述小循环回路中的产热段9与大循环回路中的散热段10相互并联，所述产热段9、散热段10和合流段8连接于节温器4。
[0071]
所述产热段9上设有产热设备6。产热设备6包括但不限于ptc加热器。
[0072]
所述合流段8上设有发热设备5。发热设备5包括但不限于dcdc、中冷器等。
[0073]
所述散热设备3可以是散热器或板式换热器等。
[0074]
所述燃料电池系统内设有第一温度传感器11，所述第一温度传感器11实时采集总回路中冷却液的温度t1，所述第一温度传感器11设于分流段7。
[0075]
所述燃料电池系统内设有第二温度传感器12，所述第二温度传感器12实时采集大循环回路中冷却液的温度t2，所述第二温度传感器12设于散热段10。
[0076]
实施例2
[0077]
一种燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，如图1、图3-7所示，应用于燃料电池系统，所述燃料电池系统包括电堆1、水泵2、散热设备3和节温器4，所述电堆1的出水口与水泵2的进水口连接，所述水泵2的出水口通过节温器4连接并返回至电堆1的进水口形成小循环回路，所述水泵2的出水口通过散热设备3和节温器4连接并返回至电堆1的进水口形成大循环回路，所述温度控制方法包括：
[0078]
判断步骤：设定控制目标温度ts，实时采集总回路冷却液温度t1(t)、大循环回路冷却液温度t2(t)，当总回路冷却液温度t1(t)在控制目标温度ts的偏差范围内、大循环回路冷却液温度t2(t)在控制目标温度ts的偏差范围外时，控制系统发出温度调节指令。
[0079]
前馈控制中间量计算：根据燃料电池系统的运行情况，获取燃料电池系统内的总产热功率pst(t)，基于总产热功率pst(t)计算得到前馈控制中间量u
ff
(t)，前馈控制中间量u
ff
(t)的计算过程如下式(4)所示：
[0080]uff
(t)＝k
ff
·
pst(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0081]
在式4中，“k
ff”为前馈控制系统系数，“pst(t)”为燃料电池系统内的总产热功率；
[0082]
反馈控制中间量计算：确认温度调节指令后，
[0083]
计算温度控制误差et(t)，温度控制误差et(t)的计算过程如下式(1)所示：
[0084]
et(t)＝ts-t1(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0085]
在式1中，“ts”为设定的控制目标温度，“t1(t)”为总回路冷却液温度；
[0086]
基于温度控制误差et(t)，采用线性系统控制方法计算得到闭环控制中间量u
fb
(t)；
[0087]
反馈控制中间量线性化处理：计算总回路中冷却液和大循环中冷却液间的温差δt(t)，温差δt(t)的计算过程如下式(2)所示：
[0088]
δt(t)＝t1(t)-t2(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0089]
在式2中，“t1(t)”为总回路冷却液温度，“t2(t)”为大循环回路冷却液温度；
[0090]
基于闭环控制中间量u
fb
(t)、温差δt(t)，计算为实现冷热冷却液混合温度达到目
标温度ts所需的大循环流量百分比α(t)，α(t)的计算过程如下式(5)所示：
[0091]
α(t)＝u
fb
(t)/δt(t)+u
ff
(t)/δt(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0092]
在式5中，“u
fb
(t)”为闭环控制中间量，“δt(t)”为总回路中冷却液和大循环中冷却液间的温差，“u
ff
(t)”为前馈控制中间量。
[0093]
节温器开度调节：根据标定得到的大循环流量百分比α(t)与节温器4开度百分比关系，实时计算得到节温器4的开度百分比u(t
x
)，控制系统向节温器4发送调节指令，实时调节节温器4的开度。
[0094]
在反馈控制中间量计算中，线性化前的闭环控制中间量u
fb
(t)包括但不限于通过pid控制计算得到，在采用pid控制时，闭环控制中间量u
fb
(t)的计算过程如下式(6)所示：
[0095][0096]
在式6中，“k
p”为pid控制的比例系数、“t
i”为pid控制的积分时间常数、“τ”为pid控制的微分时间常数、“et(t)”为温度控制误差。在判断步骤中，所述控制目标温度ts的偏差范围为
±
2℃。
[0097]
在前馈控制中间量计算中，首先通过燃料电池系统的运行工况实时计算、估计或标定等获取燃料电池系统内的总产热功率pst(t)，如根据燃料电池的极化曲线和dcdc的效率等可以分别计算或估计得到电堆和dcdc的产热功率。
[0098]
通过计算得到前馈控制系数k
ff
，前馈控制系数k
ff
的计算过程如下式(7)所示：
[0099]kff
＝1/(wc
·
ccool)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0100]
在式7中，“wc”为总回路中冷却液的质量流量，“ccool”为冷却液的比热容。k
ff
不是必须采用理论取值，也可以通过调试得到。
[0101]
在节温器开度调节中，本实施例根据标定数据拟合得到大循环回路流量百分比与节温器开度百分比的函数关系为：f(x)＝0.0027+0.2468x+0.3327x2+0.3783x3,此函数关系不是唯一的，根据选用的节温器或根据设计得到的大循环回路与小循环回路之间压降的不同而不同。
[0102]
某一时刻tx计算得到的大循环流量百分比为α(t
x
)，则时刻t
x
节温器开度百分比某一时刻t
x
计算得到的大循环流量百分比为α(t
x
)，则时刻t
x
节温器开度百分比u(t
x
)如下式(8)所示：
[0103]
u(t
x
)＝0.0027+0.2468α(t
x
)+0.3327α2(t
x
)+0.3783α3(t
x
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0104]
在式8中，“α(t
x
)”某一时刻t
x
计算得到的大循环流量百分比。
[0105]
通过上述控制方法得到的节温器调节角度，使大循环回路和小循环回路中的冷热冷却液逐渐混合，在大循环回路中冷却液逐渐升高过程中，带走小循环回路中产热设备产生的热量，最终实现总回路中冷却液温度的快速、稳定和精确控制，即燃料电池电堆温度的快速、稳定和精确控制。
[0106]
所述小循环回路包括分流段7、产热段9和合流段8，所述产热段9设于分流段7和合流段8之间；所述大循环回路包括分流段7、散热段10和合流段8，所述散热段10设于分流段7和合流段8之间，所述散热设备3设于散热段10；所述电堆1的进水口与合流段8连接、出水口与分流段7连接，所述小循环回路中的产热段9与大循环回路中的散热段10相互并联，所述产热段9、散热段10和合流段8连接于节温器4。
[0107]
所述产热段9上设有产热设备6。产热设备6包括但不限于ptc加热器。
[0108]
所述合流段8上设有发热设备5。发热设备5包括但不限于dcdc、中冷器等。
[0109]
所述散热设备3可以是散热器或板式换热器等。
[0110]
所述燃料电池系统内设有第一温度传感器11，所述第一温度传感器11实时采集总回路中冷却液的温度t1，所述第一温度传感器11设于分流段7。
[0111]
所述燃料电池系统内设有第二温度传感器12，所述第二温度传感器12实时采集大循环回路中冷却液的温度t2，所述第二温度传感器12设于散热段10。
[0112]
本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0113]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0114]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

技术特征：

1.一种燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，应用于燃料电池系统，所述燃料电池系统包括电堆、水泵、散热设备和节温器，所述电堆的出水口与水泵的进水口连接，所述水泵的出水口通过节温器连接并返回至电堆的进水口形成小循环回路，所述水泵的出水口通过散热设备和节温器连接并返回至电堆的进水口形成大循环回路，其特征在于，所述温度控制方法包括：判断步骤：设定控制目标温度ts，实时采集总回路冷却液温度t1(t)、大循环回路冷却液温度t2(t)，当总回路冷却液温度t1(t)在控制目标温度ts的偏差范围内、大循环回路冷却液温度t2(t)在控制目标温度ts的偏差范围外时，控制系统发出温度调节指令。反馈控制中间量计算：确认温度调节指令后，计算温度控制误差et(t)，温度控制误差et(t)的计算过程如下式(1)所示：et(t)＝ts-t1(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)在式1中，“ts”为设定的控制目标温度，“t1(t)”为总回路冷却液温度；基于温度控制误差et(t)，采用线性系统控制方法计算得到闭环控制中间量u
fb
(t)；反馈控制中间量线性化处理：计算总回路中冷却液和大循环中冷却液间的温差δt(t)，温差δt(t)的计算过程如下式(2)所示：δt(t)＝t1(t)-t2(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)在式2中，“t1(t)”为总回路冷却液温度，“t2(t)”为大循环回路冷却液温度；基于闭环控制中间量u
fb
(t)、温差δt(t)，计算为实现冷热冷却液混合温度达到目标温度ts所需的大循环流量百分比α(t)，α(t)的计算过程如下式(3)所示：α(t)＝u
fb
(t)/δt(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)在式3中，“u
fb
(t)”为闭环控制中间量，“δt(t)”为总回路中冷却液和大循环中冷却液间的温差；节温器开度调节：根据标定得到的大循环流量百分比α(t)与节温器开度百分比关系，实时计算得到节温器的开度百分比u(t
x
)，控制系统向节温器发送调节指令，实时调节节温器的开度。2.如权利要求1所述的燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，其特征在于，还包括前馈控制中间量计算：根据燃料电池系统的运行情况，获取燃料电池系统内的总产热功率pst(t)，基于总产热功率pst(t)计算得到前馈控制中间量u
ff
(t)，前馈控制中间量u
ff
(t)的计算过程如下式(4)所示：u
ff
(t)＝k
ff
·
pst(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)在式4中，“k
ff”为前馈控制系统系数，“pst(t)”为燃料电池系统内的总产热功率；在反馈控制中间量线性化处理中，α(t)的计算过程如下式(5)所示：α(t)＝u
fb
(t)/δt(t)+u
ff
(t)/δt(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)在式5中，“u
fb
(t)”为闭环控制中间量，“δt(t)”为总回路中冷却液和大循环中冷却液间的温差，“u
ff
(t)”为前馈控制中间量。3.如权利要求2所述的燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，其特征在于，在反馈控制中间量计算中，通过pid控制计算得到线性化前的闭环控制中间量u
fb
(t)，闭环控制中间量u
fb
(t)的计算过程如下式(6)所示：
在式6中，“k
p”为pid控制的比例系数、“t
i”为pid控制的积分时间常数、“τ”为pid控制的微分时间常数、“et(t)”为温度控制误差。4.如权利要求3所述的燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，其特征在于，在前馈控制中间量计算中，通过计算得到前馈控制系数k
ff
，前馈控制系数k
ff
的计算过程如下式(7)所示：k
ff
＝1/(wc
·
ccool)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)在式7中，“wc”为总回路中冷却液的质量流量，“ccool”为冷却液的比热容。5.如权利要求1所述的燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，其特征在于，在判断步骤中，所述控制目标温度ts的偏差范围为
±
2℃。6.如权利要求1-5任一权利要求所述的燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，其特征在于，所述小循环回路包括分流段、产热段和合流段，所述产热段设于分流段和合流段之间；所述大循环回路包括分流段、散热段和合流段，所述散热段设于分流段和合流段之间，所述散热设备设于散热段；所述电堆的进水口与合流段连接、出水口与分流段连接，所述小循环回路中的产热段与大循环回路中的散热段相互并联，所述产热段、散热段和合流段连接于节温器。7.如权利要求6所述的燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，其特征在于，所述产热段上设有产热设备。8.如权利要求6所述的燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，其特征在于，所述合流段上设有发热设备。9.如权利要求6所述的燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统内设有第一温度传感器，所述第一温度传感器实时采集总回路中冷却液的温度t1，所述第一温度传感器设于分流段和/或产热段。10.如权利要求1所述的燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统内设有第二温度传感器，所述第二温度传感器实时采集大循环回路中冷却液的温度t2，所述第二温度传感器设于散热段。

技术总结

本发明公开了一种燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，涉及燃料电池系统温度控制技术领域。本发明提供的燃料电池系统冷热冷却液混合温度控制方法，采用反馈线性化方法对控制系统进行线性化，解决了系统的非线性特性，然后进一步利用燃料电池系统运行工况进行理论前馈，提高了系统应对燃料电池运行工况变化的响应速度，最后基于温度控制误差进行闭环反馈控制。得益于反馈线性化解决了此阶段控制系统的非线性特性，相较没有进行反馈线性化的情况，本控制方法在保证系统控制稳定性的前提下，可以使用更强的闭环反馈校正系数，获得更强的闭环校正能力，从而解决了系统抗干扰能力弱等问题。弱等问题。弱等问题。