一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制方法及系統(tǒng)與流程
1.本發(fā)明屬于啟動控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
2.本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。
3.燃料電池客車作為一種新能源客車，以其化學反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高、比功率高、尾排物清潔無污染，贏得了眾多學者和企業(yè)的支持，因此市場前景廣闊。
4.然而，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，燃料電池客車的應(yīng)用區(qū)域范圍較廣，難免在極寒工況下運行，當燃料電池在溫度較低的環(huán)境時，陰極產(chǎn)生的水容易在0℃以下凍結(jié)成冰，阻塞氣體流通進而影響電堆反應(yīng)的進行，導(dǎo)致電堆在低溫下啟動失敗。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
5.為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制方法及系統(tǒng)，增加輔助加熱裝置ptc，引用功率控制策略，通過設(shè)定燃料電池最大功率，對啟動功率進行實時控制，解決燃料電池在極寒環(huán)境下無法快速啟動問題，確保燃料電池能夠在加熱狀態(tài)下正常啟機的同時，提升啟機控制策略，保證燃料電池在啟動過程中的快速性和高效性。
6.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個或多個實施例提供了如下技術(shù)方案：本發(fā)明第一方面提供了一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制方法；一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制方法，包括：燃料電池接收到開機信號后，根據(jù)冷卻液溫度值與預(yù)設(shè)目標溫度值的比較結(jié)果，判斷是否進行冷啟動；冷啟動下，開啟小循環(huán)模式，輔助加熱裝置ptc持續(xù)加熱冷卻液，直到冷卻液溫度值升至預(yù)設(shè)目標溫度值，則進行熱開機；在加熱冷卻液的過程中，采用遇限削弱積分法的pid位置算法，將燃料電池的實際功率控制在最大功率內(nèi)。
7.進一步的，燃料電池接收到開機信號后，先進行系統(tǒng)有無故障的自檢操作，若檢測到系統(tǒng)故障，則關(guān)機。
8.進一步的，所述小循環(huán)模式是冷卻液溫度較低時，從電堆出來的冷卻液不經(jīng)過散熱器，直接經(jīng)過節(jié)溫器和輔助加熱裝置ptc返回電堆。
9.進一步的，所述冷卻液溫度值，是電堆出口處的冷卻液溫度值；在冷卻液回路的電堆入口處和出口處設(shè)置兩個溫度傳感器，監(jiān)測電堆入口處和出口處的冷卻液溫度值。
10.進一步的，若冷卻液溫度值低于預(yù)設(shè)目標溫度值，且無系統(tǒng)故障，則進行冷啟動；
若冷卻液溫度值高于預(yù)設(shè)目標溫度值，且無系統(tǒng)故障時，則進行熱開機。
11.進一步的，開啟節(jié)溫器、冷卻液水泵和輔助加熱裝置ptc，對冷卻液進行持續(xù)加熱。
12.進一步的，所述節(jié)溫器接收兩個溫度傳感器傳過來的實時溫度值，判斷是否進行小循環(huán)加熱；所述冷卻液水泵的轉(zhuǎn)速由電堆出口處冷卻液的實際溫度值與預(yù)設(shè)目標溫度值的溫差決定。
13.進一步的，所述遇限削弱積分法的pid位置算法，根據(jù)上一時刻的功率值與設(shè)定的最大功率值的比較結(jié)果，功率過高時，則當前功率值的計算，不再進行積分項的累計，只累計負偏差。本發(fā)明第二方面提供了一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制系統(tǒng)。
14.一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制系統(tǒng)，包括溫度比較單元和冷啟動單元；溫度比較單元，被配置為：燃料電池接收到開機信號后，根據(jù)冷卻液溫度值與預(yù)設(shè)目標溫度值的比較結(jié)果，判斷是否進行冷啟動；冷啟動單元，包括加熱單元和功率控制單元；加熱單元被配置為：冷啟動模式下，輔助加熱裝置ptc持續(xù)加熱冷卻液，直到冷卻液溫度值升至預(yù)設(shè)目標溫度值，則進行熱開機；功率控制單元被配置為：在加熱冷卻液的過程中，采用遇限削弱積分法的pid位置算法，將燃料電池的實際功率控制在最大功率內(nèi)。
15.進一步的，還包括自檢單元，用于燃料電池接收到開機信號后，對系統(tǒng)進行有無故障的自檢操作，若檢測到系統(tǒng)故障，則關(guān)機。
16.以上一個或多個技術(shù)方案存在以下有益效果：本發(fā)明考慮到燃料電池在低溫冷啟動時啟動速度較慢，在原有結(jié)構(gòu)上增加了輔助加熱裝置，但結(jié)構(gòu)上的改進對于啟動速度影響效果有限，因此引用了功率控制策略，通過設(shè)定燃料電池最大功率，利用該策略對啟動功率進行實時控制，盡量將實際功率控制在最大功率以內(nèi)，有利于維持燃料電池的快速響應(yīng)。
17.本發(fā)明附加方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
附圖說明
18.構(gòu)成本發(fā)明的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。
19.圖1為第一個實施例的方法流程圖。
20.圖2為第一個實施例的燃料電池冷凍液回路圖。
21.圖3為第二個實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
22.應(yīng)該指出，以下詳細說明都是示例性的，旨在對本公開提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有與本公開所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。
23.需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本公開的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當理解的是，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。
24.在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
25.針對燃料電池在極寒環(huán)境下無法快速啟動問題，本發(fā)明提出的一種車載燃料電池低溫冷啟動控制方法及系統(tǒng)，在電堆陰極產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象后，輔助加熱裝置對冷卻液進行加熱，使得電堆溫度保持在0℃以上，維持燃料電池的正常運行，實現(xiàn)電堆在低溫下快速冷啟動；除了對燃料電池冷卻液回路進行必要的加熱以外，低溫環(huán)境下的功率控制策略也是實現(xiàn)快速冷啟動的重要方法。
26.實施例一本實施例公開了一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制方法；如圖1所示，一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制方法，包括：步驟一、燃料電池接收到開機信號后，根據(jù)冷卻液溫度值與預(yù)設(shè)目標溫度值的比較結(jié)果，判斷是否進行冷啟動；整車高壓就緒且無故障時，發(fā)送燃料電池使能信號fc_on至燃料電池，燃料電池在接收到開機信號后進入自檢模式，進而判斷系統(tǒng)有無故障；若檢測到系統(tǒng)故障，燃料電池則進入關(guān)機狀態(tài)。
27.在冷卻液回路的電堆入口處和出口處設(shè)置兩個溫度傳感器，監(jiān)測電堆入口處和出口處的冷卻液溫度值,通過判斷出口處的冷卻液溫度值是否達到預(yù)設(shè)目標溫度值，判斷燃料電池是否需要開啟冷啟動模式。
28.若檢測到電堆出口處的冷卻液溫度值低于預(yù)設(shè)目標溫度值且無系統(tǒng)故障時，進入冷啟動階段；若冷卻液溫度值高于預(yù)設(shè)目標溫度值且無系統(tǒng)故障時，進入熱開機階段。
29.預(yù)設(shè)目標溫度值，通常是設(shè)定的燃料電池可開機的溫度門限值。
30.步驟二、冷啟動模式下，輔助加熱裝置ptc持續(xù)加熱冷卻液，直到冷卻液溫度值升至預(yù)設(shè)目標溫度值，則進行熱開機；在加熱冷卻液的過程中，采用遇限削弱積分法的pid位置算法，將燃料電池的實際功率控制在最大功率內(nèi)。
31.如圖2所示，通過節(jié)溫器判斷是否開啟小循環(huán)模式，若處于小循環(huán)，則開啟節(jié)溫器、冷卻液水泵和輔助加熱裝置ptc，，對冷卻液進行持續(xù)加熱，同時開啟氫氣路、空氣路和水路；所述小循環(huán)模式是冷卻液溫度較低時，從電堆出來的冷卻液不經(jīng)過散熱器，直接經(jīng)過節(jié)溫器和輔助加熱裝置ptc返回電堆，避免了散熱系統(tǒng)帶來的損失，能夠?qū)﹄姸哑鸬娇焖偌訜岬淖饔茫凰鏊罚抢鋮s液的回路。
32.所述節(jié)溫器接收溫度傳感器傳過來的實時溫度值，進而判斷是否需要進行小循環(huán)，當燃料電池處于小循環(huán)時，ptc加熱小循環(huán)管路中的冷卻液；所述冷卻液水泵的轉(zhuǎn)速由電堆出口處冷卻液的實際溫度值與預(yù)設(shè)目標溫度值的
溫差決定。
33.打開氫氣路進氣閥的控制開關(guān)，氫氣進入氫管路，通過氫氣比例閥開度控制進氣量，氫氣循環(huán)泵根據(jù)氫氣路的實時壓力值調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速大小；空氣路的節(jié)氣門開度和空壓機相關(guān)，節(jié)氣門的開度大小和空壓機的轉(zhuǎn)速高低，決定了空氣路的空氣流量；輔助加熱裝置ptc持續(xù)加熱將冷卻液溫度值升至預(yù)設(shè)目標溫度值。
34.當檢測到電堆出口處冷卻液的溫度值達到預(yù)設(shè)目標溫度值后，同時判定電堆出入口的冷卻液溫差在可允許范圍內(nèi)后，關(guān)閉ptc加熱模式，進入熱開機流程。
35.冷啟動過程中，采用功率控制策略，隨著電流的增加，氫氣、空氣的需求量也隨之增加，從而引起燃料電池的電壓下降；所以，燃料電池具有一個最大電流，超過最大電流時會造成燃料電池的性能衰減，此時最大電流對應(yīng)的功率也就是電堆的最大功率值。
36.功率控制策略，采用遇限削弱積分法的pid位置算法，實現(xiàn)對功率的實時閉環(huán)控制。
37.設(shè)燃料電池最大功率值為p
max
，燃料電池此刻的功率值為p(k)，在計算p(k）時，判斷上一時刻的功率值p(k-1）是否大于p
max
；若大于p
max
，則不再進行積分項的累計，只累計負偏差；若小于等于p
max
，則進行正常的pid控制，具體為：計算k-1時刻的功率值p(k-1)：
?????
(1)根據(jù)k-1時刻的功率值與設(shè)定的最大功率值的比較結(jié)果，分別計算k時刻的功率：如果，則：
??????
(2)如果, 則：
??????
(3)其中，燃料電池最大功率值為p
max
，p(k）、p(k-1)為燃料電池k、k-1時刻的功率值，k
p
、ki、kd分別為比例、微分、積分系數(shù)，i(k)、i(k-1)、i(k-2)為第k、k-1、k-2時刻的電流值。
38.此策略控制功率不超過最大功率，通過控制電流值來實現(xiàn)，使用該方法能夠控制實際功率在最大功率附近浮動，避免在最大功率處有較大的超調(diào)量，有利于冷啟動時的快速響應(yīng)和維護燃料電池壽命。
39.實施例二本實施例公開了一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制系統(tǒng)；如圖2所示，一種客車用燃料電池低溫冷啟動控制系統(tǒng)，包括溫度比較單元和冷啟動單元；溫度比較單元，被配置為：燃料電池接收到開機信號后，根據(jù)冷卻液溫度值與預(yù)設(shè)目標溫度值的比較結(jié)果，判斷是否進行冷啟動；冷啟動單元，包括加熱單元和功率控制單元；
加熱單元被配置為：冷啟動模式下，輔助加熱裝置ptc持續(xù)加熱冷卻液，直到冷卻液溫度值升至預(yù)設(shè)目標溫度值，則進行熱開機；功率控制單元被配置為：在加熱冷卻液的過程中，采用遇限削弱積分法的pid位置算法，將燃料電池的實際功率控制在最大功率內(nèi)。
40.還包括自檢單元，用于燃料電池接收到開機信號后，對系統(tǒng)進行有無故障的自檢操作，若檢測到系統(tǒng)故障，則關(guān)機。
41.本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本公開的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本公開可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本公開可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)（包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學存儲器等）上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。
42.本公開是參照根據(jù)本公開實施例的方法、設(shè)備（系統(tǒng)）、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和／或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和／或方框圖中的每一流程和／或方框、以及流程圖和／或方框圖中的流程和／或方框的結(jié)合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
43.這些計算機程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
44.這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
45.以上所述僅為本公開的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本公開，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本公開可以有各種更改和變化。凡在本公開的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本公開的保護范圍之內(nèi)。
46.上述雖然結(jié)合附圖對本公開的具體實施方式進行了描述，但并非對本公開保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本公開的保護范圍以內(nèi)。
