CN112711282A - 一种燃料电池的水温控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种燃料电池的水温控制方法及系统，其中，所述燃料电池的水温控制方法采用多内模控制算法来实现对电子节温器的开度控制，从而实现燃料电池的水温的精确控制。并且多内模控制算法具有鲁棒性高、跟踪性好等特点，适用于大迟滞非线性系统控制。该方案对燃料电池典型工况点进行模型线性化，并对不同工况点进行辨识，获得不同工况点下的模型。设计不同工况点下的内模控制器及前馈控制器。基于此算法，实现在全工况下水温的理想控制，具有响应时间短，超调量小的特点。

Description

一种燃料电池的水温控制方法及系统
技术领域
本申请涉及自动控制技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池的水温控制方法及系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池(下文称燃料电池)，是一种新型燃料电池，其电解质是一种固体有机膜，在增湿情况下，其交换膜可传导质子。这种燃料电池由于其环境友好性，能量转换率高、无噪声和响应快速等优点，被认为是今后重点发展的新能源发电系统。
当燃料电池处于不同的工况点或者整车要求其输出不同的功率时，对于燃料电池的水温控制要求不同，需要通过燃料电池温度管理系统对流出燃料电池的温度(简称水出温度)进行控制。但由于燃料电池的水热系统是具有大容性迟滞的非线性系统，因而控制难度较大。现有技术中通常基于模糊PID算法对燃料电池的水出温度进行控制，但控制效果精度欠佳。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种燃料电池的水温控制方法及系统，以实现提高对燃料电池的水温控制的精度的目的。
为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种燃料电池的水温控制方法，用于控制燃料电池温度管理系统的节温器开度，所述燃料电池的水温控制方法包括：
获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；
获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；
根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；
将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；
将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；
根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。
可选的，所述全局内嵌模型的确定过程包括：
对所述燃料电池的各个工况点进行线性化，以获得所述燃料电池的各个工况点的线性化模型；
确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
根据所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数和线性化模型，获取所述全局内嵌模型。
可选的，所述对所述燃料电池的各个工况点进行线性化包括：
在所述燃料电池运行在每个所述工况点时，向所述燃料电池注入电流、节温器开度信号，并采集所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值；
根据采集到的所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值，通过辨识工具得到在当前工况点下关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数；
根据所述关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数，获取在当前工况点下的线性模型。
可选的，所述确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数包括：
在第一约束条件和第二预设条件下确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
所述第一约束条件包括：
Figure BDA0002894850670000031
λk(i)∈[0,1]；其中，λk(i)为第k个工况点的隶属度函数，i表示电流的时域形式；
所述第二约束条件包括：λk(i)∈[0,1]且在对应的工况点时，λk(i_k)＝1。
可选的，所述全局前馈控制器的获取过程包括：
设计所述燃料电池在单个工况点下的前馈控制器；
将所述燃料电池在所有工况点下的前馈控制器与隶属度函数的乘积求和，以获得所述全局前馈控制器。
可选的，所述全局内模控制器的获取过程包括：
设计所述燃料电池在单个工况点下的内模控制器；
将所述燃料电池在所有工况点下的内模控制器与隶属度函数的乘积求和，以获得所述全局内模控制器。
可选的，所述获取所述燃料电池的目标水出温度包括：
获取对于所述燃料电池的功率请求；
根据所述功率请求，确定所述燃料电池的目标水出温度。
可选的，所述获取对于所述燃料电池的功率请求之后还包括：
根据所述功率请求确定所述燃料电池温度管理系统的风扇档位，并根据确定的所述风扇档位控制所述燃料电池温度管理系统的风扇；
根据所述功率请求确定所述燃料电池温度管理系统的水泵转速，并根据确定的所述水泵转速控制所述燃料电池温度管理系统的水泵。
一种燃料电池的水温控制系统，用于控制燃料电池温度管理系统的节温器开度，所述燃料电池的水温控制系统包括：
参数获取模块，用于获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；
第一开度模块，用于获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；
电流求和模块，用于根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；
第二开度模块，用于将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；
第三开度模块，用于将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；
开度控制模块，用于根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。
可选的，所述全局内嵌模型的确定过程包括：
对所述燃料电池的各个工况点进行线性化，以获得所述燃料电池的各个工况点的线性化模型；
确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
根据所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数和线性化模型，获取所述全局内嵌模型。
可选的，所述对所述燃料电池的各个工况点进行线性化包括：
在所述燃料电池运行在每个所述工况点时，向所述燃料电池注入电流、节温器开度信号，并采集所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值；
根据采集到的所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值，通过辨识工具得到在当前工况点下关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数；
根据所述关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数，获取在当前工况点下的线性模型；
所述确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数包括：
在第一约束条件和第二预设条件下确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
所述第一约束条件包括：
Figure BDA0002894850670000041
λk(i)∈[0,1]；其中，λk(i)为第k个工况点的隶属度函数，i表示电流的时域形式；
所述第二约束条件包括：λk(i)∈[0,1]且在对应的工况点时，λk(i_k)＝1。
从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种燃料电池的水温控制方法及系统，其中，所述燃料电池的水温控制方法首先获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度，获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号，然后根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；并将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号，最后将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号，并根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，实现对所述燃料电池温度管理系统的节温器开度的精确控制。所述燃料电池的水温控制方法采用多内模控制算法来实现对电子节温器的开度控制，从而实现燃料电池的水温的精确控制。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请的一个实施例提供的一种燃料电池的水温控制方法的流程示意图；
图2为本申请的一个实施例提供的一种多内模控制算法的设计原理示意图；
图3为本申请的另一个实施例提供的一种燃料电池的水温控制方法的流程示意图；
图4为本申请的又一个实施例提供的一种燃料电池的水温控制方法的流程示意图；
图5为本申请的再一个实施例提供的一种燃料电池的水温控制方法的流程示意图；
图6为本申请的一个可选实施例提供的一种燃料电池的水温控制方法的流程示意图；
图7为本申请的另一个可选实施例提供的一种燃料电池的水温控制方法的流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术中所述，现有技术中的燃料电池的水温控制方法多基于模糊PID算法进行燃料电池水温控制，其目的是控制燃料电池的水出温度与目标水出温度相同，但现有技术中的有些模糊PID算法只控制燃料电池温度管理系统的风扇，并不控制节温器。这样带来的调节效果不如电子节温器调节效果精细。有些模糊PID算法的控制对象是电子节温器，但由于模糊PID算法的调节使得在调节过程中有较大的延迟效应，无法使水出温度跟随目标温度变化而变化。同时超调量较大，响应时间较长。且由于模糊算法要求的专家经验，使得在调试过程中参数过多，无法满足燃料电池在各种工况下的运行需求。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种燃料电池的水温控制方法，用于控制燃料电池温度管理系统的节温器开度，所述燃料电池的水温控制方法包括：
获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；
获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；
根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；
将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；
将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；
根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。
所述燃料电池的水温控制方法首先获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度，获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号，然后根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；并将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号，最后将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号，并根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，实现对所述燃料电池温度管理系统的节温器开度的精确控制。所述燃料电池的水温控制方法采用多内模控制算法来实现对电子节温器的开度控制，从而实现燃料电池的水温的精确控制。
并且多内模控制算法具有鲁棒性高、跟踪性好等特点，适用于大迟滞非线性系统控制。该方案对燃料电池典型工况点进行模型线性化，并对不同工况点进行辨识，获得不同工况点下的模型。设计不同工况点下的内模控制器及前馈控制器。基于此算法，实现在全工况下水温的理想控制，具有响应时间短，超调量小的特点。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种燃料电池的水温控制方法，如图1所示，用于控制燃料电池温度管理系统的节温器开度，所述燃料电池的水温控制方法包括：
S101：获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；
S102：获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；
S103：根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；
S104：将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；
S105：将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；
S106：根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。
参考图2，图2为多内模控制算法的设计原理图。在图2中，I表示电堆实时电流，
Figure BDA0002894850670000081
——全局电流偏移量，Ik为第k个工况点的电流偏移值。1≤k≤n。
Figure BDA0002894850670000082
——全局节温器开度偏移量，αk为第k个工况点的开度偏移值。
Figure BDA0002894850670000083
——全局内嵌模型，Gk，m为第k个工况点附近的线性模型。
Figure BDA0002894850670000084
——全局内模控制器，Gk，IMC为第k个工况点内模控制器。
Figure BDA0002894850670000085
——全局前馈控制器，Gk,c为第k个工况点的前馈控制器。
λk——隶属度函数，为输入电流i的函数。
仍然参考图2，I与Ir的差值作为Gc的输入，Gc、αr、GIMC的输出之和为燃料电池温度管理系统和Gm的输入，用于调节电子节温器的开度。经过燃料电池温度管理系统出来后的水出温度值与经过Gm后的水出温度值之差被设定温度所减后做为GIMC模块的输入量。
具体地，在图2中，所述根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度包括：将所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号求和获得的开度信号作为所述燃料电池温度管理系统的节温器开度控制信号。
在本实施例中，所述燃料电池的水温控制方法采用多内模控制算法来实现对电子节温器的开度控制，从而实现燃料电池的水温的精确控制。
并且多内模控制算法具有鲁棒性高、跟踪性好等特点，适用于大迟滞非线性系统控制。该方案对燃料电池典型工况点进行模型线性化，并对不同工况点进行辨识，获得不同工况点下的模型。设计不同工况点下的内模控制器及前馈控制器。基于此算法，实现在全工况下水温的理想控制，具有响应时间短，超调量小的特点。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图3所示，所述全局内嵌模型的确定过程包括：
S201：对所述燃料电池的各个工况点进行线性化，以获得所述燃料电池的各个工况点的线性化模型；
S202：确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
S203：根据所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数和线性化模型，获取所述全局内嵌模型。
可选的，参考图4和图5，所述对所述燃料电池的各个工况点进行线性化包括：
S2011：在所述燃料电池运行在每个所述工况点时，向所述燃料电池注入电流、节温器开度信号，并采集所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值；
S2012：根据采集到的所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值，通过辨识工具得到在当前工况点下关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数；
S2013：根据所述关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数，获取在当前工况点下的线性模型。
所述确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数包括：
S2021：在第一约束条件和第二预设条件下确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
所述第一约束条件包括：
Figure BDA0002894850670000101
λk(i)∈[0,1]；其中，λk(i)为第k个工况点的隶属度函数，i表示电流的时域形式；
所述第二约束条件包括：λk(i)∈[0,1]且在对应的工况点时，λk(i_k)＝1。
相应的，所述全局前馈控制器的获取过程包括：
设计所述燃料电池在单个工况点下的前馈控制器；
将所述燃料电池在所有工况点下的前馈控制器与隶属度函数的乘积求和，以获得所述全局前馈控制器。
所述全局内模控制器的获取过程包括：
设计所述燃料电池在单个工况点下的内模控制器；
将所述燃料电池在所有工况点下的内模控制器与隶属度函数的乘积求和，以获得所述全局内模控制器。
具体地，设计所述燃料电池在单个工况点下的前馈控制器的过程可以具体包括：
为消除电流扰动，前馈补偿传递函数可以表示为：
Figure BDA0002894850670000102
其中，Pk(s)为关于s的多项式，
Figure BDA0002894850670000103
为物理可实现的传递函数。取单个工况点的前馈控制器为：
Figure BDA0002894850670000104
设计所述燃料电池在单个工况点下的内模控制器的过程可以具体包括：
第一步因式分解模型：Gk,m(s)＝Gk,m+(s)Gk,m-(s)，其中，Gk,m+(s)为模型的非最小相位系统(即包括了纯滞后和右半平面的零点)，并规定其静态增益为1；Gk,m-(s)为模型的最小相位部分。
第二部，针对工况点Im，设计内模控制器如下：
Figure BDA0002894850670000105
式中，f(s)为内模控制器的滤波器，取
Figure BDA0002894850670000111
r的选取以保证内模控制器为真，T为滤波器时间常数。
在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，如图6所示，所述燃料电池的水温控制方法包括：
S601：获取对于所述燃料电池的功率请求；
S602：根据所述功率请求，确定所述燃料电池的目标水出温度；
S603：获取所述燃料电池的电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；
S604：获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；
S605：根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；
S606：将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；
S607：将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；
S608：根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。
仍然参考图7，所述获取对于所述燃料电池的功率请求之后还包括：
S609：根据所述功率请求确定所述燃料电池温度管理系统的风扇档位，并根据确定的所述风扇档位控制所述燃料电池温度管理系统的风扇；
S610：根据所述功率请求确定所述燃料电池温度管理系统的水泵转速，并根据确定的所述水泵转速控制所述燃料电池温度管理系统的水泵。
下面对本申请实施例提供的燃料电池的水温控制系统进行描述，下文描述的燃料电池的水温控制系统可与上文描述的燃料电池的水温控制方法相互对应参照。
相应的，本申请实施例提供了一种燃料电池的水温控制系统，用于控制燃料电池温度管理系统的节温器开度，所述燃料电池的水温控制系统包括：
参数获取模块，用于获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；
第一开度模块，用于获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；
电流求和模块，用于根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；
第二开度模块，用于将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；
第三开度模块，用于将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；
开度控制模块，用于根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。
可选的，所述全局内嵌模型的确定过程包括：
对所述燃料电池的各个工况点进行线性化，以获得所述燃料电池的各个工况点的线性化模型；
确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
根据所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数和线性化模型，获取所述全局内嵌模型。
可选的，所述对所述燃料电池的各个工况点进行线性化包括：
在所述燃料电池运行在每个所述工况点时，向所述燃料电池注入电流、节温器开度信号，并采集所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值；
根据采集到的所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值，通过辨识工具得到在当前工况点下关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数；
根据所述关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数，获取在当前工况点下的线性模型；
所述确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数包括：
在第一约束条件和第二预设条件下确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
所述第一约束条件包括：
Figure BDA0002894850670000131
λk(i)∈[0,1]；其中，λk(i)为第k个工况点的隶属度函数，i表示电流的时域形式；
所述第二约束条件包括：λk(i)∈[0,1]且在对应的工况点时，λk(i_k)＝1。
综上所述，本申请实施例提供了一种燃料电池的水温控制方法及系统，其中，所述燃料电池的水温控制方法首先获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度，获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号，然后根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；并将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号，最后将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号，并根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，实现对所述燃料电池温度管理系统的节温器开度的精确控制。所述燃料电池的水温控制方法采用多内模控制算法来实现对电子节温器的开度控制，从而实现燃料电池的水温的精确控制。
本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种燃料电池的水温控制方法，其特征在于，用于控制燃料电池温度管理系统的节温器开度，所述燃料电池的水温控制方法包括：
获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；
获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；
根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；
将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；
将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；
根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局内嵌模型的确定过程包括：
对所述燃料电池的各个工况点进行线性化，以获得所述燃料电池的各个工况点的线性化模型；
确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
根据所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数和线性化模型，获取所述全局内嵌模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述燃料电池的各个工况点进行线性化包括：
在所述燃料电池运行在每个所述工况点时，向所述燃料电池注入电流、节温器开度信号，并采集所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值；
根据采集到的所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值，通过辨识工具得到在当前工况点下关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数；
根据所述关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数，获取在当前工况点下的线性模型。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数包括：
在第一约束条件和第二预设条件下确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
所述第一约束条件包括：
Figure FDA0002894850660000021
其中，λk(i)为第k个工况点的隶属度函数，i表示电流的时域形式；
所述第二约束条件包括：λk(i)∈[0,1]且在对应的工况点时，λk(i_k)＝1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局前馈控制器的获取过程包括：
设计所述燃料电池在单个工况点下的前馈控制器；
将所述燃料电池在所有工况点下的前馈控制器与隶属度函数的乘积求和，以获得所述全局前馈控制器。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局内模控制器的获取过程包括：
设计所述燃料电池在单个工况点下的内模控制器；
将所述燃料电池在所有工况点下的内模控制器与隶属度函数的乘积求和，以获得所述全局内模控制器。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述燃料电池的目标水出温度包括：
获取对于所述燃料电池的功率请求；
根据所述功率请求，确定所述燃料电池的目标水出温度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取对于所述燃料电池的功率请求之后还包括：
根据所述功率请求确定所述燃料电池温度管理系统的风扇档位，并根据确定的所述风扇档位控制所述燃料电池温度管理系统的风扇；
根据所述功率请求确定所述燃料电池温度管理系统的水泵转速，并根据确定的所述水泵转速控制所述燃料电池温度管理系统的水泵。
9.一种燃料电池的水温控制系统，其特征在于，用于控制燃料电池温度管理系统的节温器开度，所述燃料电池的水温控制系统包括：
参数获取模块，用于获取所述燃料电池的目标水出温度、电堆实时电流、当前水入温度和当前水出温度；
第一开度模块，用于获取所述燃料电池在各个工况点下的节温器开度偏移量，并将所有工况点的节温器开度偏移量之和作为第一开度信号；
电流求和模块，用于根据所述电堆实时电流，获取所述燃料电池在各个工况点下的电流偏移值，并将所有工况点下的电流偏移值之和作为全局电流偏移量；
第二开度模块，用于将所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值作为全局前馈控制器的输入，以使所述全局前馈控制器根据所述全局电流偏移量与所述电堆实时电流的差值输出第二开度信号；
第三开度模块，用于将所述目标水出温度与预设水出温度的差值作为全局内模控制器的输入，以使所述全局内膜控制器输出第三开度信号；所述预设水出温度为从所述燃料电池温度管理系统流出的输出温度值与前一时刻全局内嵌模型输出的水出温度的差值；
开度控制模块，用于根据所述第一开度信号、第二开度信号和第三开度信号，控制所述燃料电池温度管理系统的节温器开度。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述全局内嵌模型的确定过程包括：
对所述燃料电池的各个工况点进行线性化，以获得所述燃料电池的各个工况点的线性化模型；
确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
根据所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数和线性化模型，获取所述全局内嵌模型。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述对所述燃料电池的各个工况点进行线性化包括：
在所述燃料电池运行在每个所述工况点时，向所述燃料电池注入电流、节温器开度信号，并采集所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值；
根据采集到的所述燃料电池的电流、节温器开度和水出温度信号值，通过辨识工具得到在当前工况点下关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数；
根据所述关于电流到水出温度的传递函数以及不同温度下节温器开度到水出温度的传递函数，获取在当前工况点下的线性模型；
所述确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数包括：
在第一约束条件和第二预设条件下确定所述燃料电池的各个工况点的隶属度函数；
所述第一约束条件包括：
Figure FDA0002894850660000041
其中，λk(i)为第k个工况点的隶属度函数，i表示电流的时域形式；
所述第二约束条件包括：λk(i)∈[0,1]且在对应的工况点时，λk(i_k)＝1。
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