CN113506899A - 燃料电池液冷系统节温器的控制装置及控制方法 - Google Patents

燃料电池液冷系统节温器的控制装置及控制方法 Download PDF

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CN113506899A CN202110764124.7A CN202110764124A CN113506899A CN 113506899 A CN113506899 A CN 113506899A CN 202110764124 A CN202110764124 A CN 202110764124A CN 113506899 A CN113506899 A CN 113506899A
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Abstract

本申请涉及一种燃料电池液冷系统节温器的控制装置及控制方法。该装置包括：温度传感器，设置在燃料电池上，用于采集燃料电池的实际温度。控制组件，与温度传感器连接，用于根据实际温度和预设温度，确定实际温度和预设温度的偏差值和偏差变化率；根据偏差值和偏差变化率，按照模糊控制规则确定节温器的阀门开度；根据确定的阀门开度，控制节温器的阀门移动。该装置能够根据燃料电池的实际温度调节节温器的阀门开度，使得燃料电池的温度改变，最终与预设温度一致，使得燃料电池能够工作在最佳温度下，保持最佳的性能。

Description

燃料电池液冷系统节温器的控制装置及控制方法
技术领域
本申请涉及燃料电池温度控制技术领域，特别是涉及一种燃料电池液冷系统节温器的控制装置及控制方法。
背景技术
燃料电池在运行的过程中，除了产生电能，也会产生热能。电池的温度升高，电池的性能提高，但温度过高时，会导致电池性能下降，而温度过低，也会使得电池性能下降。为了使燃料电池在运行过程中保持最佳的性能，需要给燃料电池加入散热系统，控制燃料电池的工作温度。
传统技术中，使用PID控制节温器的阀门开度，来控制进入散热器的冷却水的水量，进而调节燃料电池工作温度。
然而，燃料电池是时变、滞后的系统，电池工作时工况和负载的波动引起的扰动是随机的，使用传统技术中的PID来控制节温器，精度较低，无法调整燃料电池工作在最佳温度下。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够根据预设温度和实际温度精确控制节温器的阀门开度的燃料电池液冷系统节温器的控制装置及控制方法。
一种燃料电池液冷系统节温器的控制装置，所述装置包括：温度传感器，设置在燃料电池上，用于采集所述燃料电池的实际温度；控制组件，与所述温度传感器连接，用于根据所述实际温度和预设温度，确定所述实际温度和所述预设温度的偏差值和偏差变化率；根据所述偏差值和所述偏差变化率，按照模糊控制规则确定节温器的阀门开度；根据确定的阀门开度，控制所述节温器的阀门移动；其中，所述节温器包括进口、阀门和两个出口；所述进口通过吸热盒与水泵的出水口连通，所述吸热盒用于与燃料电池接触；两个所述出口分别通过第一管路和第二管路与所述水泵的进水口连通，所述第一管路未设置散热器，所述第二管路设置有散热器；所述阀门位于所述进口和两个所述出口之间，用于调节流入所述进口的液体从两个所述出口流出的比例。
在其中一个实施例中，所述控制组件用于，将所述燃料电池的实际温度减去所述预设温度，得到所述实际温度和所述预设温度的偏差值；将当前时刻和上一时刻确定的所述偏差值的差值，除以当前时刻和上一时刻之间的间隔时间，得到所述实际温度和所述预设温度的偏差变化率。
在其中一个实施例中，所述控制组件用于，确定模糊隶属度函数、模糊控制规则表和所述偏差值、所述偏差变化率、第一控制参数转换到模糊论域中的量化因子；基于所述偏差值、所述偏差变化率的量化因子，将所述偏差值、所述偏差变化率转换为所述模糊论域中对应的模糊偏差值、模糊偏差变化率；基于所述模糊偏差值、所述模糊偏差变化率、以及所述模糊隶属度函数，确定所述模糊偏差值对模糊变量语言的隶属度、所述模糊偏差变化率对所述模糊变量语言的隶属度；基于所述模糊偏差值对所述模糊变量语言的隶属度、所述模糊偏差变化率对所述模糊变量语言的隶属度、以及所述模糊控制规则表，确定所述第一控制参数对所述模糊变量语言的隶属度；基于所述第一控制参数对所述模糊变量语言的隶属度、以及所述模糊隶属度函数，确定模糊第一控制参数；基于所述第一控制参数的量化因子，将所述模糊第一控制参数转换为第一控制参数；基于所述第一控制参数和所述偏差值，确定节温器(30)的阀门开度。
在其中一个实施例中，所述控制组件用于，确定第一模糊论域、第二模糊论域和所述偏差值、所述偏差变化率、所述第一控制参数的基本论域；将所述第一模糊论域的边界值除以所述偏差值的基本论域的边界值，得到所述偏差值转换到所述第一模糊论域中的量化因子；将所述第一模糊论域的边界值除以所述偏差变化率的基本论域的边界值，得到所述偏差变化率转换到所述第一模糊论域中的量化因子；将所述第二模糊论域的边界值除以所述第一控制参数的基本论域的边界值，得到所述第一控制参数转换到所述第二模糊论域中的量化因子。
在其中一个实施例中，所述控制组件用于，将所述偏差值乘以所述偏差值的量化因子，得到所述偏差值在所述第一模糊论域中对应的模糊偏差值；将所述偏差变化率乘以所述偏差变化率的量化因子，得到所述偏差变化率在所述第一模糊论域中对应的模糊偏差变化率。
在其中一个实施例中，所述控制组件用于，将所述隶属度函数中所述模糊偏差值对应的隶属度，确定为所述模糊偏差值的隶属度；将所述隶属度函数中所述模糊偏差变化率对应的隶属度，确定为所述模糊偏差变化率的隶属度。
在其中一个实施例中，所述控制组件用于，基于所述模糊控制规则表中各个模糊变量语言的对应关系，确定所述模糊偏差值对所述模糊变量语言的隶属度、所述模糊偏差变化率对所述模糊变量语言的隶属度一起对应的各个模糊变量语言的隶属度；将一起对应的各个模糊变量语言的隶属度中同一个模糊变量语言的隶属度相加，得到所述第一控制参数的隶属度。
在其中一个实施例中，所述控制组件用于，将所述第一控制参数的隶属度中各个模糊变量语言的隶属度乘以模糊变量语言的取值并相加，得到所述模糊第一控制参数；将所述模糊第一控制参数除以所述第一控制参数量化因子，得到所述第一控制参数。
在其中一个实施例中，所述装置还包括：位移传感器，设置在所述节温器上，用于采集所述节温器的阀门实际位移；所述控制组件用于，根据确定的阀门开度和所述阀门实际位移，确定所述节温器的阀门调整位移；按照确定的阀门调整位移，控制所述节温器的阀门移动。
一种燃料电池液冷系统节温器的控制方法，所述方法包括：通过温度传感器获取燃料电池的实际温度，所述温度传感器设置在所述燃料电池上；根据所述燃料电池的实际温度和预设温度，确定所述实际温度和所述预设温度的偏差值和偏差变化率；根据所述偏差值和所述偏差变化率，按照模糊控制规则确定节温器的阀门开度；根据确定的阀门开度，控制所述节温器的阀门移动；其中，所述节温器包括进口、阀门和两个出口；所述进口通过吸热盒与水泵的出水口连通，所述吸热盒用于与燃料电池接触；两个所述出口分别通过第一管路和第二管路与所述水泵的进水口连通，所述第一管路未设置散热器，所述第二管路设置有散热器；所述阀门位于所述进口和两个所述出口之间，用于调节流入所述进口的液体从两个所述出口流出的比例。
上述燃料电池液冷系统节温器的控制装置及控制方法，通过设置在燃料电池上的温度传感器，采集燃料电池的实际温度，然后根据燃料电池的实际温度和预设温度，得到实际温度和预设温度的偏差值和偏差变化率，根据偏差值和偏差变化率，按照模糊控制的规则确定节温器的阀门开度，根据确定的阀门开度，控制节温器的阀门移动，调节流入节温器中的液体从节温器的两个出口流出的比例，即控制流经散热器的液体与未流经散热器的液体的比例，从而可以改变液体的温度，进而改变燃料电池的温度。由于燃料电池的温度调节系统内各个部分之间是非线性关系，而模糊控制将节温器的阀门开度与燃料电池的实际温度之间的关系模糊化，所以在本申请中使用更加适用于燃料电池的模糊控制的方式来确定节温器的阀门开度，最终可以将燃料电池的实际温度调整为与预设温度一致，使燃料电池工作在最佳温度下，保持最佳的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中燃料电池液冷系统节温器的控制装置的结构示意图；
图2为一个实施例中燃料电池液冷系统的结构示意图；
图3为一个实施例中隶属度函数的示意图；
图4为另一个实施例中隶属度函数的示意图；
图5为另一个实施例中燃料电池液冷系统节温器的控制装置的结构示意图；
图6为一个实施例中燃料电池液冷系统节温器的控制方法的流程示意图。
附图标记说明：10-温度传感器，20-控制组件，21-处理器，22-模糊控制PID控制器，23-PID控制器，30-节温器，40-燃料电池，50-散热器，60-水泵，70-吸热盒，80-位移传感器。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
正如背景技术所述，现有技术中的节温器控制装置存在控制精度低，对于节温器的阀门开度控制不准确的问题，经发明人研究发现，出现这种问题的原因在于，燃料电池的温度调节系统是时变、滞后的系统，系统内各个部分之间是非线性的关系。但使用PID控制节温器的阀门开度，来控制进入散热器的冷却水的水量，两者之间是线性的关系。
基于以上原因，本发明提供了一种能够将节温器的阀门开度与燃料电池的实际温度之间的关系模糊化，根据燃料电池的实际温度和预设温度，采用更加适用于燃料电池的模糊控制的方式来确定节温器的阀门开度，使燃料电池工作在最佳温度的燃料电池液冷系统节温器的控制装置。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种燃料电池液冷系统节温器的控制装置，该装置包括，温度传感器10和控制组件20。其中：
温度传感器10，设置在燃料电池上，用于采集燃料电池的实际温度。
控制组件20，与温度传感器10连接，用于根据实际温度和预设温度，确定实际温度和预设温度的偏差值和偏差变化率。根据偏差值和偏差变化率，按照模糊控制规则确定节温器30的阀门开度。根据确定的阀门开度，控制节温器30的阀门移动。
其中，如图2所示，节温器30包括进口、阀门和两个出口。进口通过吸热盒70与水泵60的出水口连通，吸热盒70用于与燃料电池40接触。两个出口分别通过第一管路和第二管路与水泵的进水口连通，第一管路未设置散热器50，第二管路设置有散热器50。阀门位于进口和两个出口之间，用于调节流入进口的液体从两个出口流出的比例。
在本实施例中，通过设置在燃料电池上的温度传感器，采集燃料电池的实际温度，然后根据燃料电池的实际温度和预设温度，得到实际温度和预设温度的偏差值和偏差变化率，根据偏差值和偏差变化率，按照模糊控制的规则确定节温器的阀门开度，根据确定的阀门开度，控制节温器的阀门移动。其中，节温器包括进口、阀门和两个出口；进口通过吸热盒与水泵的出水口连通，吸热盒用于与燃料电池接触；两个出口分别通过第一管路和第二管路与水泵的进水口连通，第一管路未设置散热器，第二管路设置有散热器；阀门位于进口和两个出口之间，用于调节流入进口的液体从两个出口流出的比例。通过这样的装置，可以根据燃料电池的实际温度和预设温度来调整节温器的阀门开度，进而调节流入节温器中的液体从节温器的两个出口流出的比例，即控制流经散热器的液体与未流经散热器的液体的比例，从而可以改变液体的温度，进而改变燃料电池的温度，由于燃料电池的温度调节系统内各个部分之间是非线性关系，而模糊控制将节温器的阀门开度与燃料电池的实际温度之间的关系模糊化，所以在本申请中使用更加适用于燃料电池的模糊控制的方式来确定节温器的阀门开度。最终可以将燃料电池的实际温度调整为与预设温度一致，使燃料电池工作在最佳温度下，保持最佳的性能。
示例性地，温度传感器10为pt100温度变送器。
示例性地，节温器30为分流式三通阀节温器。
在一个实施例中，控制组件20用于，
将燃料电池40的实际温度减去预设温度，得到实际温度和预设温度的偏差值。
将当前时刻和上一时刻确定的偏差值的差值，除以当前时刻和上一时刻之间的间隔时间，得到实际温度和预设温度的偏差变化率。
在本实施例中，将温度传感器测量到的燃料电池的实际温度减去预设温度，得到实际温度和预设温度的偏差值。将当前时刻和上一时刻得到的偏差值相减得到的差值，除以当前时刻和上一时刻之间的间隔时间，得到实际温度和预设温度的偏差变化率。从而可以确定燃料电池实际温度和预设温度的偏差值与偏差变化率，为之后的PID控制确定了输入的参数。
示例性地，使用如下公式得到实际温度和预设温度的偏差值和偏差变化率：
e(t)＝T-Ts
Figure BDA0003150245570000071
其中，e(t)为当前时刻的偏差值，T为实际温度，Ts为预设温度，ec为偏差变化率，e(ts)为上一时刻的偏差值，t为当前时刻，ts为上一时刻。
在一个实施例中，控制组件20用于执行如下步骤：
S110，确定模糊隶属度函数、模糊控制规则表和偏差值、偏差变化率、第一控制参数转换到模糊论域中的量化因子。
S120，基于偏差值、偏差变化率的量化因子，将偏差值、偏差变化率转换为模糊论域中对应的模糊偏差值、模糊偏差变化率。
S130，基于模糊偏差值、模糊偏差变化率、以及模糊隶属度函数，确定模糊偏差值对模糊变量语言的隶属度、模糊偏差变化率对模糊变量语言的隶属度。
S140，基于模糊偏差值对模糊变量语言的隶属度、模糊偏差变化率对模糊变量语言的隶属度、以及模糊控制规则表，确定第一控制参数对模糊变量语言的隶属度。
S150，基于第一控制参数对模糊变量语言的隶属度、以及模糊隶属度函数，确定模糊第一控制参数。
S160，基于第一控制参数的量化因子，将模糊第一控制参数转换为第一控制参数。
S170，基于第一控制参数和偏差值，确定节温器30的阀门开度。
在本实施例中，将偏差值和偏差变化率通过确定的量化因子，从基本论域的数值转换为模糊论域中的模糊偏差值和模糊偏差变化率，实现了输入参数的模糊化。然后将模糊偏差值和模糊偏差变化率分别代入模糊隶属度函数中，确定了模糊偏差值的模糊变量语言的隶属度，以及模糊偏差变化率对模糊变量语言的隶属度。将模糊偏差值对模糊变量语言的隶属度，以及模糊偏差变化率对模糊变量语言的隶属度代入模糊控制规则表中，确定了第一控制参数对模糊变量语言的隶属度。然后根据第一控制参数对模糊变量语言的隶属度，代入模糊隶属度函数中，得到了模糊第一控制参数。通过确定的量化因子，将模糊第一控制参数转换为基本论域中的第一控制参数，实现了输出参数的反模糊化。然后根据第一控制参数和偏差值，确定节温器的阀门开度。通过这样的非线性的模糊控制方式，能够对燃料电池的非线性系统进行控制，抗干扰能力强，响应速度快且鲁棒性好。
示例性地，第一控制参数可以为比例系数调节量ΔKP或积分系数调节量ΔKI或微分系数调节量ΔKD。
相应地，控制组件20采用如下公式实现S170：
第一步，基于第一控制参数，使用如下公式确定PID控制器中的比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD：
KP＝KP0+ΔKP
KI＝KI0+ΔKI
KD＝KD0+ΔKD
其中，KP为PID控制器中的比例系数，KP0为预设的比例系数值，ΔKP为比例系数调节量，KI为PID控制器中的积分系数，KI0为预设的积分系数值，ΔKI为积分系数调节量，KD为PID控制器中的微分系数，KD0为预设的微分系数值，ΔKD为微分系数调节量；
第二步，基于偏差值、以及PID控制器中的比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD，使用如下公式确定节温器30的阀门开度：
Figure BDA0003150245570000091
其中，u(t)为确定的阀门开度，e(t)为实际温度和预设温度的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。
示例性地，初始比例系数KP0、初始积分系数KI0、初始微分系数KD0，为传统的节温器PID控制中的比例系数值、积分系数值、微分系数值，查阅资料可得。
具体地，根据节温器的阀门开度与控制电流之间的对应关系，得到控制电流u(t)对应的节温器的阀门开度，确定节温器的阀门开度。
在一个实施例中，控制组件20用于执行如下步骤：
S200，确定第一模糊论域、第二模糊论域和偏差值、偏差变化率、第一控制参数的基本论域。
S210，将第一模糊论域的边界值除以偏差值的基本论域的边界值，得到偏差值转换到第一模糊论域中的量化因子。
S220，将第一模糊论域的边界值除以偏差变化率的基本论域的边界值，得到偏差变化率转换到第一模糊论域中的量化因子。
S230，将第二模糊论域的边界值除以第一控制参数的基本论域的边界值，得到第一控制参数转换到第二模糊论域中的量化因子。
在本实施例中，分别确定偏差值、偏差变化率以及第一控制参数对应的基本论域，以及第一模糊论域和第二模糊论域。然后将第一模糊论域的边界值除以偏差值的基本论域的边界值得到偏差值的量化因子，将第一模糊论域的边界值除以偏差变化率的基本论域的边界值得到偏差变化率的量化因子，将第二模糊论域的边界值除以第一控制参数的基本论域的边界值得到第一控制参数的量化因子。从而确定了偏差值的量化因子、偏差变化率的量化因子以及第一控制参数的量化因子，使得偏差值、偏差变化率、第一控制参数可以通过对应的量化因子在基本论域的数值和模糊论域的数值之间进行转换，使得能够使用模糊控制的方式，根据偏差值和偏差变化率得到第一控制参数。
示例性地，使用如下公式求得基本论域和模糊论域之间的量化因子：
Figure BDA0003150245570000101
其中，ke为量化因子，k为模糊论域的边界值，g为基本论域的边界值。
例如，设定偏差值的基本论域为[-20，20]、偏差变化率的基本论域为[-0.4，0.4]。模糊论域的通用表达式为{-k,-k+1,…,0,1,…,k-1,k}，这里设定第一模糊论域为[-6,6]。因此，将偏差值和偏差变化率都映射到模糊论域中，对于偏差值来说，-20对应模糊论域中的-6、20对应模糊论域中的6。对于偏差变化率来说，-0.4对应模糊论域中的-6、0.4对应模糊论域中的6。
此时，求偏差值对应的量化因子，用6除以20，得到偏差值的量化因子为0.3。求偏差变化率对应的量化因子，用6除以0.4，得到偏差变化率的量化因子为15。
具体地，第一控制参数可以为比例系数调节量ΔKP或积分系数调节量ΔKI或微分系数调节量ΔKD。
又如，设定当第一控制参数为比例系数调节量ΔKP时，基本论域为[-1.5,1.5]。第一控制参数为积分系数调节量ΔKI时，基本论域为[-0.03,0.03]。第一控制参数为微分系数调节量ΔKD时，基本论域为[-6,6]。第二模糊论域设定为[-3,3]。
此时，通过上述公式可得，第一控制参数分别为比例系数调节量ΔKP或积分系数调节量ΔKI或微分系数调节量ΔKD时，对应的量化因子分别为2、100、0.5。
在一个实施例中，控制组件20用于执行如下步骤：
S300，将偏差值乘以偏差值的量化因子，得到偏差值在第一模糊论域中对应的模糊偏差值。
S310，将偏差变化率乘以偏差变化率量化因子，得到偏差变化率在第一模糊论域中对应的模糊偏差变化率。
在本实施例中，将偏差值乘以偏差值的量化因子，实现偏差值从基本论域到模糊论域的转换。将偏差变化率乘以偏差变化率的量化因子，实现偏差变化率从基本论域到模糊论域的转换。从而将偏差值和偏差变化率分别转换为模糊偏差值和模糊偏差变化率。
示例性地，设定偏差值为20，偏差值的量化因子为0.3，则模糊偏差值为20乘以0.3，得到模糊偏差值为6。
在一个实施例中，控制组件20用于执行如下步骤：
S400，将隶属度函数中模糊偏差值对应的隶属度，确定为模糊偏差值的隶属度。
S410，将隶属度函数中模糊偏差变化率对应的隶属度，确定为模糊偏差变化率的隶属度。
在本实施例中，将模糊偏差值和模糊偏差率分别代入隶属度函数中，得到模糊偏差值和模糊偏差变化率对模糊变量语言的隶属度。将模糊偏差值和模糊偏差变化率从数值转换为对模糊变量语言的隶属度，以便于进行模糊控制的计算。
示例性地，模糊变量语言为“负大”NB、“负中”NM、“负小”NS、“零”ZO、“正小”PS、“正中”PM、“正大”PB。对应的模糊论域为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}。
如图3所示，隶属度函数采用三角波函数，由于模糊论域设置为[-6,6]，因此模糊变量语言中，NB定义为-6、NM定义为-4，NS定义为-2，ZO定义为0，PS定义为2，PM定义为4，PB定义为6。若模糊偏差值为-5.5，则将模糊偏差值代入隶属度函数中，可以得到模糊偏差值对应于NB的隶属度为0.75，对应于NM的隶属度为0.25。同一个模糊值最多对应两个模糊变量语言，且二者的隶属度之和为1。所以，若模糊偏差值对应第一个模糊变量语言的隶属度为a，则对应第二个模糊变量语言的隶属度为1-a。
在一个实施例中，控制组件20用于执行如下步骤：
S500，基于模糊控制规则表中各个模糊变量语言的对应关系，确定模糊偏差值对所述模糊变量语言的隶属度、模糊偏差变化率对所述模糊变量语言的隶属度一起对应的各个模糊变量语言的隶属度。
S510，将一起对应的各个模糊变量语言的隶属度中同一个模糊变量语言的隶属度相加，得到第一控制参数的隶属度。
在本实施例中，首先在模糊控制规则表中确定模糊偏差值和模糊偏差变化率对应的模糊变量语言，然后确定模糊偏差值和模糊偏差变化率在模糊控制规则表中一起对应的模糊变量语言，并将模糊偏差值和模糊偏差变化率在模糊控制规则表对应的隶属度值相乘。然后将同一个模糊变量语言的隶属度相加，得到第一控制参数的隶属度。这里得到了第一控制参数也对于模糊变量语言的隶属度，便于使用模糊控制的方式求得第一控制参数。
示例性地，第一控制参数可以为比例系数调节量ΔKP或积分系数调节量ΔKI或微分系数调节量ΔKD。对应的模糊控制规则表如下表一、二、三，分别为比例系数调节量ΔKP、积分系数调节量ΔKI、微分系数调节量ΔKD的模糊控制规则表。
表一ΔKP模糊控制规则表
Figure BDA0003150245570000121
Figure BDA0003150245570000131
表二ΔKI模糊控制规则表
Figure BDA0003150245570000132
表三ΔKD模糊控制规则表
Figure BDA0003150245570000133
以比例系数调节量ΔKP的模糊控制规则表为例，偏差值对应PM的隶属度为a，对应PB的隶属度为1-a。偏差变化率对应NM的隶属度为b，对应NS的隶属度为1-b。则比例系数调节量ΔKP对应的模糊变量语言为PS和ZO。其中，属于PS的隶属度为ab。属于ZO的隶属度为b(1-a)+a(1-b)+(1-a)(1-b)。
在一个实施例中，控制组件20用于执行如下步骤：
S600，将第一控制参数的隶属度中各个模糊语言变量的隶属度乘以模糊语言变量的取值并相加，得到模糊第一控制参数。
S610，将模糊第一控制参数除以第一控制参数的量化因子，得到第一控制参数。
在本实施例中，将第一控制参数对应的模糊语言变量的隶属度乘以模糊语言变量的数值并相加，得到模糊第一控制参数，然后将模糊第一控制参数除以第一控制参数的量化因子，得到第一控制参数，实现第一控制参数的反模糊化。最终得到第一控制参数，根据第一控制参数可以调节PID控制器的系数，进而调节控制电流的大小，从而调整燃料电池的温度，使得燃料电池工作在最佳温度下。
示例性地，比例系数调节量ΔKP的隶属度为PS和ZO。其中，属于PS的隶属度为ab。属于ZO的隶属度为b(1-a)+a(1-b)+(1-a)(1-b)。
如图4所示，定义比例系数调节量ΔKP的模糊论域为[-3,3]，所以对应的模糊语言变量PS的值为1，ZO的值为0。
因此比例系数调节量ΔKP的模糊值为：
ΔKP＝ab*PS+[b(1-a)+a(1-b)+(1-a)(1-b)]*ZO＝ab。
然后将比例系数调节量ΔKP除以比例系数调节量的量化因子可以得到ΔKP在基本论域中的数值。同理可求得积分系数调节量ΔKI、微分系数调节量ΔKD在基本论域中的数值。
在一个实施例中，如图5所示，该装置还包括：
位移传感器80，设置在节温器30上，用于采集节温器30的阀门实际位移；
控制组件20用于，根据确定的阀门开度和阀门实际位移，确定节温器30的阀门调整位移；按照确定的阀门调整位移，控制节温器30的阀门移动。
在本实施例中，通过位移传感器来采集节温器的阀门实际位移，并将其转换为控制电流，控制组件根据节温器的阀门的实际位移，与确定的阀门开度，来调整节温器的阀门，使得节温器的实际阀门开度与确定的阀门开度一致。通过将节温器的实际阀门开度与确定的阀门开度进行比较，并根据实际阀门开度与确定的阀门开度再调整节温器的阀门开度，使其与确定的阀门开度一致。通过这样的第二次的调整，使得对于节温器的阀门开度的控制更加精准，确保燃料电池工作在最佳温度下。
示例性地，位移传感器80为直线位移传感器，设置于节温器三通阀的阀门上，用于检测三通阀的实际位移。
示例性地，在节温器三通阀的说明书中，会给出节温器的阀门位移与控制电流之间的对应关系，因此位移传感器可以对节温器的阀门开度进行检测，得到节温器的控制电流。例如，4-20mA的控制电流对应的阀门位移为0-25mm，当节温器的阀门开度为0mm时，节温器的控制电流为4mA；当节温器的阀门开度为25mm时，节温器的控制电流为20mA。
示例性地，根据节温器的阀门开度与控制电流之间的对应关系，得到位移传感器测量到的节温器的阀门的实际开度对应的控制电流，确定节温器的实际控制电流。
再将上述求得的节温器阀门开度与实际节温器阀门开度代入如下PID的调节原理公式中，再次调节节温器的阀门开度：
Figure BDA0003150245570000151
其中，k(t)为节温器的阀门开度，j(t)为实际阀门开度和确定的阀门开度的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，为传统的节温器PID控制中的比例系数值、积分系数值、微分系数值，查阅资料可得。
具体地，通过上述公式，根据节温器的第一控制电流和实际控制电流之间的偏差值，得到第二控制电流。根据节温器的阀门开度与控制电流之间的对应关系，得到第二控制电流对应的节温器的阀门开度。即通过确定的阀门开度和实际阀门开度，控制节温器的阀门移动。
在本实施例中，如图5所示，控制组件20包括：处理器21、模糊控制PID控制器22、PID控制器23。其中：
处理器21，与温度传感器10连接，用于根据实际温度和预设温度，确定实际温度和预设温度的偏差值和偏差变化率。
模糊控制PID控制器22，与处理器21连接，用于根据实际温度和预设温度之间的偏差值和偏差变化率，确定节温器30的阀门开度。
PID控制器23，与模糊控制PID控制器22和位移传感器80连接，用于根据确定的阀门开度和实际的阀门开度之间的偏差值和偏差变化率，控制节温器30的阀门移动。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种燃料电池液冷系统节温器的控制方法，该方法包括：
步骤S700，通过温度传感器获取燃料电池的实际温度，温度传感器设置在燃料电池上。
步骤S710，根据燃料电池的实际温度和预设温度，确定实际温度和预设温度的偏差值和偏差变化率。
步骤S720，根据偏差值和偏差变化率，按照模糊控制规则确定节温器的阀门开度。
步骤S730，根据确定的阀门开度，控制节温器的阀门移动。
其中，节温器包括进口、阀门和两个出口；进口通过吸热盒与水泵的出水口连通，吸热盒用于与燃料电池接触；两个出口分别通过第一管路和第二管路与水泵的进水口连通，第一管路未设置散热器，第二管路设置有散热器；阀门位于进口和两个出口之间，用于调节流入进口的液体从两个出口流出的比例。
在本实施例中，通过设置在燃料电池上的温度传感器，采集燃料电池的实际温度，然后根据燃料电池的实际温度和预设温度，得到实际温度和预设温度的偏差值和偏差变化率，根据偏差值和偏差变化率，按照模糊控制的规则确定节温器的阀门开度，根据确定的阀门开度，控制节温器的阀门移动。其中，所述节温器包括进口、阀门和两个出口；所述进口通过吸热盒与水泵的出水口连通，所述吸热盒用于与燃料电池接触；两个所述出口分别通过第一管路和第二管路与所述水泵的进水口连通，所述第一管路未设置散热器，所述第二管路设置有散热器；所述阀门位于所述进口和两个所述出口之间，用于调节流入所述进口的液体从两个所述出口流出的比例。通过这样的装置，可以根据燃料电池的实际温度和预设温度来调整节温器的阀门开度，进而调节流入节温器中的液体从节温器的两个出口流出的比例，即控制流经散热器的液体与未流经散热器的液体的比例，从而可以改变液体的温度，进而改变燃料电池的温度，由于燃料电池的温度调节系统内各个部分之间是非线性关系，而模糊控制将节温器的阀门开度与燃料电池的实际温度之间的关系模糊化，所以在本申请中使用更加适用于燃料电池的模糊控制的方式来确定节温器的阀门开度。最终，将燃料电池的实际温度调整为与预设温度一致，使燃料电池工作在最佳温度下，保持最佳的性能。
应该理解的是，虽然图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图6中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池液冷系统节温器(30)的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
温度传感器(10)，设置在燃料电池上，用于采集所述燃料电池的实际温度；
控制组件(20)，与所述温度传感器(10)连接，用于根据所述实际温度和预设温度，确定所述实际温度和所述预设温度的偏差值和偏差变化率；根据所述偏差值和所述偏差变化率，按照模糊控制规则确定节温器(30)的阀门开度；根据确定的阀门开度，控制所述节温器(30)的阀门移动；
其中，所述节温器(30)包括进口、阀门和两个出口；所述进口通过吸热盒(70)与水泵(60)的出水口连通，所述吸热盒(70)用于与燃料电池(40)接触；两个所述出口分别通过第一管路和第二管路与所述水泵的进水口连通，所述第一管路未设置散热器(50)，所述第二管路设置有散热器(50)；所述阀门位于所述进口和两个所述出口之间，用于调节流入所述进口的液体从两个所述出口流出的比例。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制组件(20)用于，
将所述燃料电池(40)的实际温度减去所述预设温度，得到所述实际温度和所述预设温度的偏差值；
将当前时刻和上一时刻确定的所述偏差值的差值，除以当前时刻和上一时刻之间的间隔时间，得到所述实际温度和所述预设温度的偏差变化率。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制组件(20)用于，
确定模糊隶属度函数、模糊控制规则表和所述偏差值、所述偏差变化率、第一控制参数转换到模糊论域中的量化因子；
基于所述偏差值、所述偏差变化率的量化因子，将所述偏差值、所述偏差变化率转换为所述模糊论域中对应的模糊偏差值、模糊偏差变化率；
基于所述模糊偏差值、所述模糊偏差变化率、以及所述模糊隶属度函数，确定所述模糊偏差值对模糊变量语言的隶属度、所述模糊偏差变化率对所述模糊变量语言的隶属度；
基于所述模糊偏差值对所述模糊变量语言的隶属度、所述模糊偏差变化率对所述模糊变量语言的隶属度、以及所述模糊控制规则表，确定所述第一控制参数对所述模糊变量语言的隶属度；
基于所述第一控制参数对所述模糊变量语言的隶属度、以及所述模糊隶属度函数，确定模糊第一控制参数；
基于所述第一控制参数的量化因子，将所述模糊第一控制参数转换为第一控制参数；
基于所述第一控制参数和所述偏差值，确定节温器(30)的阀门开度。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制组件(20)用于，
确定第一模糊论域、第二模糊论域和所述偏差值、所述偏差变化率、所述第一控制参数的基本论域；
将所述第一模糊论域的边界值除以所述偏差值的基本论域的边界值，得到所述偏差值转换到所述第一模糊论域中的量化因子；
将所述第一模糊论域的边界值除以所述偏差变化率的基本论域的边界值，得到所述偏差变化率转换到所述第一模糊论域中的量化因子；
将所述第二模糊论域的边界值除以所述第一控制参数的基本论域的边界值，得到所述第一控制参数转换到所述第二模糊论域中的量化因子。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制组件(20)用于，
将所述偏差值乘以所述偏差值的量化因子，得到所述偏差值在所述第一模糊论域中对应的模糊偏差值；
将所述偏差变化率乘以所述偏差变化率的量化因子，得到所述偏差变化率在所述第一模糊论域中对应的模糊偏差变化率。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制组件(20)用于，
将所述隶属度函数中所述模糊偏差值对应的隶属度，确定为所述模糊偏差值的隶属度；
将所述隶属度函数中所述模糊偏差变化率对应的隶属度，确定为所述模糊偏差变化率的隶属度。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制组件(20)用于，
基于所述模糊控制规则表中各个模糊变量语言的对应关系，确定所述模糊偏差值对所述模糊变量语言的隶属度、所述模糊偏差变化率对所述模糊变量语言的隶属度一起对应的各个模糊变量语言的隶属度；
将一起对应的各个模糊变量语言的隶属度中同一个模糊变量语言的隶属度相加，得到所述第一控制参数的隶属度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制组件(20)用于，
将所述第一控制参数的隶属度中各个模糊变量语言的隶属度乘以模糊变量语言的取值并相加，得到所述模糊第一控制参数；
将所述模糊第一控制参数除以所述第一控制参数的量化因子，得到所述第一控制参数。
9.根据权利要求1至8任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
位移传感器(80)，设置在所述节温器(30)上，用于采集所述节温器(30)的阀门实际位移；
所述控制组件(20)用于，根据确定的阀门开度和所述阀门实际位移，确定所述节温器(30)的阀门调整位移；按照确定的阀门调整位移，控制所述节温器(30)的阀门移动。
10.一种燃料电池液冷系统节温器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
通过温度传感器获取燃料电池的实际温度，所述温度传感器设置在所述燃料电池上；
根据所述燃料电池的实际温度和预设温度，确定所述实际温度和所述预设温度的偏差值和偏差变化率；
根据所述偏差值和所述偏差变化率，按照模糊控制规则确定节温器的阀门开度；
根据确定的阀门开度，控制所述节温器的阀门移动；
其中，所述节温器包括进口、阀门和两个出口；所述进口通过吸热盒与水泵的出水口连通，所述吸热盒用于与燃料电池接触；两个所述出口分别通过第一管路和第二管路与所述水泵的进水口连通，所述第一管路未设置散热器，所述第二管路设置有散热器；所述阀门位于所述进口和两个所述出口之间，用于调节流入所述进口的液体从两个所述出口流出的比例。
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