CN114678565B - 燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法及驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法及驱动系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术中电动三通阀会随开关次数累计出现温度控制不准确的问题。该方法包括：识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时；从计时开始时刻开始，采集电动三通阀在预设时段内的开度数据，根据所述开度数据对电控三通阀的驱动占空比进行修正；控制电控三通阀执行修正后的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置。消除了电动三通阀由于开关次数累计造成的反馈位置出现偏差的缺陷，保证燃料电池热管理控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法及驱动系统。
背景技术
燃料电池是一种电化学反应装置，由氢气和氧气分别在两个半电极内发生反应生成水，将化学能转化为电能，同时，伴随着效率损失而转化为热能。
然而，燃料电池发动机在不同功率下，需在特定温度范围下转化效率才能达到最佳，因此仅需要对燃料电池进行热管理。在燃料电池热管理系统中，通常用电动三通阀来调节冷热冷却液流量，从而控制燃料电池的温度，使燃料电池工作在最佳工作温度范围内。
在实际应用过程中，电动三通阀会随开关次数累计，出现机械磨损使得位置反馈信号会出现偏差，造成燃料电池的温度控制不准。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法，用以解决现有技术中电动三通阀会随开关次数累计出现温度控制不准确的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法，包括如下步骤：
识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时；
从计时开始时刻开始，采集电动三通阀在预设时段内的开度数据，根据所述开度数据对电控三通阀的驱动占空比进行修正；
控制电控三通阀执行修正后的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置。
上述技术方案的有益效果如下：提供了一种电控三通阀的自学习修正方法，使得电动三通阀在特定时间进行自学习修正，能够有效消除开关次数累计造成的驱动周期和设定位置出现偏差的影响。
基于上述方法的进一步改进，该方法还包括如下步骤：
确定电动三通阀的开度随开关次数变化的特性曲线；
根据上述特性曲线，确定电动三通阀进入自学习修正的时间段，以及每一时间段内的起始学习时刻t0、学习时间t1、最大开度B1、最小开度B2；其中，电动三通阀的开度变化率每降低一个固定比率，进行一次自学习修正，并且，所述学习时间t1大于出厂设定的驱动周期的整数倍。
进一步，每次自学习修正时，所述预设时段的设定使得该预设时段的结束时刻大于等于起始时间t0，且至少包括一个出厂设定的驱动周期。
进一步，所述识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻的步骤，进一步包括：
获取电动三通阀在当前时刻的目标开度A和实际开度A1；
根据所述目标开度A和实际开度A1判断电动三通阀是否处于全开或全关状态；如果满足A=100%且A1=100%或者A=0且A1=0，判定电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，否则，再次获取电动三通阀在下一时刻的目标开度和实际开度，直到识别出电动三通阀处于全开或全关状态的时刻。
进一步，所述从计时开始时刻开始，采集电动三通阀在预设时段内的开度数据，根据所述开度数据对电控三通阀的驱动占空比进行修正的步骤，进一步包括：
从计时开始时刻开始，至预设时段的结束时刻，分别获取电动三通阀在目标开度为100%、0时的实际开度数据、持续时间和电动三通阀在实际开度为最大、0时的目标开度数据、持续时间；
根据上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间，得出电动三通阀的修正后的驱动占空比。
进一步，所述根据上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间，得出电动三通阀的修正后的驱动占空比的步骤，进一步包括
将上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间分别输入事先训练好的神经网络，得出电动三通阀的修正后的驱动占空比。
进一步，所述识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置的步骤进一步包括：
获取驱动占空比修正后电动三通阀的目标开度为100%时的实际开度位置，作为电动三通阀的修正后的设定最大开度位置；
获取驱动占空比为0时电动三通阀的实际开度位置，以及驱动占空比修正后电动三通阀的目标开度为0时的实际开度位置，将二者的均值其作为电动三通阀的修正后的设定最小开度位置。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、电动三通阀的驱动占空比和设定位置可自动修正，保证燃料电池热管理控制精度，节省人力和时间成本。
2、开发了一种电动三通阀自学习算法，使得电动三通阀在特定时间进行位置特性曲线的自学习修正，解决电动三通阀由于开关次数累计，造成的反馈位置出现偏差的问题。
另一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池热管理系统中电控三通阀的驱动系统，包括依次连接的控制器和电控三通阀：
所述控制器，用于控制电控三通阀启动；以及，在电控三通阀启动后，识别是否进入自学习修正阶段；如果是，识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时，从计时开始时刻开始，采集电动三通阀在预设时段内的开度数据，根据所述开度数据对电控三通阀的驱动占空比进行修正，之后，控制电控三通阀执行修正后的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置。
上述技术方案的有益效果如下：提供了一种电控三通阀的自学习修正系统，使得电动三通阀在特定时间进行自学习修正，能够有效消除开关次数累计造成的驱动周期和设定位置出现偏差的影响。
基于上述系统的进一步改进，所述控制器进一步包括：
驱动模块，内置驱动占空比和设定位置，用于驱动电控三通阀启动；
位置传感模块，用于采集三通阀的实际开度数据，发送至数据处理与控制模块；
数据处理与控制模块，用于在电控三通阀启动后，识别是否进入自学习修正阶段；如果是，识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时，从计时开始时刻开始，采集电动三通阀在预设时段内的开度数据，根据所述开度数据对电控三通阀的驱动占空比进行修正，并将修正后的驱动占空比发送至驱动模块替换其内置的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置，并将修正后的设定位置发送至驱动模块替换其内置的设定位置。
进一步，所述数据处理与控制模块执行如下程序：
确定电动三通阀的开度随开关次数变化的特性曲线；
根据上述特性曲线，确定电动三通阀进入自学习修正的时间段，以及每一时间段内的起始学习时刻t0、学习时间t1、最大开度B1、最小开度B2；其中，电动三通阀的开度变化率每降低一个固定比率，进行一次自学习修正，并且，所述学习时间t1大于出厂设定的驱动周期的整数倍；
在电控三通阀启动后，识别是否进入自学习修正阶段；如果是，执行下一步；否则，控制电控三通阀按驱动模块内置的驱动占空比和设定位置驱动；
识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时；
从计时开始时刻开始，采集电动三通阀在预设时段内的开度数据，根据所述开度数据对电控三通阀的驱动占空比进行修正，并将修正后的驱动占空比发送至驱动模块替换其内置的驱动占空比；
控制电控三通阀执行修正后的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置，并将修正后的设定位置发送至驱动模块替换其内置的设定位置；
控制电控三通阀执行修正后的设定位置。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了实施例1燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法步骤示意图；
图2示出了实施例2电动三通阀的开度（纵坐标）随开关次数（横坐标）变化的特性曲线。
附图标记：
DC%- 电动三通阀的开度。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
实施例1
本发明的一个实施例，公开了一种燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1.识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时；
S2.从计时开始时刻开始，采集电动三通阀在预设时段内的开度数据，根据所述开度数据对电控三通阀的驱动占空比进行修正；
S3.控制电控三通阀执行修正后的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置（设定最大开度位置、设定最小开度位置）。
燃料电池热管理系统可参见专利CN202110344729.0 或CN202110246819.6。
与现有技术相比，本实施例提供提供了一种燃料电池热管理系统中电控三通阀的自学习修正方法，使得电动三通阀在特定时间进行自学习修正，能够有效消除开关次数累计造成的驱动周期和设定位置出现偏差的影响。
实施例2
在实施例1的基础上进行改进，还包括如下步骤：
S01.确定电动三通阀的开度随开关次数变化的特性曲线，如图2所示；
S02.根据上述特性曲线，确定电动三通阀进入自学习修正的时间段，以及每一时间段内的起始学习时刻t0、学习时间t1、最大开度B1、最小开度B2；其中，电动三通阀的开度变化率每降低一个固定比率，进行一次自学习修正，并且，所述学习时间t1大于出厂设定的驱动周期的整数倍。最大开度B1、最小开度B2也是电动三通阀厂家提供的装机初始值。
优选地，每次自学习修正时，所述预设时段的设定使得该预设时段的结束时刻大于等于起始时间t0，且至少包括一个出厂设定的驱动周期。
优选地，步骤S1中，所述识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻的步骤，进一步包括：
S11.获取电动三通阀在当前时刻的目标开度A和实际开度A1；
S12.根据所述目标开度A和实际开度A1判断电动三通阀是否处于全开或全关状态；如果满足A=100%（目标开度为全开）且A1=100%（实际开度为全开）或者A=0且A1=0，判定电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，否则，再次获取电动三通阀在下一时刻的目标开度和实际开度，直到识别出电动三通阀处于全开或全关状态的时刻。
优选地，步骤S2进一步包括：
S21.从计时开始时刻开始，至预设时段的结束时刻，分别获取电动三通阀在目标开度为100%（全开）、0时的实际开度数据、持续时间和电动三通阀在实际开度为最大、0时的目标开度数据、持续时间；
S22.根据上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间，得出电动三通阀的修正后的驱动占空比Pwm1。Pwm1＞0。可选地，可通过数据拟合或者建模统计获得修正后的驱动占空比，本领域技术人员可以理解。
优选地，步骤S22也可进一步采用如下方法:
S221.将上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间分别输入事先训练好的神经网络，得出电动三通阀的修正后的驱动占空比。
训练数据可通过数据拟合或者建模获得。修正后的驱动方向与当前时刻电动三通阀的驱动发现一致，不发生改变。
步骤S3中设定位置的修正可以重新计时，也可以延续上述的计时。只需保证步骤S31、S32的信号采集时间达到设定的学习时间t1即可。
优选地，步骤S3中，所述识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置的步骤进一步包括：
S31.获取驱动占空比修正后电动三通阀的目标开度为100%时的实际开度位置，作为电动三通阀的修正后的设定最大开度位置；
S32.获取驱动占空比为0时电动三通阀的实际开度位置，以及驱动占空比修正后电动三通阀的目标开度为0时的实际开度位置，将二者的均值其作为电动三通阀的修正后的设定最小开度位置。
或者，S31.获取驱动占空比修正后电动三通阀的目标开度为100%时的实际开度位置和实际开度最大时的目标开度位置，将二者的均值作为电动三通阀的修正后的设定最大开度位置；
S32.获取驱动占空比为0时电动三通阀的实际开度位置，以及驱动占空比修正后电动三通阀的目标开度为0时的实际开度位置和实际开度最大时的目标开度位置，将三者的均值其作为电动三通阀的修正后的设定最小开度位置。
然后，保存上述获得的电动三通阀的修正后的驱动占空比和修正后设定位置
需注意，开度位置是指三通阀开关的坐标位置，开度为0~100%。
与现有技术相比，本实施例方法具有如下有益效果：
1、电动三通阀的驱动占空比和设定位置可自动修正，保证燃料电池热管理控制精度，节省人力和时间成本。
2、开发了一种电动三通阀自学习算法，使得电动三通阀在特定时间进行位置特性曲线的自学习修正，解决电动三通阀由于开关次数累计，造成的反馈位置出现偏差的问题。
实施例3
本发明还公开了一种实施例1或2方法对应的燃料电池热管理系统中电控三通阀的驱动系统，包括依次连接的控制器和电控三通阀。
控制器，用于控制电控三通阀启动；以及，在电控三通阀启动后，识别是否进入自学习修正阶段；如果是，识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时，从计时开始时刻开始，采集电动三通阀在预设时段内的开度数据，根据所述开度数据对电控三通阀的驱动占空比进行修正，之后，控制电控三通阀执行修正后的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置。
优选地，控制器进一步包括依次连接的位置传感模块、数据处理与控制模块、驱动模块。
驱动模块，内置驱动占空比和设定位置，用于驱动电控三通阀启动。
位置传感模块，用于采集三通阀的实际开度数据，发送至数据处理与控制模块。
数据处理与控制模块，用于在电控三通阀启动后，识别是否进入自学习修正阶段；如果是，识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时，从计时开始时刻开始，采集电动三通阀在预设时段内的开度数据，根据所述开度数据对电控三通阀的驱动占空比进行修正，并将修正后的驱动占空比发送至驱动模块替换其内置的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置，并将修正后的设定位置发送至驱动模块替换其内置的设定位置。
优选地，所述数据处理与控制模块执行如下程序：
SS1.确定电动三通阀的开度随开关次数变化的特性曲线；
SS2.根据上述特性曲线，确定电动三通阀进入自学习修正的时间段，以及每一时间段内的起始学习时刻t0、学习时间t1、最大开度B1、最小开度B2；其中，电动三通阀的开度变化率每降低一个固定比率，进行一次自学习修正，并且，所述学习时间t1大于出厂设定的驱动周期的整数倍；
SS3.在电控三通阀启动后，识别是否进入自学习修正阶段；如果是，执行下一步；否则，控制电控三通阀按驱动模块内置的驱动占空比和设定位置驱动；
SS4.识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时；
SS5.从计时开始时刻开始，采集电动三通阀在预设时段内的开度数据，根据所述开度数据对电控三通阀的驱动占空比进行修正，并将修正后的驱动占空比发送至驱动模块替换其内置的驱动占空比；
SS6控制电控三通阀执行修正后的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置，并将修正后的设定位置发送至驱动模块替换其内置的设定位置；
SS7.控制电控三通阀执行修正后的设定位置。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (9)
1.一种燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时；
从计时开始时刻开始，至预设时段的结束时刻，分别获取电动三通阀在目标开度为100%、0时的实际开度数据、持续时间和电动三通阀在实际开度为最大、0时的目标开度数据、持续时间；
根据上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间，得出电动三通阀的修正后的驱动占空比；
控制电控三通阀执行修正后的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：
确定电动三通阀的开度随开关次数变化的特性曲线；
根据上述特性曲线，确定电动三通阀进入自学习修正的时间段，以及每一时间段内的起始学习时刻t0、学习时间t1、最大开度B1、最小开度B2；其中，电动三通阀的开度变化率每降低一个固定比率，进行一次自学习修正，并且，所述学习时间t1大于出厂设定的驱动周期的整数倍。
3.根据权利要求2所述的燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法，其特征在于，每次自学习修正时，所述预设时段的设定使得该预设时段的结束时刻大于等于起始时间t0，且至少包括一个出厂设定的驱动周期。
4.根据权利要求3所述的燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法，其特征在于，所述识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻的步骤，进一步包括：
获取电动三通阀在当前时刻的目标开度A和实际开度A1；
根据所述目标开度A和实际开度A1判断电动三通阀是否处于全开或全关状态；如果满足A=100%且A1=100%或者A=0且A1=0，判定电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，否则，再次获取电动三通阀在下一时刻的目标开度和实际开度，直到识别出电动三通阀处于全开或全关状态的时刻。
5.根据权利要求4所述的燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法，其特征在于，所述根据上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间，得出电动三通阀的修正后的驱动占空比的步骤，进一步包括：
将上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间分别输入事先训练好的神经网络，得出电动三通阀的修正后的驱动占空比。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的燃料电池热管理系统中电控三通阀的控制方法，其特征在于，所述识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置的步骤进一步包括：
获取驱动占空比修正后电动三通阀的目标开度为100%时的实际开度位置，作为电动三通阀的修正后的设定最大开度位置；
获取驱动占空比为0时电动三通阀的实际开度位置，以及驱动占空比修正后电动三通阀的目标开度为0时的实际开度位置，将二者的均值其作为电动三通阀的修正后的设定最小开度位置。
7.一种燃料电池热管理系统中电控三通阀的驱动系统，其特征在于，包括依次连接的控制器和电控三通阀；
所述控制器，用于控制电控三通阀启动；以及，在电控三通阀启动后，识别是否进入自学习修正阶段；如果是，从计时开始时刻开始，至预设时段的结束时刻，分别获取电动三通阀在目标开度为100%、0时的实际开度数据、持续时间和电动三通阀在实际开度为最大、0时的目标开度数据、持续时间，根据上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间得出电动三通阀的修正后的驱动占空比，之后，控制电控三通阀执行修正后的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置。
8.根据权利要求7所述的燃料电池热管理系统中电控三通阀的驱动系统，其特征在于，所述控制器进一步包括：
驱动模块，内置驱动占空比和设定位置，用于驱动电控三通阀启动；
位置传感模块，用于采集三通阀的实际开度数据，发送至数据处理与控制模块；
数据处理与控制模块，用于在电控三通阀启动后，识别是否进入自学习修正阶段；如果是，识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时，从计时开始时刻开始，至预设时段的结束时刻，分别获取电动三通阀在目标开度为100%、0时的实际开度数据、持续时间和电动三通阀在实际开度为最大、0时的目标开度数据、持续时间，根据上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间得出电动三通阀的修正后的驱动占空比，并将修正后的驱动占空比发送至驱动模块替换其内置的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置，并将修正后的设定位置发送至驱动模块替换其内置的设定位置。
9.根据权利要求8所述的燃料电池热管理系统中电控三通阀的驱动系统，其特征在于，所述数据处理与控制模块执行如下程序：
确定电动三通阀的开度随开关次数变化的特性曲线；
根据上述特性曲线，确定电动三通阀进入自学习修正的时间段，以及每一时间段内的起始学习时刻t0、学习时间t1、最大开度B1、最小开度B2；其中，电动三通阀的开度变化率每降低一个固定比率，进行一次自学习修正，并且，所述学习时间t1大于出厂设定的驱动周期的整数倍；
在电控三通阀启动后，识别是否进入自学习修正阶段；如果是，执行下一步；否则，控制电控三通阀按驱动模块内置的驱动占空比和设定位置驱动；
识别电动三通阀处于全开或全关状态的时刻，开始计时；
从计时开始时刻开始，至预设时段的结束时刻，分别获取电动三通阀在目标开度为100%、0时的实际开度数据、持续时间和电动三通阀在实际开度为最大、0时的目标开度数据、持续时间；
根据上述实际开度数据、目标开度数据以及各自的持续时间得出电动三通阀的修正后的驱动占空比，并将修正后的驱动占空比发送至驱动模块替换其内置的驱动占空比；
控制电控三通阀执行修正后的驱动占空比，直到达到设定的学习时间结束计时，识别驱动占空比修正后电动三通阀的实际最大开度位置和实际最小开度位置，进而修正电动三通阀的设定位置，并将修正后的设定位置发送至驱动模块替换其内置的设定位置；
控制电控三通阀执行修正后的设定位置。
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