CN116314966A - 一种燃料电堆的温度控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电堆的温度控制方法和装置，在应用于燃料电堆的进行温度控制时，通过获取燃料电堆的待输出功率、冷却液入口温度和最低单片电压，以及散热器的出风口温度，根据待输出功率和散热温度获得温控阀的最小开度，防止开度过大引起电堆内部温度不均衡，同时基于前馈控制方式根据待输出功率和冷却液入口温度，获得水泵的第一前馈转速，并根据最低单片电压对第一前馈转速进行补偿处理，获得水泵的第一目标转速，防止水泵转速设定不合理，因温度不均引起单片电压过低，在将温控阀调节至最小开度，并控制水泵以第一目标转速运行，可以尽可能使电堆内温度均匀，进而提高了燃料电堆内部温度的均匀性。

Description

一种燃料电堆的温度控制方法和装置
技术领域
本发明涉及燃料电堆温度控制的技术领域，尤其涉及一种燃料电堆的温度控制方法和装置。
背景技术
随着汽车领域的竞争越来越激烈，各企业、高校纷纷开始从事汽车氢燃料电堆的研究。燃料电堆系统的关键部件为电堆，电堆需要在特定的温度区间才能发挥最高的效率，电堆温度过低或过高不仅会降低电堆工作效率，甚至对电堆本身造成永久性损害，精确控制电堆内的工作温度，对燃料电堆系统的效率与寿命至关重要。为了保证燃料电堆运行在特定的温度区间，满足整车所需功率。燃料电堆系统需要通过热管理系统对电堆温度进行精确控制，使电堆内反应正常进行。
目前燃料电堆的电堆温度控制是根据冷却液出堆温度实施的，基于冷却液出堆温度控制温控阀的开度和散热风扇的转速，冷却液出堆温度越高，温控阀开度越大，散热风扇转速越高，避免冷却液出堆温度过高，对电堆造成损害；该种控制方式无法实现燃料电堆内部均衡控温，造成电堆内部温度不均衡，出现单片电压低的情况。
因此，如何提高燃料电堆内部温度的均匀性，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的一种燃料电堆的温度控制方法和装置，提高了燃料电堆内部温度的均匀性。
本发明实施例提供了以下方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电堆的温度控制方法，应用于燃料电堆的温度控制系统进行温度控制，所述温度控制系统包括连通冷却液入口和冷却液出口的水泵和温控阀，以及连通所述冷却液入口和所述温控阀的散热器；所述方法包括：
获取燃料电堆的运行参数，其中，所述运行参数至少包括待输出功率、冷却液入口温度和最低单片电压，以及所述散热器的出风口温度；
根据所述待输出功率和散热温度，获得所述温控阀的最小开度，其中，所述散热温度为所述冷却液入口温度和所述出风口温度的温度差；
根据所述待输出功率和所述冷却液入口温度，获得所述水泵的第一前馈转速；
根据所述最低单片电压对所述第一前馈转速进行补偿处理，获得所述水泵的第一目标转速；
将所述温控阀调节至所述最小开度，并控制所述水泵以所述第一目标转速运行。
在一种可选的实施例中，所述运行参数还包括水泵额定转速和PID输出转速Sp，设所述水泵额定转速为Se，所述PID输出转速为Sp，所述第一前馈转速为Sq；所述根据所述最低单片电压对所述第一前馈转速进行补偿处理，获得所述水泵的第一目标转速，包括：
若所述最低单片电压不大于预设电压范围，根据公式Sc＝Se-(Sq+Sp)，获得水泵补偿转速Sc；
若所述最低单片电压位于所述预设电压范围，且aSe-(Sq+Sp)＞0时，根据公式Sc＝aSe-(Sq+Sp)，获得水泵补偿转速Sc，其中，a为预设系数；
若所述最低单片电压大于预设电压范围，或aSe-(Sq+Sp)≤0时，将水泵补偿转速Sc设定为0；
根据所述水泵补偿转速和所述第一前馈转速的转速之和，获得所述第一目标转速。
在一种可选的实施例中，所述运行参数还包括冷却液出口温度和冷却液进入所述燃料电堆的温度误差数据；所述将所述温控阀调节至所述最小开度，并控制所述水泵以所述第一目标转速运行之前，所述方法还包括：
当所述冷却液入口温度达到预设的目标温度时，将冷却液温差输入PID控制器获得水泵调节转速，并根据所述水泵调节转速和初始第一目标转速的转速之和，获得更新的第一目标转速；
根据所述温度误差数据的历史周期误差和当前周期误差，更新所述最小开度。
在一种可选的实施例中，所述根据所述温度误差数据的历史周期误差和当前周期误差，更新所述最小开度，包括：
根据公式K＝Kp×(ek-ek-1)+KI×ek+KD×(ek-2ek-1+ek-2)，获得调节开度K，其中，ek为所述当前周期误差，ek-1为所述当前周期误差的前一周期误差，ek-2为ek-1的前一周期误差，Kp为比例系数，KI为积分系数，KD为微分系数；
根据所述调节开度和初始最小开度的开度之和，获得更新的最小开度。
在一种可选的实施例中，所述运行参数还包括所述温控阀的阀门开度；所述将所述温控阀调节至所述最小开度，并控制所述水泵以所述目标转速运行之后，所述方法还包括：
在所述出风口温度不小于第一设定阈值，且所述阀门开度大于第二设定阈值时，根据预设的第二前馈转速和转速修正模型获得第二目标转速；
控制所述散热器的风扇以所述第二目标转速运行。
在一种可选的实施例中，所述根据预设的第二前馈转速和转速修正模型获得第二目标转速，包括：
根据所述待输出功率在预设对照表查找对应的转速值，以获得所述第二前馈转速，其中，所述预设对照表为风扇转速跟随所述待输出功率增大的对应关系表；
将修正参数输入所述转速修正模型，获得修正转速，其中，所述修正参数至少包括所述阀门开度、所述出风口温度和车辆行驶速度中的一种；
根据所述第二前馈转速和所述修正转速的转速之和，获得所述第二目标转速。
在一种可选的实施例中，所述修正参数包括所述阀门开度和电堆温度，所述将修正参数输入所述转速修正模型，获得修正转速，包括：
若所述阀门开度不位于预设开度范围，将所述转速修正模型输出的所述修正转速配置为跟随所述阀门开度对应变化；
若所述阀门开度位于预设开度范围，根据所述电堆温度调节所述温控阀的阀门开度，直至所述阀门开度不位于预设开度范围时，将所述转速修正模型的输出结果确定为所述修正转速。
第二方面，本发明实施例还提供了一种燃料电堆的温度控制装置，应用于燃料电堆的温度控制系统进行温度控制，所述温度控制系统包括连通冷却液入口和冷却液出口的水泵和温控阀，以及连通所述冷却液入口和所述温控阀的散热器；所述装置包括：
获取模块，用于获取燃料电堆的运行参数，其中，所述运行参数至少包括待输出功率、冷却液入口温度和最低单片电压，以及所述散热器的出风口温度；
第一获得模块，用于根据所述待输出功率和散热温度，获得所述温控阀的最小开度，其中，所述散热温度为所述冷却液入口温度和所述出风口温度的温度差；
第二获得模块，用于根据所述待输出功率和所述冷却液入口温度，获得所述水泵的第一前馈转速；
第三获得模块，用于根据所述最低单片电压对所述第一前馈转速进行补偿处理，获得所述水泵的第一目标转速；
第一控制模块，用于将所述温控阀调节至所述最小开度，并控制所述水泵以所述第一目标转速运行。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器耦接到所述处理器，所述存储器存储指令，当所述指令由所述处理器执行时使所述电子设备执行第一方面中任一项所述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面中任一项所述方法的步骤。
本发明的一种燃料电堆的温度控制方法和装置与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的温度控制方法在应用于燃料电堆的进行温度控制时，通过获取燃料电堆的待输出功率、冷却液入口温度和最低单片电压，以及散热器的出风口温度，根据待输出功率和散热温度获得温控阀的最小开度，防止开度过大引起电堆内部温度不均衡，同时基于前馈控制方式根据待输出功率和冷却液入口温度，获得水泵的第一前馈转速，并根据最低单片电压对第一前馈转速进行补偿处理，获得水泵的第一目标转速，防止水泵转速设定不合理，因温度不均引起单片电压过低，在将温控阀调节至最小开度，并控制水泵以第一目标转速运行，可以尽可能使电堆内温度均匀，进而提高了燃料电堆内部温度的均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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说明书的一些实施例，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为本发明实施例提供的温度控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种燃料电堆的温度控制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的水泵的控制逻辑图；
图4为本发明实施例提供的温控阀的控制逻辑图；
图5为本发明实施例提供的风扇的控制逻辑图；
图6为本发明实施例提供的一种燃料电堆的温度控制装置的结构示意图。
附图标记说明：1-燃料电堆、2-水泵、3-温控阀、4-散热器、5-加热器、6-出口温度传感器、7-入口温度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
请参阅图1，针对燃料电堆1的温度控制，目前多基于温度控制系统实施，图中箭头所示方向为冷却液的流通路径。温度控制系统包括连通冷却液入口和冷却液出口的水泵2和温控阀3，冷却液出口的输出口连通水泵2的输入口，水泵2的输出口连通温控阀3的输入口，温控阀3为三通结构，温控阀3的第一输出口连通冷却液出口，以形成燃料电堆1的小循环水路，在燃料电堆1的冷却液温度较低时，温控阀3直接将冷却液输出至燃料电堆1，冷却液仅经小循环水路进行循环。温控阀3的第二输出口连通散热器4的输入口，散热器4的输出口连通冷却液入口，以形成燃料电堆1的大循环水路。在燃料电堆1的冷却液温度逐步上升时，温控阀3的第二输出口的冷却液流量跟随逐步增大，以通过大循环水路进行散热。为实时监测燃料电堆1的冷却状态，冷却液出口安装有出口温度传感器6，冷却液入口安装有入口温度传感器7，分别采集冷却液进出堆的温度，实时对电堆内的温度进行监测。温度控制系统还包括加热器5(或称PTC，Positive Temperature Coefficient)，用于在低温环境下对冷却液加热，使燃料电堆1工作于目标温度，由于加热器5是用于燃料电堆1冷启动工况，常温下不工作，故本发明不涉及加热器5的控制。
针对温控阀的控制，现有的控制逻辑是根据冷却液出堆温度控制温控阀的开度，当冷却液出堆温度到达温控阀初开温度时(60℃)，温控阀打开，散热器的风扇启动工作，经过大循环冷却液回路后的冷却液进入电堆，该控制方式会导致冷却液进堆温度骤降，但此时冷却液出堆温度还处于较高值，如果按照冷却液出堆温度控制温控阀的开度，温控阀开度持续增加，导致冷却液进出堆温差加大，引起电堆内部温度不均衡，可能出现电堆内单片燃料电池电压低的情况。
针对水泵的控制，现有的控制逻辑是根据冷却液的温度对水泵转速进行控制，燃料电堆在冷机启动过程中，随着燃料电堆的输出功率上升，电堆温度逐步上升，冷却液进出堆温差较大，水泵转速上升，整体的控制策略未考量温度对燃料电堆的影响；同时冷机启动过程中，此时冷却液进堆与出堆的实际温度较低(40℃以下)，不需要水泵进行高转速运行散热，造成不必要的功率消耗。
基于现有技术的缺陷，本发明实施例提供的一种燃料电堆的温度控制方法，下面将具体阐述如何实施该方案，以提高燃料电堆内部温度的均匀性。请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种燃料电堆的温度控制方法的流程图，所述方法包括：
S11、获取燃料电堆的运行参数，其中，所述运行参数至少包括待输出功率、冷却液入口温度和最低单片电压，以及所述散热器的出风口温度。
具体的，待输出功率(或称VCU需求功率)表征了燃料电堆在一个控制周期需要对外输出的功率大小，燃料电堆用于对车辆输出电能时，可以基于车辆上电压控制单元(VCU，Vehicular Communication Unit)下发的需求功率确定。冷却液入口温度表征了冷却液进入燃料电堆时的温度，可以基于入口温度传感器采集获取。燃料电堆是由多个单片燃料电池组合而成，最低单片电压表征了所有单片燃料电池中的最低电压，可以基于采集每个单片电压后计算获取，例如通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)通讯方式实时采集电堆电压巡检器(CVM，Cell voltage monitor)发送的电堆单片电压的信息，再进行比较，将其中的最小值确定为最低单片电压。散热器是通过其内置的风扇进行散热降温，出风口温度表征了散热器上出风口位置的温度。获取燃料电堆的运行参数后进入步骤S12。
S12、根据所述待输出功率和散热温度，获得所述温控阀的最小开度，其中，所述散热温度为所述冷却液入口温度和所述出风口温度的温度差。
具体的，燃料电堆启动后，冷却液入口温度未到达温控阀开启温度(例如40℃)时，温控阀使能信号为0，全部冷却液在小循环回路中流动；当冷却液进堆温度到达温控阀开启温度后，温控阀使能信号置1。在温控阀使能信号置1后确定其最小开度，散热温度表征了系统的冷却能力大小，可以基于待输出功率和散热温度进行标定实验，以生成包含最小开度的二维数据表，二维数据表的行和列分别表征散热温度和待输出功率的分布，行和列对应的数据为温控阀的最小开度，最小开度表征了温控过程中温控阀输出的最小流量。在获取待输出功率和散热温度后，经查表得出对应的最小开度，可以理解，待输出功率越高，温控阀最小开度越大；散热温度越小，说明系统冷却能力需要提升，温控阀最小开度越大。获得最小开度后进入步骤S13。
S13、根据所述待输出功率和所述冷却液入口温度，获得所述水泵的第一前馈转速。
具体的，由于经冷却液对电堆温度进行调节存在滞后性，因而可以通过前馈控制方式减小该种不利影响。第一前馈转速表征了前馈控制下水泵的对应转速，同样可以基于待输出功率、冷却液入口温度和第一前馈转速进行标定实验，以生成包含第一前馈转速的二维数据表，根据待输出功率和冷却液入口温度的当前值查表确定出第一前馈转速。需要说明的是，在燃料电堆冷机启动时，虽然待输出功率上升，但冷却液进堆温度较低，查表得到的第一前馈转速对应较低，可以避免出现在冷却液进堆温度较低时，水泵转速过高引起过度散热，导致电堆到达工作温度区间(60-80℃)的时间变长，引起燃料电堆的发电效率降低。同时待输出功率越高，第一前馈转速越高；冷却液进堆温度越高，第一前馈转速越高。当待输出功率较高，但冷却液入口温度低时，获得的冷却液入口温度相对较低，避免水泵转速过高导致散热能力溢出，导致电堆温度不能及时达到工作区间区间，影响电堆的工作效率，增加水泵功耗，获得水泵的第一前馈转速后进入步骤S14。
S14、根据所述最低单片电压对所述第一前馈转速进行补偿处理，获得所述水泵的第一目标转速。
具体的，第一目标转速为水泵保障电堆温度均匀的工作转速，可以基于最低单片电压的电压值确定补偿系数，例如通过一维查表确定补偿系数；再基于补偿系数和第一前馈转速的乘积获得第一目标转速，补偿系数通过标定实验或技术人员的经验确定，能够提高燃料电堆内部温度的均匀性即可。当然，也可以基于最低单片电压和第一前馈转速进行标定实验，生成包含第一目标转速的二维数据表，根据最低单片电压和第一前馈转速的当前值查表确定出第一目标转速。
在实际应用时，由于水泵转速对燃料电堆的冷却影响因素较大，常规的补偿方式可能引起第一目标转速确定不准确。基于此，在一种具体的实施方式中，运行参数还包括水泵额定转速和PID输出转速Sp，设水泵额定转速为Se，PID输出转速为Sp，第一前馈转速为Sq，其中，PID输出转速可以通过PID控制器的输出结果获取，水泵的PID(proportion、proportion、differentiation，比例、积分、微分)闭环算法的使能条件为冷却液进堆温度达到预设目标温度(例如50℃)，采用冷却液进出电堆的温差作为反馈量，根据待输出功率标定得出冷却液进出堆温度目标值，冷却液进出电堆的温差代表了水泵运行对应的散热的能力。根据最低单片电压对第一前馈转速进行补偿处理，获得水泵的第一目标转速，包括：
若最低单片电压不大于预设电压范围，说明最低单片电压较小，燃料电堆的温度不均衡影响较大，需要最大程度进行散热，尽可能缩小电堆进出堆温差，避免出现由于温差过大导致单片燃料电压过低的情况发生，则根据公式Sc＝Se-(Sq+Sp)，获得水泵补偿转速Sc。
若最低单片电压位于预设电压范围，且aSe-(Sq+Sp)＞0时，说明电堆有单片电压低的风险，需要水泵运行在较高转速下，例如额定转速50％以上转速，保证一半的散热能力，使电堆进出堆温差保持在一定的范围内，则根据公式Sc＝aSe-(Sq+Sp)，获得水泵补偿转速Sc，其中，a为预设系数，可以通过标定实验设定，例如设定a为0.5。
若最低单片电压大于预设电压范围，或aSe-(Sq+Sp)≤0时，说明燃料电堆暂时没有单片电压低的风险，不需要进行转速补偿，则将水泵补偿转速Sc设定为0。
水泵补偿转速表征的是基于最低单片电压确定的转速补偿值，确定水泵补偿转速后，速根据水泵补偿转速和第一前馈转速的转速之和，获得第一目标转速，获得第一目标转速后进入步骤S15。
S15、将所述温控阀调节至所述最小开度，并控制所述水泵以所述第一目标转速运行。
具体的，温控阀的调节可以基于对应的调节指令实施，以将温控阀调节至最小开度；水泵的运行可以基于对应的驱动指令实施，以使水泵以第一目标转速运行。
在实际应用时，由于温度控制误差对燃料电堆温度控制精度存在关联，若不考虑温度控制误差存在控制不精准的问题。基于此，在一种具体的实施方式中，运行参数还包括冷却液出口温度和冷却液进入燃料电堆的温度误差数据；将温控阀调节至最小开度，并控制水泵以第一目标转速运行之前，方法还包括：
当冷却液入口温度达到预设的目标温度时，将冷却液温差输入PID控制器获得水泵调节转速，并根据水泵调节转速和初始第一目标转速的转速之和，获得更新的第一目标转速，冷却液温差为冷却液出口温度和冷却液入口温度的温度差。
具体的，请参阅图3，第一目标转速＝第一前馈转速+水泵调节转速+水泵补偿转速。经最低单片电压确定水泵补偿转速；将待输出功率输出至前馈控制器和冷却液温差的目标值计算模块，前馈控制器基于待输出功率和冷却液入口温度获得第一前馈转速；水泵PID控制器基于目标值计算模块的输出结果和电堆温度的控制误差输出水泵调节转速，对三种转速进行求和即可得出水泵的第一目标转速。还可以将求和结果输入转速限制模块，求和结果大于转速限制模块中的极值时，将对应的极值确定为第一目标转速；求和结果不大于转速限制模块中的极值时，将求和结果确定为第一目标转速。
由于温度控制误差对温控阀的控制精度存在关联，若不考虑温度控制误差，最小开度存在设定不精准的问题，基于此，在根据温度误差数据的历史周期误差和当前周期误差，更新最小开度。请参阅图4，在温控阀的控制策略中，可以设定增量式PID控制器，基于历史周期误差和当前周期误差，更新下一调整周期的最小开度。使用增量式PID对温控阀进行闭环控制，因为冷却液进堆温度相对于出堆温度变化更为灵敏，在温控阀开启时冷却液进堆温度迅速降低，更能反应出热管理子系统散热能力，因此将其作为反馈量。另外，相比传统PID，增量式PID算法积分饱和得到改善，超调减少，动态性能提高。算法不需要累加，只于最近几次偏差值有关，减轻控制器运行负荷。
在一种具体的实施方式中，根据温度误差数据的历史周期误差和当前周期误差，更新最小开度，包括：
根据公式K＝Kp×(ek-ek-1)+KI×ek+KD×(ek-2ek-1+ek-2)，获得调节开度K，其中，ek为当前周期误差，ek-1为当前周期误差的前一周期误差，ek-2为ek-1的前一周期误差，Kp为比例系数，KI为积分系数，KD为微分系数；根据调节开度和初始最小开度的开度之和，获得更新的最小开度。
具体的，在限制温控阀调节至最小开度的同时，采用增量式PID算法对温控阀进行闭环控制，以更新其调节开度；温度误差数据表征的是冷却液入口温度的实际测量值和冷却液入口温度的目标值的差值，可以通过待输出功率查表标定得出。比例系数、积分系数和微分系数可以通过标定实验确定，以提高温控阀最小开度的控制精度。由于是基于近三个调节周期的误差可以减轻系统运算的负荷。
基于上述方式对温控阀和水泵进行调控后，可以有效改善燃料电堆内温度的均匀性。但是散热器作为温度控制系统中重要的组分部分，冷却液在进行大循环后，若不提高其控制精度，对燃料电堆内温度的均匀性同样会造成不利影响。现有的控制策略是根据冷却液出堆温度控制散热器内的风扇转速，当温控阀初次开启时，冷却液进堆温度骤降，冷却液出堆温度还处于较高值，由于风扇转速根据冷却液出堆温度控制，转速持续升高，导致冷却液进出堆温差加大，导致电堆内部温度不均衡，可能出现电堆单片电压低的情况。
为解决上述问题，在一种具体的实施方式中，运行参数还包括温控阀的阀门开度；将温控阀调节至最小开度，并控制水泵以目标转速运行之后，方法还包括：
在出风口温度不小于第一设定阈值，且阀门开度大于第二设定阈值时，根据预设的第二前馈转速和转速修正模型获得第二目标转速；控制散热器的风扇以第二目标转速运行。
具体的，出风口温度小于40℃时，且温控阀开度不大于总开度的30％时，风扇不工作；出风口温度不小于第一设定阈值，且阀门开度大于第二设定阈值时，说明需要开启风扇进行降温，则查询一维数据表得出第二前馈转速，一维数据表为待输出功率和风扇转速的对应关系表，待输出功率越大对应的第二前馈转速越高。其中，第一设定阈值和第二设定阈值可以根据实际需求确定，例如将第一设定阈值设定为45℃，第二设定阈值设定为温控阀总开度的30％。转速修正模型是基于燃料电堆的实际温度与目标温度的偏差进行修正的模型，温度偏差过大时，转速修正模型输出的修正值越大，反之越小。可以基于第二前馈转速和模型输出结果的和值确定第二目标转速，再基于第二目标转速控制风扇运行。
在一种具体的实施方式中，根据预设的第二前馈转速和转速修正模型获得第二目标转速，包括：
根据待输出功率在预设对照表查找对应的转速值，以获得第二前馈转速，其中，预设对照表为风扇转速跟随待输出功率增大的对应关系表；将修正参数输入转速修正模型，获得修正转速，其中，修正参数至少包括阀门开度、出风口温度和车辆行驶速度中的一种；根据第二前馈转速和修正转速的转速之和，获得第二目标转速。
具体的，通过修正参数可以得到对应的修正转速，例如修正参数为阀门开度时，根据阀门开度确定开度修正转速，阀门开度大于开度阈值，则开度修正转速跟随阀门开度增大；阀门开度不大于开度阈值，则开度修正转速跟随阀门开度减小。同理，修正参数为出风口温度时，根据出风口温度确定温度修正转速；修正参数为车辆行驶速度时，根据车辆行驶速度确定车速修正转速。根据公式第二目标转速＝第二前馈转速+开度修正转速+温度修正转速+车速修正转速，计算出第二目标转速。
请参阅图5，第二前馈转速可以将待输出功率输入至前馈控制器，基于前馈控制器的输出结果获得第二前馈转速；基于散热器的出口温度测量值和实际值，获得温度偏差，基于该温度偏差对风扇转速进行修正；基于车速和燃料电堆所处的环境温度进行补偿，得出对应的补偿值，基于第二前馈转速和所有补偿值的求和结果获得第二目标转速，输出至风扇控制器，以控制风扇的运行速度。
在实际应用时，由于温控阀开度和风扇转速对燃料电堆内温度的均匀性都较为敏感，若同时对其进行调整，可以造成温度异常波动。基于此，在一种具体的实施方式中，修正参数包括阀门开度和电堆温度，将修正参数输入转速修正模型，获得修正转速，包括：
若阀门开度不位于预设开度范围，转速修正模型输出的修正转速配置为跟随阀门开度对应变化；若阀门开度位于预设开度范围，根据电堆温度调节温控阀的阀门开度，直至阀门开度不位于预设开度范围时，将转速修正模型的输出结果确定为修正转速。
具体的，阀门开度不位于预设开度范围，说明冷却方式侧重大循环或小循环，实施跟随阀门开度对应变化修正转速，不会对温度波动造成较大影响，则将转速修正模型输出的修正转速配置为跟随阀门开度对应变化。其中，预设开度范围可以设定为温控阀总开度的40％-70％，当阀门开度大于70％时，风扇转速才会进行跟随升档修正；在温控阀开度小于40％时，风扇才会进行跟随降档修正。阀门开度位于预设开度范围，说明冷却循环中存在大循环和小循环，同时调节温控阀开度和风扇转速对燃料电堆内温度会造成较大波动，则通过调节温控阀开度调节电堆温度，当温控阀的调节能力到达一定限度后(大于70％或小于40％)，风扇再进行转速闭环修正，避免温控阀开度和风扇转速同时变化造成温度异常波动。
需要说明的是，由于风扇转速存在较大的运行区间，对温度的均匀性存在密切的关联影响。基于此，本发明的控制方法还包括：根据待输出功率标定查表得出风扇修正转速计算设定周期，避免由于散热器温度波动导致风扇转速频繁变化。根据待输出功率的变化量对风扇转速的调整周期设定延时时间，避免系统运行至大功率降载时，待输出功率降低，导致风扇转速急剧降低的情况。但此时散热器出口温度较高，不能满足燃电系统散热需求。还可以根据待输出功率，以及待输出功率与系统实际功率的差值二维查表得出风扇转速变化周期。在低功率段调整风扇转速变化周期，防止转速频繁变化导致电堆温度波动，引起发电效率降低。
下面本发明实施例将整体阐述当燃电系统应用于车辆驱动时，水泵、温控阀和风扇的控制时序：
燃电系统开启后，首先启动水泵，FCCU(燃料电池控制单元)发送水泵使能信号置1，并根据电堆目标电流以及电堆进出堆温差发送水泵目标转速，使冷却液在电堆内循环起来，使电堆内部温度均匀。
当冷却液入口温度大于40℃，开启温控阀，FCCU发送温控阀使能信号置1，根据电堆进堆温度闭环控制温控阀开度。
对风扇和温控阀的控制进行解耦，首先控制温控阀调节电堆温度，当温控阀开度到达一定值，再开启风扇进行调节。
当风扇出口温度小于40℃时，且温控阀开度不大于30％，开度风扇使能信号为0，不工作。
当风扇出口温度不小于45℃时，且温控阀开度大于30％，风扇使能信号置1，开始工作。
燃料电堆运行过程中，基于上述策略对温控阀、水泵和风扇实时调控，以保障燃料电堆内部温度的均匀性。
燃电系统关机时，系统功率降载，关机吹扫完成，当风扇出口温度小于40℃时，且温控阀开度不大于30％，风扇使能信号置0，风扇目标转速为0，风扇关闭。
当冷却液入口温度小于40℃，温控阀使能信号置0，温控阀目标开度置0，温控阀关闭。当冷却液出堆温度小于40℃，水泵使能信号置0，水泵目标转速置0，水泵关闭；燃电系统关机完成。
基于与控制方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种燃料电堆的温度控制装置，应用于燃料电堆的温度控制系统进行温度控制，所述温度控制系统包括连通冷却液入口和冷却液出口的水泵和温控阀，以及连通所述冷却液入口和所述温控阀的散热器；请参阅图6，所述装置包括：
获取模块601，用于获取燃料电堆的运行参数，其中，所述运行参数至少包括待输出功率、冷却液入口温度和最低单片电压，以及所述散热器的出风口温度；
第一获得模块602，用于根据所述待输出功率和散热温度，获得所述温控阀的最小开度，其中，所述散热温度为所述冷却液入口温度和所述出风口温度的温度差；
第二获得模块603，用于根据所述待输出功率和所述冷却液入口温度，获得所述水泵的第一前馈转速；
第三获得模块604，用于根据所述最低单片电压对所述第一前馈转速进行补偿处理，获得所述水泵的第一目标转速；
第一控制模块605，用于将所述温控阀调节至所述最小开度，并控制所述水泵以所述第一目标转速运行。
在一种可选的实施例中，所述运行参数还包括水泵额定转速和PID输出转速Sp，设所述水泵额定转速为Se，所述PID输出转速为Sp，所述第三获得模块，包括：
第一获得子模块，用于在所述最低单片电压不大于预设电压范围时，根据公式Sc＝Se-(Sq+Sp)，获得水泵补偿转速Sc；
第二获得子模块，用于在所述最低单片电压位于所述预设电压范围，且aSe-(Sq+Sp)＞0时，根据公式Sc＝aSe-(Sq+Sp)，获得水泵补偿转速Sc，其中，a为预设系数；
设定子模块，用于在所述最低单片电压大于预设电压范围，或aSe-(Sq+Sp)≤0时，将水泵补偿转速Sc设定为0；
第三获得子模块，用于根据所述水泵补偿转速和所述第一前馈转速的转速之和，获得所述第一目标转速。
在一种可选的实施例中，所述运行参数还包括冷却液出口温度和冷却液进入所述燃料电堆的温度误差数据；所述装置还包括：
第四获得模块，用于当所述冷却液入口温度达到预设的目标温度时，将冷却液温差输入PID控制器获得水泵调节转速，并根据所述水泵调节转速和初始第一目标转速的转速之和，获得更新的第一目标转速；
更新模块，用于根据所述温度误差数据的历史周期误差和当前周期误差，更新所述最小开度。
在一种可选的实施例中，所述更新模块，包括：
第四获得子模块，用于根据公式K＝Kp×(ek-ek-1)+KI×ek+KD×(ek-2ek-1+ek-2)，获得调节开度K，其中，ek为所述当前周期误差，ek-1为所述当前周期误差的前一周期误差，ek-2为ek-1的前一周期误差，Kp为比例系数，KI为积分系数，KD为微分系数；
第五获得子模块，用于根据所述调节开度和初始最小开度的开度之和，获得更新的最小开度。
在一种可选的实施例中，所述运行参数还包括所述温控阀的阀门开度；所述装置还包括：
第五获得模块，用于在所述出风口温度不小于第一设定阈值，且所述阀门开度大于第二设定阈值时，根据预设的第二前馈转速和转速修正模型获得第二目标转速；
第二控制模块，用于控制所述散热器的风扇以所述第二目标转速运行。
在一种可选的实施例中，所述第五获得模块，包括：
第六获得子模块，用于根据所述待输出功率在预设对照表查找对应的转速值，以获得所述第二前馈转速，其中，所述预设对照表为风扇转速跟随所述待输出功率增大的对应关系表；
第七获得子模块，用于将修正参数输入所述转速修正模型，获得修正转速，其中，所述修正参数至少包括所述阀门开度、所述出风口温度和车辆行驶速度中的一种；
第八获得子模块，用于根据所述第二前馈转速和所述修正转速的转速之和，获得所述第二目标转速。
在一种可选的实施例中，所述修正参数包括所述阀门开度和电堆温度，所述第七获得子模块，包括：
输出单元，用于在所述阀门开度不位于预设开度范围时，将所述转速修正模型输出的所述修正转速配置为跟随所述阀门开度对应变化；
确定单元，用于所述阀门开度位于预设开度范围，根据所述电堆温度调节所述温控阀的阀门开度，直至所述阀门开度不位于预设开度范围时，将所述转速修正模型的输出结果确定为所述修正转速。
基于与控制方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器耦接到所述处理器，所述存储器存储指令，当所述指令由所述处理器执行时使所述电子设备执行控制方法中任一项所述方法的步骤。
基于与控制方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现控制方法中任一项所述方法的步骤。
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在应用于燃料电堆的进行温度控制时，通过获取燃料电堆的待输出功率、冷却液入口温度和最低单片电压，以及散热器的出风口温度，根据待输出功率和散热温度获得温控阀的最小开度，防止开度过大引起电堆内部温度不均衡，同时基于前馈控制方式根据待输出功率和冷却液入口温度，获得水泵的第一前馈转速，并根据最低单片电压对第一前馈转速进行补偿处理，获得水泵的第一目标转速，防止水泵转速设定不合理，因温度不均引起单片电压过低，在将温控阀调节至最小开度，并控制水泵以第一目标转速运行，可以尽可能使电堆内温度均匀，进而提高了燃料电堆内部温度的均匀性。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(模块、系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种燃料电堆的温度控制方法，其特征在于，应用于燃料电堆的温度控制系统进行温度控制，所述温度控制系统包括连通冷却液入口和冷却液出口的水泵和温控阀，以及连通所述冷却液入口和所述温控阀的散热器；所述方法包括：
获取燃料电堆的运行参数，其中，所述运行参数至少包括待输出功率、冷却液入口温度和最低单片电压，以及所述散热器的出风口温度；
根据所述待输出功率和散热温度，获得所述温控阀的最小开度，其中，所述散热温度为所述冷却液入口温度和所述出风口温度的温度差；
根据所述待输出功率和所述冷却液入口温度，获得所述水泵的第一前馈转速；
根据所述最低单片电压对所述第一前馈转速进行补偿处理，获得所述水泵的第一目标转速；
将所述温控阀调节至所述最小开度，并控制所述水泵以所述第一目标转速运行。
2.根据权利要求1所述的燃料电堆的温度控制方法，其特征在于，所述运行参数还包括水泵额定转速和PID输出转速Sp，设所述水泵额定转速为Se，所述PID输出转速为Sp，所述第一前馈转速为Sq；所述根据所述最低单片电压对所述第一前馈转速进行补偿处理，获得所述水泵的第一目标转速，包括：
若所述最低单片电压不大于预设电压范围，根据公式Sc＝Se-(Sq+Sp)，获得水泵补偿转速Sc；
若所述最低单片电压位于所述预设电压范围，且aSe-(Sq+Sp)＞0时，根据公式Sc＝aSe-(Sq+Sp)，获得水泵补偿转速Sc，其中，a为预设系数；
若所述最低单片电压大于预设电压范围，或aSe-(Sq+Sp)≤0时，将水泵补偿转速Sc设定为0；
根据所述水泵补偿转速和所述第一前馈转速的转速之和，获得所述第一目标转速。
3.根据权利要求1所述的燃料电堆的温度控制方法，其特征在于，所述运行参数还包括冷却液出口温度和冷却液进入所述燃料电堆的温度误差数据；所述将所述温控阀调节至所述最小开度，并控制所述水泵以所述第一目标转速运行之前，所述方法还包括：
当所述冷却液入口温度达到预设的目标温度时，将冷却液温差输入PID控制器获得水泵调节转速，并根据所述水泵调节转速和初始第一目标转速的转速之和，获得更新的第一目标转速；
根据所述温度误差数据的历史周期误差和当前周期误差，更新所述最小开度。
4.根据权利要求3所述的燃料电堆的温度控制方法，其特征在于，所述根据所述温度误差数据的历史周期误差和当前周期误差，更新所述最小开度，包括：
根据公式K＝Kp×(ek-ek-1)+KI×ek+KD×(ek-2ek-1+ek-2)，获得调节开度K，其中，ek为所述当前周期误差，ek-1为所述当前周期误差的前一周期误差，ek-2为ek-1的前一周期误差，Kp为比例系数，KI为积分系数，KD为微分系数；
根据所述调节开度和初始最小开度的开度之和，获得更新的最小开度。
5.根据权利要求1所述的燃料电堆的温度控制方法，其特征在于，所述运行参数还包括所述温控阀的阀门开度；所述将所述温控阀调节至所述最小开度，并控制所述水泵以所述目标转速运行之后，所述方法还包括：
在所述出风口温度不小于第一设定阈值，且所述阀门开度大于第二设定阈值时，根据预设的第二前馈转速和转速修正模型获得第二目标转速；
控制所述散热器的风扇以所述第二目标转速运行。
6.根据权利要求5所述的燃料电堆的温度控制方法，其特征在于，所述根据预设的第二前馈转速和转速修正模型获得第二目标转速，包括：
根据所述待输出功率在预设对照表查找对应的转速值，以获得所述第二前馈转速，其中，所述预设对照表为风扇转速跟随所述待输出功率增大的对应关系表；
将修正参数输入所述转速修正模型，获得修正转速，其中，所述修正参数至少包括所述阀门开度、所述出风口温度和车辆行驶速度中的一种；
根据所述第二前馈转速和所述修正转速的转速之和，获得所述第二目标转速。
7.根据权利要求6所述的燃料电堆的温度控制方法，其特征在于，所述修正参数包括所述阀门开度和电堆温度，所述将修正参数输入所述转速修正模型，获得修正转速，包括：
若所述阀门开度不位于预设开度范围，将所述转速修正模型输出的所述修正转速配置为跟随所述阀门开度对应变化；
若所述阀门开度位于预设开度范围，根据所述电堆温度调节所述温控阀的阀门开度，直至所述阀门开度不位于预设开度范围时，将所述转速修正模型的输出结果确定为所述修正转速。
8.一种燃料电堆的温度控制装置，其特征在于，应用于燃料电堆的温度控制系统进行温度控制，所述温度控制系统包括连通冷却液入口和冷却液出口的水泵和温控阀，以及连通所述冷却液入口和所述温控阀的散热器；所述装置包括：
获取模块，用于获取燃料电堆的运行参数，其中，所述运行参数至少包括待输出功率、冷却液入口温度和最低单片电压，以及所述散热器的出风口温度；
第一获得模块，用于根据所述待输出功率和散热温度，获得所述温控阀的最小开度，其中，所述散热温度为所述冷却液入口温度和所述出风口温度的温度差；
第二获得模块，用于根据所述待输出功率和所述冷却液入口温度，获得所述水泵的第一前馈转速；
第三获得模块，用于根据所述最低单片电压对所述第一前馈转速进行补偿处理，获得所述水泵的第一目标转速；
第一控制模块，用于将所述温控阀调节至所述最小开度，并控制所述水泵以所述第一目标转速运行。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器耦接到所述处理器，所述存储器存储指令，当所述指令由所述处理器执行时使所述电子设备执行权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
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