一种基于解耦控制和模糊控制的燃料电池热管理系统的控制方法

本发明涉及燃料电池热管理控制方法，特别是涉及一种基于解耦控制和模糊控制的燃料电池热管理系统的控制方法，实现了冷却液水流量与空气流量的解耦控制，能够较好地控制电堆温度及温差。

背景技术：

1、对于质子交换膜燃料电池而言，系统工作温度上升时，反应催化剂活性增加，电化学反应速率上升；但是温度过高，水分蒸发过快，可能会导致局部过热而造成膜电极穿孔失效。相反，若系统温度过低，反应催化剂活性降低，反应速率下降。并且，若电堆内部温度过低，反应生成水不能以气态方式排出，容易出现电极淹没现象，因而系统温度上的控制具有重要的作用。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于解耦控制和模糊控制的燃料电池热管理系统的控制方法，燃料电池热管理系统具有非线性、强耦合等特点，传统的pid控制性能较差，为了解决燃料电池热管理系统的强耦合、非线性的问题，在基于解耦控制的基础上，结合模糊控制的办法对燃料电池热管理系统散热风扇进行控制。

2、本发明的技术方案为：

3、一种基于解耦控制和模糊控制的燃料电池热管理系统的控制方法，该燃料电池热管理系统包括循环水泵、电堆、加热器、散热风扇、三通比例调节阀、去离子罐、压力计p1、压力计p2、温度计t1、温度计t2；

4、所述循环水泵的出口与电堆的入口通过管路连接，且循环水泵与电堆的连接管路上安装有温度计t1和压力计p1；

5、所述电堆的出口与三通比例调节阀的入口通过管路连接，且电堆与三通比例调节阀的连接管路上安装有温度计t2、压力计p2，还并联有加热器；

6、所述三通比例调节阀的第一出口与去离子罐的一端通过管路连接，去离子罐的另一端与循环水泵的入口通过管路连接；

7、所述三通比例调节阀的第二出口与散热器的一端通过管路连接，散热器的另一端与循环水泵的入口通过管路连接；

8、该控制方法的控制目标包括循环水泵的水流量和散热风扇的空气流量；

9、其中，循环水泵的水流量的控制公式为：

10、

11、其中，ccl为冷却循环水比热容，qst为电堆产热功率，wcl为循环水泵水流量，tst,out为电堆出口温度，tst,in为电堆入口温度；

12、所述对散热风扇的空气流量进行控制时使用pid控制器进行控制，控制方法为：

13、第一步，将tst和tsec差值即温差e采用负大[nb]、负中[nm]、负小[ns]、零[zo]、正小[ps]、正中[pm]、正大[pb]七个语言变量进行精确表达，得到温差e的模糊子集为{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}，将温差e的导数ec采用负大[nb]、负中[nm]、负小[ns]、零[zo]、正小[ps]、正中[pm]、正大[pb]七个语言变量进行精确表达，得到温差e的导数ec的模糊子集为{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}；

14、其中，tst为燃料电池电堆出口温度，tsec为燃料电池电堆出口温度的控制目标；

15、第二步，根据第一步的模糊子集{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}得到pid控制器的三个参数kp、ki、kd的模糊量；

16、第三步，将第二步得到的三个参数kp、ki、kd的模糊量进行清晰化处理，清晰化处理后的结果用于散热风扇的控制。

17、所述第二步中，pid控制器的三个参数kp、ki、kd为：

18、当e为[nb]，ec为[nb]时，kp取[pb]，ki取[nb]，kd取[pm]；当e为[nm]，ec为[nb]时，kp取[pb]，ki取[nb]，kd取[ns]；当e为[ns]，ec为[nb]时，kp取[pb]，ki取[nm]，kd取[nb]；当e为[zo]，ec为[nb]时，kp取[zo]，ki取[nm]，kd取[nb]；当e为[ps]，ec为[nb]时，kp取[nb]，ki取[ns]，kd取[nm]；当e为[pm]，ec为[nb]时，kp取[nm]，ki取[ns]，kd取[nm]；当e为[pb]，ec为[nm]时，kp取[pb]，ki取[zo]，kd取[ps]；当e为[nb]，ec为[nm]时，kp取[pb]，ki取[nb]，kd取[ps]；当e为[nm]，ec为[nm]时，kp取[pb]，ki取[nb]，kd取[nm]；当e为[ns]，ec为[nm]时，kp取[pm]，ki取[nm]，kd取[nb]；当e为[zo]，ec为[nm]时，kp取[zo]，ki取[ns]，kd取[nm]；当e为[ps]，ec为[nm]时，kp取[nm]，ki取[ns]，kd取[nm]；当e为[pm]，ec为[nm]时，kp取[ps]，ki取[zo]，kd取[nm]；当e为[pb]，ec为[nm]时，kp取[ps]，ki取[zo]，kd取[zo]；当e为[nb]，ec为[ns]时，kp取[pb]，ki取[nm]，kd取[ps]；当e为[nm]，ec为[ns]时，kp取[pm]，ki取[nm]，kd取[nm]；当e为[ns]，ec为[ns]时，kp取[ps]，ki取[nm]，kd取[nm]；当e为[zo]，ec为[ns]时，kp取[zo]，ki取[zo]，kd取[nm]；当e为[ps]，ec为[ns]时，kp取[zo]，ki取[zo]，kd取[ns]；当e为[pm]，ec为[ns]时，kp取[pm]，ki取[ps]，kd取[ns]；当e为[pb]，ec为[ns]时，kp取[pm]，ki取[ps]，kd取[zo]；当e为[nb]，ec为[zo]时，kp取[pm]，ki取[nm]，kd取[zo]；当e为[nm]，ec为[zo]时，kp取[ps]，ki取[ns]，kd取[ns]；当e为[ns]，ec为[zo]时，kp取[ps]，ki取[ns]，kd取[ns]；当e为[zo]，ec为[zo]时，kp取[zo]，ki取[zo]，kd取[ns]；当e为[ps]，ec为[zo]时，kp取[ps]，ki取[ps]，kd取[ns]；当e为[pm]，ec为[zo]时，kp取[pm]，ki取[ps]，kd取[ns]；当e为[pb]，ec为[zo]时，kp取[pb]，ki取[pm]，kd取[zo]；当e为[nb]，ec为[zo]时，kp取[pm]，ki取[nm]，kd取[zo]；当e为[nm]，ec为[zo]时，kp取[ps]，ki取[ns]，kd取[ns]；当e为[ns]，ec为[zo]时，kp取[ps]，ki取[ns]，kd取[ns]；当e为[zo]，ec为[zo]时，kp取[zo]，ki取[zo]，kd取[ns]；当e为[ps]，ec为[zo]时，kp取[ps]，ki取[ps]，kd取[ns]；当e为[pm]，ec为[zo]时，kp取[pm]，ki取[ps]，kd取[ns]；当e为[pb]，ec为[zo]时，kp取[pb]，ki取[pm]，kd取[zo]；当e为[nb]，ec为[ps]时，kp取[ps]，ki取[ns]，kd取[zo]；当e为[nm]，ec为[ps]时，kp取[ps]，ki取[ns]，kd取[ns]；当e为[ns]，ec为[ps]时，kp取[zo]，ki取[zo]，kd取[zo]；当e为[zo]，ec为[ps]时，kp取[zo]，ki取[ps]，kd取[zo]；当e为[ps]，ec为[ps]时，kp取[ps]，ki取[ps]，kd取[zo]；当e为[pm]，ec为[ps]时，kp取[pm]，ki取[pm]，kd取[zo]；当e为[pb]，ec为[ps]时，kp取[ps]，ki取[pb]，kd取[zo]；当e为[nb]，ec为[pm]时，kp取[ps]，ki取[ns]，kd取[zo]；当e为[nm]，ec为[pm]时，kp取[ps]，ki取[ns]，kd取[ns]；当e为[ns]，ec为[pm]时，kp取[zo]，ki取[zo]，kd取[zo]；当e为[zo]，ec为[pm]时，kp取[zo]，ki取[ps]，kd取[zo]；当e为[ps]，ec为[pm]时，kp取[ps]，ki取[ps]，kd取[zo]；当e为[pm]，ec为[pm]时，kp取[pm]，ki取[pm]，kd取[zo]；当e为[pb]，ec为[pm]时，kp取[ps]，ki取[pb]，kd取[zo]；当e为[nb]，ec为[pb]时，kp取[zo]，ki取[zo]，kd取[pb]；

19、当e为[nm]，ec为[pb]时，kp取[ns]，ki取[zo]，kd取[pm]；

20、当e为[ns]，ec为[pb]时，kp取[nm]，ki取[ps]，kd取[pm]；

21、当e为[zo]，ec为[pb]时，kp取[zo]，ki取[pm]，kd取[pm]；

22、当e为[ps]，ec为[pb]时，kp取[pm]，ki取[pm]，kd取[ps]；

23、当e为[pm]，ec为[pb]时，kp取[pb]，ki取[pb]，kd取[ps]；

24、当e为[pb]，ec为[pb]时，kp取[pb]，ki取[pb]，kd取[pb]。

25、有益效果

26、本发明的方法实现了循环水泵水流量与散热风扇空气流量在控制上的解耦，解决了燃料电池热管理系统强耦合的问题，使用模糊控制的方法，能够降低温差的波动并解决热管理系统非线性的问题。