一种燃料电池余热控制系统以及车辆的制作方法

1.本发明涉及新能源电池技术领域，具体涉及一种燃料电池余热控制系统以及车辆。


背景技术：

2.目前市场上燃料电池发动机在额定功率点的系统效率普遍在55％左右，发动机在发电过程中会产生很多废热，在冬季采用余热利用装置能大大节省整车电耗。
3.现有技术中通过直接接入余热板换模块，判断燃料电池发动机输出功率到达指定位置后开启余热换热。或者加入余热发电装置，当燃料电池发动机出堆水温达到目标值后接入热发电装置进行发电。
4.直接接入余热板换模块的余热利用方式会造成余热利用在临界点时电堆温度波动过大；余热发电装置成本过高，且热发电效率过低。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种使余热利用开启和和关闭阶段平滑过渡，且使电堆温度控制精度更高的。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
7.一种燃料电池余热控制系统，包括燃料电池、节温器、三通阀、余热利用板换、散热器以及泵机；
8.所述燃料电池的冷却液出口和冷却液入口；所述节温器包括散热出口和节温出口；所述余热利用板换包括热端进口和热端出口；所述散热器上设置有风扇；
9.所述燃料电池的冷却液出口通过管道与节温器连通，并通过节温出口连通泵机连回冷却液入口；所述散热出口与三通阀连通，所述三通阀并联在余热利用板换的热端进口和热端出口上；所述热端出口与散热器连通并连回泵机；
10.根据当前实际入堆温度与目标入堆温度的温度误差依次对节温器、三通阀以及风扇进行温度控制。
11.优选的，所述温度误差为当前实际入堆温度减去目标入堆温度得到的数值，并判断该数值是否不为0，若是，则对节温器进行温度控制，否者重新计算温度误差。
12.优选的，所述节温器的控制方法包括通过节温器开度前馈值、节温器算法开度以及节温器补偿开度获得节温器实际开度；判断节温器实际开度是否大于阈值，若是，则进行三通阀的温度控制，否则重新计算温度误差；
13.所述节温器算法开度根据温度误差计算获得；
14.所述节温器实际开度实时更新。
15.优选的，所述节温器算法开度根据温度误差计算获得的计算过程为：
[0016][0017]
其中，d
pid
为节温器算法开度；e温度误差；为k
p1
表示比例系数；k
i1
表示积分常数；i
表示第i次采样；t表示采样次数；t表示采样周期；
[0018]
所述节温器开度前馈值、节温器算法开度以及节温器补偿开度三者相加获得节温器实际开度。
[0019]
优选的，所述三通阀的控制方法包括通过三通阀开度前馈值、三通阀算法开度以及三通阀补偿开度获得三通阀实际开度；判断三通阀实际开度是否大于阈值，若是，则进行三通阀的温度控制，否则重新计算三通阀实际开度；
[0020]
所述三通阀算法开度根据温度误差计算获得；
[0021]
所述节温器补偿开度根据三通阀实际开度进行调整；
[0022]
所述三通阀实际开度实时更新。
[0023]
优选的，所述三通阀算法开度根据温度误差计算获得的计算过程为：
[0024][0025]
其中，w
pid
为节温器算法开度；e温度误差；为k
p2
表示比例系数；k
i2
表示积分常数；i表示第i次采样；t表示采样次数；t表示采样周期；
[0026]
所述三通阀开度前馈值、三通阀算法开度以及三通阀补偿开度三者相加获得三通阀实际开度。
[0027]
优选的，所述风扇的控制方法包括通过风扇占空比前馈值以及风扇算法占空比获得风扇实际占空比；
[0028]
所述风扇算法占空比根据温度误差计算获得；
[0029]
所述三通阀补偿开度根据风扇实际占空比进行调整。
[0030]
优选的，所述风扇算法占空比根据温度误差计算获得的计算过程为：
[0031][0032]
其中，w
pid
为节温器算法开度；e温度误差；为k
p3
表示比例系数；k
i3
表示积分常数；i表示第i次采样；t表示采样次数；t表示采样周期；
[0033]
所述风扇占空比前馈值与风扇算法占空比相加获得风扇实际占空比。
[0034]
优选的，所述节温器补偿开度与三通阀补偿开度通过查表获得。
[0035]
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：
[0036]
一种车辆，其特征在于，包括上述的燃料电池余热控制系统。
[0037]
本发明的有益效果在于：通过本发明的燃料电池余热控制系统可明显减小过渡过程中的超调量，增强系统鲁棒性；通过引入温器补偿开度与三通阀补偿开度，能够进行协调控制，通过节温器、三通阀以及风扇的相互协调控制，保证余热利用开启和关闭阶段的平滑过渡，通过三通阀的设置，使得燃料电池的电堆温度控制精度更高。
附图说明
[0038]
图1为本发明具体实施方式的一种燃料电池余热控制系统的结构框图；
[0039]
图2为本发明具体实施方式的一种燃料电池余热控制系统的控制流程图；
[0040]
标号说明：1、燃料电池；11、冷却液出口；12、冷却液入口；2、节温器；3、三通阀；4、余热利用板换；5、散热器；6、泵机；7、车舱散热部件。
具体实施方式
[0041]
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0042]
实施例一
[0043]
请参照图1，一种燃料电池余热控制系统包括燃料电池1、节温器2、三通阀3、余热利用板换4、散热器5以及泵机6；
[0044]
所述燃料电池的冷却液出口11和冷却液入口12；所述节温器包括散热出口和节温出口；所述余热利用板换包括热端进口和热端出口；所述散热器上设置有风扇；
[0045]
所述燃料电池的冷却液出口通过管道与节温器连通，并通过节温出口连通泵机连回冷却液入口；所述散热出口与三通阀连通，所述三通阀并联在余热利用板换的热端进口和热端出口上；所述热端出口与散热器连通并连回泵机。
[0046]
实施例二
[0047]
参照图2，一种燃料电池余热控制系统的控制方法，包括
[0048]
步骤1、根据燃料电池的运行状态获得目标入堆温度t
tgtin
；
[0049]
步骤2、采样当前实际入堆温度t
actin
；
[0050]
步骤3、计算温度误差e，计算公式为e＝t
actin-t
tgtin
；
[0051]
步骤4、判断温度误差e是否不为0；
[0052]
步骤5、节温器控制
[0053]
步骤501、查表节温器开度前馈值d
pre
；
[0054]
步骤502、根据pid算法计算节温器算法开度d
pid
；
[0055]
所述节温器算法开度d
pid
计算过程为：
[0056][0057]
其中，d
pid
为节温器算法开度；e温度误差；为k
p1
表示比例系数；k
i1
表示积分常数；i表示第i次采样；t表示采样次数；t表示采样周期；
[0058]
步骤503、根据d
pre
，d
pid
，d
de
得出节温器实际开度d，所述d
de
为节温器补偿值；所述节温器实际开度d的计算公式为：
[0059]
d＝d
pre
d
pid
d
de
[0060]
步骤504、判断节温器开度d是否大于阈值d
max
；
[0061]
步骤6、三通阀控制
[0062]
步骤601、查表三通阀开度前馈值wpre；
[0063]
步骤602、根据pid算法计算三通阀算法开度w
pid
；
[0064]
所述三通阀算法开度w
pid
计算过程为：
[0065][0066]
其中，e温度误差；为k
p2
表示比例系数；k
i2
表示积分常数；i表示第i次采样；t表示采样次数；t表示采样周期；
[0067]
步骤603、根据w
pre
，w
pid
，w
de
得出三通阀实际开度w，所述w
de
为三通阀补偿值；所述三通阀实际开度w的计算公式为：
[0068]
w＝w
pre
w
pid
w
de
[0069]
步骤604、判断三通阀开度w是否大于阈值w
max
；
[0070]
步骤605、查表获得节温器补偿值d
de
；
[0071]
步骤7、风扇控制
[0072]
步骤701、查表风扇占空比前馈值p
pre
；
[0073]
步骤702、根据pid算法计算风扇算法占空比p
pid
；
[0074]
所述风扇算法占空比p
pid
计算过程为：
[0075][0076]
其中，e温度误差；为k
p3
表示比例系数；k
i3
表示积分常数；i表示第i次采样；t表示采样次数；t表示采样周期；
[0077]
步骤703、根据p
pre
，p
pid
得出风扇实际占空比p；所述三通阀实际开度w的计算公式为：
[0078]
p＝p
pre
p
pid
；
[0079]
步骤704、查表获得节温器补偿值w
de
。
[0080]
实施例三
[0081]
一种车辆，包括实施例一所述的燃料电池余热控制系统和实施例二所述的控制方法。
[0082]
所述燃料电池余热控制系统的余热利用板换4的冷端和车舱散热部件7连通。
[0083]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。