本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及一種電子節(jié)溫器的控制方法、電子節(jié)溫器的控制裝置及燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、質(zhì)子交換膜燃料電池合適的工作溫度一般為60℃～80℃，目前大部分燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)均采用了大小循環(huán)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)定小循環(huán)快速提升電堆溫度提高催化劑活性；設(shè)定大循環(huán)散熱以維持電堆工作在最佳溫度。此方案應(yīng)用過程中存在一個(gè)高低溫冷卻液混合的溫度控制階段。通過調(diào)節(jié)電子節(jié)溫器的開度，分配進(jìn)入電堆高低溫冷卻液的比例，使得電堆入口溫度保持在一個(gè)較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

2、現(xiàn)有技術(shù)一般采用設(shè)定溫度上下限的開環(huán)控制方法，存在電堆冷卻系統(tǒng)相關(guān)零部件頻繁啟停，電堆溫度波動(dòng)較大等問題。另外由于冷卻液溫度變化慢，采用pid閉環(huán)控制存在水溫控制明顯滯后的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種電子節(jié)溫器的控制方法、電子節(jié)溫器的控制裝置及燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)大小循環(huán)混合過程中電堆入口冷卻液溫度的平緩過渡。

2、作為本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種電子節(jié)溫器的控制方法，所述電子節(jié)溫器的控制方法包括：

3、步驟s1：實(shí)時(shí)獲取電堆出口冷卻液溫度、電堆入口冷卻液溫度、散熱器出口冷卻液溫度、環(huán)境溫度和電堆輸出功率；

4、步驟s2：根據(jù)所述電堆出口冷卻液溫度、所述環(huán)境溫度和所述電堆輸出功率計(jì)算出電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能；

5、步驟s3：根據(jù)所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能、電堆出口冷卻液溫度、電堆入口冷卻液溫度以及散熱器出口冷卻液溫度確定出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度，并控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述目標(biāo)開度。

6、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述電堆出口冷卻液溫度、所述環(huán)境溫度和所述電堆輸出功率計(jì)算出電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能，還包括：

7、步驟s21：開始；

8、步驟s22：判斷當(dāng)前電堆出口冷卻液溫度是否大于等于第二溫度界限值；若是，執(zhí)行步驟s23；若否，執(zhí)行步驟s25；

9、步驟s23：根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度查詢電堆最低輸出功率曲線，以得到電子節(jié)溫器開啟的電堆輸出功率下限值；

10、步驟s24：判斷當(dāng)前電堆輸出功率是否大于等于所述電子節(jié)溫器開啟的電堆輸出功率下限值；若是，執(zhí)行步驟s26；若否，執(zhí)行步驟s25；

11、步驟s25：判斷當(dāng)前電堆出口冷卻液溫度是否小于等于第一溫度界限值；若是，執(zhí)行步驟s28；若否，執(zhí)行步驟s27；

12、步驟s26：將所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能置1；

13、步驟s27：將所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能置2；

14、步驟s28：將所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能置0。

15、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能、電堆出口冷卻液溫度、電堆入口冷卻液溫度以及散熱器出口冷卻液溫度確定出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度，還包括：

16、步驟s31：當(dāng)所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能置0時(shí)，控制所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為零；

17、步驟s32：當(dāng)所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能置1時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度；

18、步驟s33：當(dāng)所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能置2時(shí)，控制所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度凍結(jié)，保持上一時(shí)刻值。

19、進(jìn)一步地，所述當(dāng)所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能置1時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度，其中，電子節(jié)溫器目標(biāo)開度的計(jì)算過程分為四個(gè)階段，分別為第一階段步驟s321、第二階段步驟s322、第三階段步驟s323和第四階段步驟s324，具體包括：

20、步驟s321：當(dāng)電堆出口冷卻液溫度上升至所述第二溫度界限值時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第一開度，并控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第一開度；其中，所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第一開度過程中，電堆出口冷卻液溫度不斷上升，當(dāng)電堆出口冷卻液溫度上升至第三溫度界限值時(shí)，將電子節(jié)溫器第一階段的控制完成標(biāo)志位置1；

21、步驟s322：當(dāng)電子節(jié)溫器第一階段的控制完成標(biāo)志位置1時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第二開度，并控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第二開度；其中，所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第二開度過程中，電堆入口冷卻液溫度不斷上升，電堆入口冷卻液溫度的變化率不斷降低；

22、當(dāng)電堆入口冷卻液溫度的變化率降低至零時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第三開度，并控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第三開度；其中，所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第三開度過程中，電堆出口冷卻液溫度不斷上升，當(dāng)電堆出口冷卻液溫度上升至第四溫度界限值時(shí)，將電子節(jié)溫器第二階段的控制完成標(biāo)志位置1；

23、步驟s323：當(dāng)電子節(jié)溫器第二階段的控制完成標(biāo)志位置1時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第四開度，并控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第四開度；其中，所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第四開度過程中，電堆入口冷卻液溫度不斷上升，電堆入口冷卻液溫度的變化率不斷降低；

24、當(dāng)電堆入口冷卻液溫度的變化率降低至零時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第五開度，并控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第五開度；其中，所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第五開度過程中，電堆出口冷卻液溫度不斷上升，當(dāng)電堆出口冷卻液溫度上升至第五溫度界限值時(shí)，將電子節(jié)溫器第三階段的控制完成標(biāo)志位置1；

25、步驟s324：當(dāng)電子節(jié)溫器第三階段的控制完成標(biāo)志位置1時(shí)，判斷電堆出口冷卻液溫度是否小于等于第六溫度界限值；

26、若電堆出口冷卻液溫度小于等于第六溫度界限值，則判斷電堆出口冷卻液溫度與散熱器出口冷卻液溫度之間的差值是否小于等于溫度差值閾值，若差值小于等于溫度差值閾值，則控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行最大開度；若差值大于溫度差值閾值，則根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第六開度，并控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第六開度；

27、若電堆出口冷卻液溫度大于第六溫度界限值，則控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行最大開度。

28、進(jìn)一步地，所述當(dāng)所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能置1時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度，還包括：

29、當(dāng)所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能置1時(shí)，采用預(yù)設(shè)的公式（1）分別計(jì)算出電子節(jié)溫器在各個(gè)階段的目標(biāo)開度，預(yù)設(shè)的公式（1）為：

30、

31、其中，指電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度，指小循環(huán)中冷卻液流量，指大循環(huán)中冷卻液流量，+，指經(jīng)過電子節(jié)溫器進(jìn)入電堆的總冷卻液流量；指電堆出口冷卻液溫度，指散熱器出口冷卻液溫度，指電堆入口冷卻液目標(biāo)溫度。

32、進(jìn)一步地，所述第一階段步驟s321，還包括：

33、步驟s3211：檢測(cè)電堆出口冷卻液溫度大于等于所述第二溫度界限值；

34、步驟s3212：設(shè)定電堆入口冷卻液目標(biāo)溫度，其中，為第一預(yù)期溫度，采用公式（1）計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第一開度；

35、步驟s3213：控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第一開度，并反饋電子節(jié)溫器的當(dāng)前實(shí)際開度；

36、步驟s3214：判斷電堆出口冷卻液溫度是否大于等于所述第三溫度界限值；若是，執(zhí)行步驟s3215；若否，返回至步驟s3213；

37、步驟s3215：將電子節(jié)溫器第一階段的控制完成標(biāo)志位置1。

38、進(jìn)一步地，所述第二階段步驟s322，還包括：

39、步驟s3221：檢測(cè)到電子節(jié)溫器第一階段的控制完成標(biāo)志位置1；

40、步驟s3222：根據(jù)當(dāng)前散熱器出口冷卻液溫度與電堆出口冷卻液溫度之間的差值查第一預(yù)設(shè)曲線以得到第二預(yù)期溫度；

41、步驟s3223：設(shè)定電堆入口冷卻液目標(biāo)溫度，采用公式（1）計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第二開度；

42、步驟s3224：控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第二開度，并反饋電子節(jié)溫器的當(dāng)前實(shí)際開度；

43、步驟s3225：實(shí)時(shí)獲取電堆入口冷卻液溫度的變化率，判斷所述電堆入口冷卻液溫度的變化率是否小于等于零；若是，執(zhí)行步驟s3226；若否，返回至步驟s3224；

44、步驟s3226：設(shè)定電堆入口冷卻液目標(biāo)溫度，其中，為第三預(yù)期溫度；采用公式（1）計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第三開度；

45、步驟s3227：控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第三開度，并反饋電子節(jié)溫器的當(dāng)前實(shí)際開度；

46、步驟s3228：判斷電堆出口冷卻液溫度是否大于等于所述第四溫度界限值；若是，執(zhí)行步驟s3229；若否，返回至步驟s3227；

47、步驟s3229：將電子節(jié)溫器第二階段的控制完成標(biāo)志位置1。

48、進(jìn)一步地，所述第三階段步驟s323，還包括：

49、步驟s3231：檢測(cè)到電子節(jié)溫器第二階段的控制完成標(biāo)志位置1；

50、步驟s3232：根據(jù)當(dāng)前散熱器出口冷卻液溫度與電堆出口冷卻液溫度之間的差值查第二預(yù)設(shè)曲線以得到第四預(yù)期溫度；

51、步驟s3233：設(shè)定電堆入口冷卻液目標(biāo)溫度，采用公式（1）計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第四開度；

52、步驟s3234：控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第四開度，并反饋電子節(jié)溫器的當(dāng)前實(shí)際開度；

53、步驟s3235：實(shí)時(shí)獲取電堆入口冷卻液溫度的變化率，判斷所述電堆入口冷卻液溫度的變化率是否小于等于零；若是，執(zhí)行步驟s3236；若否，返回執(zhí)行步驟s3234；

54、步驟s3236：設(shè)定電堆入口冷卻液目標(biāo)溫度，其中，為第五預(yù)期溫度；采用公式（1）計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第五開度；

55、步驟s3237：控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第五開度，并反饋電子節(jié)溫器的當(dāng)前實(shí)際開度；

56、步驟s3238：判斷電堆出口冷卻液溫度是否大于等于所述第五溫度界限值；若是，執(zhí)行步驟s3239；若否，返回執(zhí)行步驟s3237；

57、步驟s3239：將電子節(jié)溫器第三階段的控制完成標(biāo)志位置1。

58、進(jìn)一步地，所述第四階段步驟s324，還包括：

59、步驟s3241：檢測(cè)到電子節(jié)溫器第三階段的控制完成標(biāo)志位置1；

60、步驟s3242：判斷電堆出口冷卻液溫度是否小于等于所述第六溫度界限值；若是，執(zhí)行步驟s3243；若否，執(zhí)行步驟s3246；

61、步驟s3243：計(jì)算電堆出口冷卻液溫度與散熱器出口冷卻液溫度之間的差值，判斷其是否小于等于所述溫度差值閾值；若是，執(zhí)行步驟s3246；若否，執(zhí)行步驟s3244；

62、步驟s3244：設(shè)定電堆入口冷卻液目標(biāo)溫度，其中，為第六預(yù)期溫度；采用公式（1）計(jì)算出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度為第六開度；

63、步驟s3245：控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述第六開度，并反饋電子節(jié)溫器的當(dāng)前實(shí)際開度；

64、步驟s3246：控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行最大開度。

65、作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種電子節(jié)溫器的控制裝置，用于實(shí)現(xiàn)前文所述的電子節(jié)溫器的控制方法，所述電子節(jié)溫器的控制裝置包括：

66、獲取模塊，用于實(shí)時(shí)獲取電堆出口冷卻液溫度、電堆入口冷卻液溫度、散熱器出口冷卻液溫度、環(huán)境溫度和電堆輸出功率；

67、計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述電堆出口冷卻液溫度、所述環(huán)境溫度和所述電堆輸出功率計(jì)算出電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能；

68、確定模塊，用于根據(jù)所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度控制使能、電堆出口冷卻液溫度、電堆入口冷卻液溫度以及散熱器出口冷卻液溫度確定出所述電子節(jié)溫器的目標(biāo)開度，并控制所述電子節(jié)溫器執(zhí)行所述目標(biāo)開度。

69、作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，包括：電堆、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、電子水泵、電子節(jié)溫器、第三溫度傳感器、散熱器、冷卻風(fēng)扇、燃料電池控制單元、電壓傳感器、電流傳感器以及環(huán)境溫度傳感器，所述燃料電池控制單元通過電線束分別與所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、電子水泵、電子節(jié)溫器、第三溫度傳感器、冷卻風(fēng)扇、電壓傳感器、電流傳感器以及環(huán)境溫度傳感器相連接，所述燃料電池控制單元包括前文所述的電子節(jié)溫器的控制裝置，電堆出口的冷卻液經(jīng)所述電子水泵泵送，一路流經(jīng)電子節(jié)溫器輸回到電堆的入口處，稱為小循環(huán)，小循環(huán)中的冷卻液為高溫冷卻液；另一路經(jīng)過所述散熱器和冷卻風(fēng)扇散熱后流經(jīng)所述電子節(jié)溫器輸送到所述電堆的入口處，稱為大循環(huán)，大循環(huán)中的冷卻液為低溫冷卻液；所述燃料電池控制單元控制所述電子節(jié)溫器的開度，以分配高溫冷卻液和低溫冷卻液進(jìn)入所述電堆的比例；

70、所述第一溫度傳感器設(shè)置在所述電堆的出口，用于檢測(cè)電堆出口冷卻液溫度；所述第二溫度傳感器設(shè)置在所述電堆的入口，用于檢測(cè)電堆入口冷卻液溫度；所述第三溫度傳感器設(shè)置在所述散熱器的出口，用于檢測(cè)散熱器出口冷卻液溫度；所述環(huán)境溫度傳感器用于檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境溫度；所述電壓傳感器用于檢測(cè)電堆輸出電壓，所述電流傳感器用于檢測(cè)電堆輸出電流，所述燃料電池控制單元能夠根據(jù)所述電堆輸出電壓和所述電堆輸出電流計(jì)算出所述電堆輸出功率。

71、本發(fā)明提供的電子節(jié)溫器的控制方法，具有以下有益效果：

72、（1）相較于純開環(huán)上下限控制，設(shè)定溫度滯回區(qū)間，并綜合考慮當(dāng)前電堆產(chǎn)熱速率和環(huán)境散熱速率，避免電子節(jié)溫器頻繁開啟關(guān)閉，造成電堆入口冷卻液溫度劇烈波動(dòng)；

73、（2）電子節(jié)溫器分段式開啟，采用小開度與大開度的輪換交替打開。通過多次執(zhí)行大開度快速混合高低溫冷卻液，保證電堆入口冷卻液溫度只發(fā)生微小波動(dòng)，并在每次大開度執(zhí)行完畢后切換至小開度，進(jìn)一步消除溫度波動(dòng)以實(shí)現(xiàn)快速均勻升溫。