一种客车用燃料电池低温冷启动控制方法及系统与流程
1.本发明属于启动控制技术领域，尤其涉及一种客车用燃料电池低温冷启动控制方法及系统。
背景技术：
2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.燃料电池客车作为一种新能源客车，以其化学反应转化率高、比功率高、尾排物清洁无污染，赢得了众多学者和企业的支持，因此市场前景广阔。
4.然而，发明人发现，燃料电池客车的应用区域范围较广，难免在极寒工况下运行，当燃料电池在温度较低的环境时，阴极产生的水容易在0℃以下冻结成冰，阻塞气体流通进而影响电堆反应的进行，导致电堆在低温下启动失败。
技术实现要素：
5.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种客车用燃料电池低温冷启动控制方法及系统，增加辅助加热装置ptc，引用功率控制策略，通过设定燃料电池最大功率，对启动功率进行实时控制，解决燃料电池在极寒环境下无法快速启动问题，确保燃料电池能够在加热状态下正常启机的同时，提升启机控制策略，保证燃料电池在启动过程中的快速性和高效性。
6.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：本发明第一方面提供了一种客车用燃料电池低温冷启动控制方法；一种客车用燃料电池低温冷启动控制方法，包括：燃料电池接收到开机信号后，根据冷却液温度值与预设目标温度值的比较结果，判断是否进行冷启动；冷启动下，开启小循环模式，辅助加热装置ptc持续加热冷却液，直到冷却液温度值升至预设目标温度值，则进行热开机；在加热冷却液的过程中，采用遇限削弱积分法的pid位置算法，将燃料电池的实际功率控制在最大功率内。
7.进一步的，燃料电池接收到开机信号后，先进行系统有无故障的自检操作，若检测到系统故障，则关机。
8.进一步的，所述小循环模式是冷却液温度较低时，从电堆出来的冷却液不经过散热器，直接经过节温器和辅助加热装置ptc返回电堆。
9.进一步的，所述冷却液温度值，是电堆出口处的冷却液温度值；在冷却液回路的电堆入口处和出口处设置两个温度传感器，监测电堆入口处和出口处的冷却液温度值。
10.进一步的，若冷却液温度值低于预设目标温度值，且无系统故障，则进行冷启动；
若冷却液温度值高于预设目标温度值，且无系统故障时，则进行热开机。
11.进一步的，开启节温器、冷却液水泵和辅助加热装置ptc，对冷却液进行持续加热。
12.进一步的，所述节温器接收两个温度传感器传过来的实时温度值，判断是否进行小循环加热；所述冷却液水泵的转速由电堆出口处冷却液的实际温度值与预设目标温度值的温差决定。
13.进一步的，所述遇限削弱积分法的pid位置算法，根据上一时刻的功率值与设定的最大功率值的比较结果，功率过高时，则当前功率值的计算，不再进行积分项的累计，只累计负偏差。本发明第二方面提供了一种客车用燃料电池低温冷启动控制系统。
14.一种客车用燃料电池低温冷启动控制系统，包括温度比较单元和冷启动单元；温度比较单元，被配置为：燃料电池接收到开机信号后，根据冷却液温度值与预设目标温度值的比较结果，判断是否进行冷启动；冷启动单元，包括加热单元和功率控制单元；加热单元被配置为：冷启动模式下，辅助加热装置ptc持续加热冷却液，直到冷却液温度值升至预设目标温度值，则进行热开机；功率控制单元被配置为：在加热冷却液的过程中，采用遇限削弱积分法的pid位置算法，将燃料电池的实际功率控制在最大功率内。
15.进一步的，还包括自检单元，用于燃料电池接收到开机信号后，对系统进行有无故障的自检操作，若检测到系统故障，则关机。
16.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本发明考虑到燃料电池在低温冷启动时启动速度较慢，在原有结构上增加了辅助加热装置，但结构上的改进对于启动速度影响效果有限，因此引用了功率控制策略，通过设定燃料电池最大功率，利用该策略对启动功率进行实时控制，尽量将实际功率控制在最大功率以内，有利于维持燃料电池的快速响应。
17.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
19.图1为第一个实施例的方法流程图。
20.图2为第一个实施例的燃料电池冷冻液回路图。
21.图3为第二个实施例的系统结构图。
具体实施方式
22.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
23.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
24.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.针对燃料电池在极寒环境下无法快速启动问题，本发明提出的一种车载燃料电池低温冷启动控制方法及系统，在电堆阴极产生结冰现象后，辅助加热装置对冷却液进行加热，使得电堆温度保持在0℃以上，维持燃料电池的正常运行，实现电堆在低温下快速冷启动；除了对燃料电池冷却液回路进行必要的加热以外，低温环境下的功率控制策略也是实现快速冷启动的重要方法。
26.实施例一本实施例公开了一种客车用燃料电池低温冷启动控制方法；如图1所示，一种客车用燃料电池低温冷启动控制方法，包括：步骤一、燃料电池接收到开机信号后，根据冷却液温度值与预设目标温度值的比较结果，判断是否进行冷启动；整车高压就绪且无故障时，发送燃料电池使能信号fc_on至燃料电池，燃料电池在接收到开机信号后进入自检模式，进而判断系统有无故障；若检测到系统故障，燃料电池则进入关机状态。
27.在冷却液回路的电堆入口处和出口处设置两个温度传感器，监测电堆入口处和出口处的冷却液温度值,通过判断出口处的冷却液温度值是否达到预设目标温度值，判断燃料电池是否需要开启冷启动模式。
28.若检测到电堆出口处的冷却液温度值低于预设目标温度值且无系统故障时，进入冷启动阶段；若冷却液温度值高于预设目标温度值且无系统故障时，进入热开机阶段。
29.预设目标温度值，通常是设定的燃料电池可开机的温度门限值。
30.步骤二、冷启动模式下，辅助加热装置ptc持续加热冷却液，直到冷却液温度值升至预设目标温度值，则进行热开机；在加热冷却液的过程中，采用遇限削弱积分法的pid位置算法，将燃料电池的实际功率控制在最大功率内。
31.如图2所示，通过节温器判断是否开启小循环模式，若处于小循环，则开启节温器、冷却液水泵和辅助加热装置ptc，，对冷却液进行持续加热，同时开启氢气路、空气路和水路；所述小循环模式是冷却液温度较低时，从电堆出来的冷却液不经过散热器，直接经过节温器和辅助加热装置ptc返回电堆，避免了散热系统带来的损失，能够对电堆起到快速加热的作用；所述水路，是冷却液的回路。
32.所述节温器接收温度传感器传过来的实时温度值，进而判断是否需要进行小循环，当燃料电池处于小循环时，ptc加热小循环管路中的冷却液；所述冷却液水泵的转速由电堆出口处冷却液的实际温度值与预设目标温度值的
温差决定。
33.打开氢气路进气阀的控制开关，氢气进入氢管路，通过氢气比例阀开度控制进气量，氢气循环泵根据氢气路的实时压力值调节其转速大小；空气路的节气门开度和空压机相关，节气门的开度大小和空压机的转速高低，决定了空气路的空气流量；辅助加热装置ptc持续加热将冷却液温度值升至预设目标温度值。
34.当检测到电堆出口处冷却液的温度值达到预设目标温度值后，同时判定电堆出入口的冷却液温差在可允许范围内后，关闭ptc加热模式，进入热开机流程。
35.冷启动过程中，采用功率控制策略，随着电流的增加，氢气、空气的需求量也随之增加，从而引起燃料电池的电压下降；所以，燃料电池具有一个最大电流，超过最大电流时会造成燃料电池的性能衰减，此时最大电流对应的功率也就是电堆的最大功率值。
36.功率控制策略，采用遇限削弱积分法的pid位置算法，实现对功率的实时闭环控制。
37.设燃料电池最大功率值为p
max
，燃料电池此刻的功率值为p(k)，在计算p(k）时，判断上一时刻的功率值p(k-1）是否大于p
max
；若大于p
max
，则不再进行积分项的累计，只累计负偏差；若小于等于p
max
，则进行正常的pid控制，具体为：计算k-1时刻的功率值p(k-1)：
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)根据k-1时刻的功率值与设定的最大功率值的比较结果，分别计算k时刻的功率：如果，则：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)如果, 则：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，燃料电池最大功率值为p
max
，p(k）、p(k-1)为燃料电池k、k-1时刻的功率值，k
p
、ki、kd分别为比例、微分、积分系数，i(k)、i(k-1)、i(k-2)为第k、k-1、k-2时刻的电流值。
38.此策略控制功率不超过最大功率，通过控制电流值来实现，使用该方法能够控制实际功率在最大功率附近浮动，避免在最大功率处有较大的超调量，有利于冷启动时的快速响应和维护燃料电池寿命。
39.实施例二本实施例公开了一种客车用燃料电池低温冷启动控制系统；如图2所示，一种客车用燃料电池低温冷启动控制系统，包括温度比较单元和冷启动单元；温度比较单元，被配置为：燃料电池接收到开机信号后，根据冷却液温度值与预设目标温度值的比较结果，判断是否进行冷启动；冷启动单元，包括加热单元和功率控制单元；
加热单元被配置为：冷启动模式下，辅助加热装置ptc持续加热冷却液，直到冷却液温度值升至预设目标温度值，则进行热开机；功率控制单元被配置为：在加热冷却液的过程中，采用遇限削弱积分法的pid位置算法，将燃料电池的实际功率控制在最大功率内。
40.还包括自检单元，用于燃料电池接收到开机信号后，对系统进行有无故障的自检操作，若检测到系统故障，则关机。
41.本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开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，本公开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。
42.本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。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、嵌入式处理机或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。
43.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。
44.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。
45.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
46.上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
