车用燃料电池系统恒温控制研究.pdf

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1、A版车用燃料电池系统恒温控制研究施昕薛进营汪飞杰陈明(上海汽车集团股份有限公司，上海201804)【摘要】燃料电池运行温度易受到本身功率加减载、环境温度变化等影响。针对燃料电池运行温度变化的复杂性，设计了一种基于预测式智能PID算法的温控策略，该策略可较好地消除不确定因素对燃料电池运行温度的影响，运用在实际燃料电池系统中，可满足燃料电池散热需求和恒温温控目的。【Abstract】TheoperationtemperatureoffuelCellisliabletobeaffectedbyitsloadchanging，roo

2、mtemperaturefluctuationandotherreasons．ThepurposeofthisworkistodesignatemperaturecontrolstratagembasedonthePIDalgorithm，whichaimatthecomplexityoffuelcelloperationtem-perature．Thisstratagemcouldnotonlyavoidtheeffectofthoseuncertainsurroundingfuelcell，butal—SOsatisfy

3、thecoolingrequirementandconstanttemperaturecontrolinthepracticalapplication．【关键词】燃料电池汽车恒温控制doi：10．3969／j．issn．1007-4554．2015．11．O1后性大、非线性、复杂性等特点，很难建立一个精0引言确的数学模型。由于PEMFC系统功率输出的实时性，其对应的温度具有较大的滞后性，因此采用常规PID算法的温度控制会有很大的超调量且调推行质子交换膜燃料电池是节能减排的一项节时间长，对其控温并不稳定。针对这一问题，本重要举

4、措，也是一个热点研究方向。上汽投入研文建立了PEMFC热管理简化模型，设计了基于预发并在2015年做全国巡游活动的plug—in燃料测的智能PID算法的控制策略，利用该策略实现电池轿车就是使用该技术的典型示范。其中，质了PID参数的在线调整，达到控温的目的。子交换膜燃料电池的温度控制对其性能的好坏有本文研究的创新点在于将当前燃料电池的功非常大的影响。燃料电池工作时，40％～60％的率输出作为参照，对温度的变化进行预测，并且采废热必须排出，从而维持电池组工作温度的恒定。取措施进行提前控制，确保控温的精度。操作温度不仅影响催化剂

5、的活性、抗CO中毒能力，还对燃料电池内部环境的湿度值、内阻值、生成液态水量等造成影响，这些复杂的因素直接影1散热系统搭建响到燃料电池汽车的使用寿命。因此，燃料电池工作温度的精确控制就显得尤为重要。燃料电池热管理系统如图1所示。水路循环PEMFC的热管理系统具有实变性大、温度滞通过冷却水泵驱动，将电堆产生的热量带出。通收稿日期：2015—10—09上海汽车2015．11·3·上式可变为环节分离出来，当偏差小于一定范围内后，才加人r，，积分环节，而本算法在之前的“粗调”过程已经保Fpeed=K×(4)1Ⅲ一』atm，证了IEl在

6、较小的偏差值范围。随lEl的增大2．3PID控制偏量修正计算而减小，以消除系统的稳态误差，提高控制精度。预测控制量命令是散热控制的一个“粗调”，微分环节能反映偏差信号的变化趋势，并能在实际环境中影响温度的有很多细节因素(环境风偏差信号值变得过大之前加入一个修正信号，加快力、环境温度变化、风扇响应转速不稳等)，因此散系统的响应速度，减少超调时间，增强系统的稳定热控制偏量的修正是“精调”，保证受控温度的精性。它对干扰信号同样敏感，会使得系统抑制干扰度，而通过加入的PID算法正是“精调”手段。的能力下降。因此，在控制过程初期，当偏

7、差E较智能PID算法是在普通PID算法基础上自整大时，为避免偏差瞬间变大，造成微分溢出，取值定参数K、的算法。通过不同的IEl和IECI应该小些；在偏差较小时，综合考虑系统的抗振动能来在线自动确定K、K3个参量值，即力和系统响应速度，应使取值适当。M()=KeE()+∑：0E()+[E()一根据上面规则，可得到控制规则如表1、2所示。E(k一1)](5)式中：K=0，1，2⋯⋯为采样序号；(k)为第k次采表1Ki控制规则样时刻的计算机输出值；E()为第次采样时刻IEC1Il输入的偏差值；E(一1)为第(一1)次采样时刻0O．

8、51舵输入的偏差值；K为比例系数，积分系数K=OO．050．040．030．01K。，微分系数Kd=K／Ti10．04O．O30．O2O．01，=fa(IEl，lECI)20．030．O20．010．O1?【K=厂2(IEl，IcI)(6)3O．02O．010．01O．01：(IEI，IE