[发明专利]燃料电池系统的PID控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池系统的PID控制方法，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、用于向所述燃料电池堆供应氢气的供氢系统、用于向所述燃料电池堆供应空气的供气系统和用于对所述燃料电池堆进行冷却的冷却系统，其特征在于，所述燃料电池系统的PID控制方法包括：

构建燃料电池的理论数据库，所述理论数据库包括功率参数以及与所述功率参数对应的冷却液温度参数、氢气流量参数和空气流量参数；

获取燃料电池的理论参数值以及与所述理论参数值对应的实际参数值，并计算所述实际参数值与理论参数值的偏差值，所述理论参数值为冷却液温度值、氢气流量值和空气流量值中的任意一种；

将所述偏差值输入至预设的PID控制算法，以计算出燃料电池的控制量；

根据所述控制量控制对应的执行机构调整输入至燃料电池的冷却液温度、氢气流量或空气流量，所述执行机构为冷却系统、供氢系统或供气系统；

所述PID控制算法的表达式为：

其中，u(k)为控制量，e(k)为第k次采样的差值，e(k-1)为第k-1次采样的差值，f[e(k)]为变速积分系数；k_p、k_i、k_d分别为比例系数、积分系数、微分系数；T为采样周期，m为积分分离项系数，n为抗积分饱和项累加系数，j为计算累加算子。

2.根据权利要求1所述的PID控制方法，其特征在于，若所述偏差值的绝对值小于等于最大偏差允许值，则m＝1；若所述偏差值的绝对值大于最大偏差允许值，则m＝0，

其中，最大偏差允许值为积分分离阀值。

3.根据权利要求2所述的PID控制方法，其特征在于，若u(k-1)的绝对值小于等于控制算法的最大控制量，则n＝1；若u(k-1)的绝对值大于控制算法的最大控制量，则n＝0，

其中，最大控制量为与实际输入参数值对应的冷却液最高温度上限值、氢气最大流量上限值和空气最大流量上限值中的一种。

4.根据权利要求3所述的PID控制方法，其特征在于，其中f[e(k)]的表达式为：

其中，A和B为变速积分区间参数。

5.根据权利要求4所述的PID控制方法，其特征在于，若u(k)的绝对值小于等于A，则f[e(k)]＝1；若u(k)的绝对值大于A，且小于等于A+B，则若u(k)的绝对值大于A+B，则f[e(k)]＝0。

6.根据权利要求5所述的PID控制方法，其特征在于，所述最大偏差允许值≥A+B。

7.根据权利要求1所述的PID控制方法，其特征在于，所述冷却系统包括散热风扇，若所述控制量大于第一预设阈值的上限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S+S·c1(k)/r1(k)；若所述控制量小于第一预设阈值的下限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S-S·c1(k)/r1(k)；若所述控制量大于第一预设阈值的下限值，且小于第一预设阈值的上限值，则所述散热风扇的转速PWM值为S(k)＝S；

其中，r1(k)为特定工况下燃料电池的冷却液的理论输入温度值，c1(k)为燃料电池的冷却液的实际输入温度值，S为散热风扇的参考PWM值。

8.根据权利要求1所述的PID控制方法，其特征在于，所述供氢系统包括供氢比例阀，若所述控制量大于第二预设阈值的上限，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q-Q·c2(k)/r2(k)；若所述控制量小于第二预设阈值的下限，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q+Q·c2(k)/r2(k)；若所述控制量大于第二预设阈值的下限值，且小于第二预设阈值的上限值，则所述供氢比例阀开度PWM值为Q(k)＝Q；

其中，r2(k)为特定工况下燃料电池的理论氢气输入流量值，c2(k)为燃料电池的实际氢气输入流量值，Q为供氢比例阀开度的参考PWM值。

9.根据权利要求1所述的PID控制方法，其特征在于，所述供气系统包括空压机，若所述控制量大于第三预设阈值的上限，则所述空压机转速值为P(k)＝P-P·c3(k)/r3(k)；若所述控制量小于第三预设阈值的下限，则所述空压机转速值为P(k)＝P+P·c3(k)/r3(k)；若所述控制量大于第三预设阈值的下限值，且小于第三预设阈值的上限值，则所述空压机的转速值为P(k)＝P；

其中，r3(k)为特定工况下燃料电池的理论空压机转速输入值，c3(k)为燃料电池的实际空压机转速输入值，Q为空压机的参考转速值。