[发明专利]一种基于复合PID控制器的燃料电池电堆主动控温装置

权利要求书

1.一种基于复合PID控制器的燃料电池电堆主动控温装置，其特征在于，包括双面监测装置、CPU、模数转换模块、电源模块、控制器和上位机，双面监测装置的中间、与燃料电池电堆活性区域对应的区域为双面监测区，双面监测装置上延伸出燃料电池电堆区域的一端设有温度信号采集端口和电流信号采集端口，另一端设有温度控制端口；所述双面监测装置设置于任意相邻两片燃料电池单元之间；

所述双面监测区由多个阵列排布的监测单元组成，各监测单元包括自上而下依次设置的顶层敷铜镀金分区、顶层温度信号采集层、顶层加热层、顶层电流信号采集层、内层敷铜分区、底层电流信号采集层、底层加热层、底层温度信号采集层和底层敷铜镀金分区；相邻监测单元的顶层敷铜镀金分区相互电气隔离，相邻监测单元的底层敷铜镀金分区相互电气隔离；

所述顶层敷铜镀金分区和底层敷铜镀金分区均设有温度采集点和金属化过孔；

所述顶层温度信号采集层和底层温度信号采集层内均埋有线电阻和走线；顶层温度信号采集层中的线电阻位于顶层敷铜镀金分区中温度采集点的下方，线电阻两端第k次采样周期的温度电压信号经顶层温度信号采集层内的走线、温度信号采集端口传输至模数转换模块；底层温度信号采集层中的线电阻位于底层敷铜镀金分区中温度采集点的上方，线电阻两端第k次采样周期的温度电压信号经底层温度信号采集层内的走线、温度信号采集端口传输至模数转换模块；

所述顶层电流信号采集层和底层电流信号采集层内均埋有采样电阻和走线；顶层电流信号采集层内的采样电阻通过导线分别与顶层敷铜镀金分区的金属化过孔和内层敷铜分区连接，采样电阻两端第k次采样周期的电流电压信号经顶层电流信号采集层内的走线、电流信号采集端口传输至模数转换模块；底层电流信号采集层内的采样电阻通过导线分别与底层敷铜镀金分区的金属化过孔和内层敷铜分区连接，采样电阻两端第k次采样周期的电流电压信号经底层电流信号采集层内的走线、电流信号采集端口传输至模数转换模块；

所述顶层加热层和底层加热层内均埋有加热电阻和走线，所述电源模块包括电压源和个数为监测单元个数两倍的可调电阻，电压源经可调电阻、温度控制端口、走线连接至对应监测单元的加热电阻两端；

所述控制器包括第一PID控制器、第二PID控制器和模糊控制器；

所述第k次采样周期的温度电压信号和第k次采样周期的电流电压信号经模数转换模块处理为第k次采样周期的温度信号T(k)和第k次采样周期的电流信号后，传输至CPU存储，CPU将温度信号和电流信号上传至上位机进行显示和分析；上位机发送第k次采样周期的预设温度T_set(k)的命令至CPU，CPU计算并存储第k次采样周期的预设温度T_set(k)与温度信号T(k)的偏差e(k)及偏差变化率ec(k)：

e(k)＝T_set(k)-T(k)

其中，e(k-1)为第k-1次采样周期的偏差；T_s为采样周期；

CPU将第k次采样周期的偏差e(k)与偏差阈值e₀进行比较：

若e(k)＞e₀，则将存储的偏差e(j),j＝1,2,...,k和偏差变化率ec(k)传输至控制器中的第一PID控制器进行控制处理，获得第k次采样周期的输出量u(k)：

其中，k_p为预设的比例系数；k_i为预设的积分系数；k_d为预设的微分系数；

若e(k)≤e₀，则将存储的偏差e(j),j＝1,2,...,k和偏差变化率ec(k)传输至控制器中的第二PID控制器，将偏差e(k)和偏差变化率ec(k)作为输入变量传输至模糊控制器，模糊控制器根据偏差e(k)和偏差变化率ec(k)分别在k_p'、k_i'、k_d'的模糊控制规则表中查询，获得输出量k_p'、k_i'和k_d'，经去模糊化处理后，控制第二PID控制器，进而获得第k次采样周期的输出量u(k)'：

其中，k_p'为整定后比例系数；k_i'为整定后积分系数；k_d'为整定后微分系数；NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中和正大；

k_p'的模糊控制规则表

k_i'的模糊控制规则表

k_d'的模糊控制规则表

控制器输出的输出量u(k)或u(k)'控制电源模块中对应可调电阻的阻值。