质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法及装置，能够根据质子交换膜燃料电池的实时运行状态，通过质子交换膜燃料电池的电压、电流、温度、浮动内阻以及所有单体电压方差等，在线预测质子交换膜燃料电池可输出的最大功率，并对其拉载功率进行控制，以提高质子交换膜燃料电池的运行性能与使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法及装置
本专利技术涉及燃料电池
，更具体地说，涉及一种质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法及装置。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是以氢为燃料直接在电池内部发生化学反应，是一种将化学能转化为电能的电化学装置，反应生成物只有水，具有高效和清洁等突出的优点。质子交换膜燃料电池以其反应温度低、功率密度高和动态响应速度快等优点，在交通运输领域具有广泛的应用。质子交换膜燃料电池的运行性能与使用寿命在大规模商业化应用过程中显得至关重要。而，在质子交换膜燃料电池使用过程中，不当的功率拉载，如拉载过度会对质子交换膜燃料电池的性能和寿命造成影响。因此，为了提升质子交换膜燃料电池的运行性能与使用寿命，需要时刻掌握质子交换膜燃料电池在允许范围内可输出的最大功率，并对拉载功率加以控制，避免因拉载过度对质子交换膜燃料电池造成损害，影响其寿命与运行性能。那么，如何提供一种质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，为解决上述问题，本专利技术提供一种质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法及装置，技术方案如下：一种质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法，所述在线预测控制方法包括：获取质子交换膜燃料电池在不同温度和不同电流下的电压值；计算所述质子交换膜燃料电池在不同运行状态下的浮动内阻；依据当前所述质子交换膜燃料电池所有单体电压方差，计算当前状态下所述质子交换膜燃料电池的电压下限值；依据所述电压下限值、所述浮动内阻以及当前温度值，计算所述质子交换膜燃料电池可输出的最大电流值；依据所述最大电流值、所述当前温度值、所述浮动内阻以及所述不同温度和不同电流下的电压值，预测得到所述质子交换膜燃料电池的最大输出功率。可选的，在上述在线预测控制方法中，所述在线预测控制方法还包括：将所述最大输出功率作为当前所述质子交换膜燃料电池拉载功率的上限值，进行所述质子交换膜燃料电池的拉载控制。可选的，在上述在线预测控制方法中，所述计算所述质子交换膜燃料电池在不同运行状态下的浮动内阻，包括：采集所述质子交换膜燃料电池的当前电压值、当前电流值和当前温度值；依据所述当前电流值和所述当前温度值，根据所述质子交换膜燃料电池在不同温度和不同电流下电压值的对应关系，获得所述质子交换膜燃料电池的实验测量电压值；依据所述当前电压值、所述实验测量电压值和所述当前电流值，结合欧姆定律，对所述质子交换膜燃料电池的内阻进行修正，得到所述浮动内阻。可选的，在上述在线预测控制方法中，所述依据当前所述质子交换膜燃料电池所有单体电压方差，计算当前状态下所述质子交换膜燃料电池的电压下限值，包括：依据当前所述质子交换膜燃料电池所有单体电压方差，利用正态分布特征，计算当前状态下所述质子交换膜燃料电池的电压下限值。一种质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制装置，所述在线预测控制装置包括：数据获取模块，用于获取质子交换膜燃料电池在不同温度和不同电流下的电压值；第一计算模块，用于计算所述质子交换膜燃料电池在不同运行状态下的浮动内阻；第二计算模块，用于依据当前所述质子交换膜燃料电池所有单体电压方差，计算当前状态下所述质子交换膜燃料电池的电压下限值；第三计算模块，用于依据所述电压下限值、所述浮动内阻以及当前温度值，计算所述质子交换膜燃料电池可输出的最大电流值；在线预测模块，用于依据所述最大电流值、所述当前温度值、所述浮动内阻以及所述不同温度和不同电流下的电压值，预测得到所述质子交换膜燃料电池的最大输出功率。可选的，在上述在线预测控制装置中，所述在线预测控制装置还包括：功率控制模块，用于将所述最大输出功率作为当前所述质子交换膜燃料电池拉载功率的上限值，进行所述质子交换膜燃料电池的拉载控制。可选的，在上述在线预测控制装置中，所述第一计算模块，具体用于：采集所述质子交换膜燃料电池的当前电压值、当前电流值和当前温度值；依据所述当前电流值和所述当前温度值，根据所述质子交换膜燃料电池在不同温度和不同电流下电压值的对应关系，获得所述质子交换膜燃料电池的实验测量电压值；依据所述当前电压值、所述实验测量电压值和所述当前电流值，结合欧姆定律，对所述质子交换膜燃料电池的内阻进行修正，得到所述浮动内阻。可选的，在上述在线预测控制装置中，所述第二计算模块，具体用于：依据当前所述质子交换膜燃料电池所有单体电压方差，利用正态分布特征，计算当前状态下所述质子交换膜燃料电池的电压下限值。相较于现有技术，本专利技术实现的有益效果为：本专利技术提供的一种质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法，能够根据质子交换膜燃料电池的实时运行状态，通过质子交换膜燃料电池的电压、电流、温度、浮动内阻以及所有单体电压方差等，在线预测质子交换膜燃料电池可输出的最大功率，并对其拉载功率进行控制，以提高质子交换膜燃料电池的运行性能与使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法的一种流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法的另一种流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的质子交换膜燃料电池最大功率的预测与控制效果示意图；图4为本专利技术实施例提供的质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制装置的一种结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制装置的另一种结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在专利CN109921072A中，公开了一种质子交换膜燃料电池输出功率的预测控制方法，该专利技术对质子交换膜燃料电池的状态空间离散模型选取控制变量等相关变量，将带约束的预测控制问题转化为受限优化问题，最后，基于二次规划的最优控制率对输出功率进行MPC控制。但是，该方法侧重于数学优化，未直接考虑影响质子交换膜燃料电池可输出功率的运行状态因素，如质子交换膜燃料电池的电池电压、电流、温度和内阻等，具有一定的局限性。并且，文章《基于质子交换膜燃料电池特性的控制研究》，是基于质子交换膜燃料电池的神经网络模型，设计了神经网络预测控制方案控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法，其特征在于，所述在线预测控制方法包括：/n获取质子交换膜燃料电池在不同温度和不同电流下的电压值；/n计算所述质子交换膜燃料电池在不同运行状态下的浮动内阻；/n依据当前所述质子交换膜燃料电池所有单体电压方差，计算当前状态下所述质子交换膜燃料电池的电压下限值；/n依据所述电压下限值、所述浮动内阻以及当前温度值，计算所述质子交换膜燃料电池可输出的最大电流值；/n依据所述最大电流值、所述当前温度值、所述浮动内阻以及所述不同温度和不同电流下的电压值，预测得到所述质子交换膜燃料电池的最大输出功率。/n

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池最大功率的在线预测控制方法，其特征在于，所述在线预测控制方法包括：
获取质子交换膜燃料电池在不同温度和不同电流下的电压值；
计算所述质子交换膜燃料电池在不同运行状态下的浮动内阻；
依据当前所述质子交换膜燃料电池所有单体电压方差，计算当前状态下所述质子交换膜燃料电池的电压下限值；
依据所述电压下限值、所述浮动内阻以及当前温度值，计算所述质子交换膜燃料电池可输出的最大电流值；
依据所述最大电流值、所述当前温度值、所述浮动内阻以及所述不同温度和不同电流下的电压值，预测得到所述质子交换膜燃料电池的最大输出功率。


2.根据权利要求1所述的在线预测控制方法，其特征在于，所述在线预测控制方法还包括：
将所述最大输出功率作为当前所述质子交换膜燃料电池拉载功率的上限值，进行所述质子交换膜燃料电池的拉载控制。


3.根据权利要求1所述的在线预测控制方法，其特征在于，所述计算所述质子交换膜燃料电池在不同运行状态下的浮动内阻，包括：
采集所述质子交换膜燃料电池的当前电压值、当前电流值和当前温度值；
依据所述当前电流值和所述当前温度值，根据所述质子交换膜燃料电池在不同温度和不同电流下电压值的对应关系，获得所述质子交换膜燃料电池的实验测量电压值；
依据所述当前电压值、所述实验测量电压值和所述当前电流值，结合欧姆定律，对所述质子交换膜燃料电池的内阻进行修正，得到所述浮动内阻。


4.根据权利要求1所述的在线预测控制方法，其特征在于，所述依据当前所述质子交换膜燃料电池所有单体电压方差，计算当前状态下所述质子交换膜燃料电池的电压下限值，包括：
依据当前所述质子交换膜燃料电池所有单体电压方差，利用正态分布特征，计算当前状态下所述质子交换膜燃料电池的电压下限值。
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【专利技术属性】
技术研发人员：周守玉，侯中军，蔡俊，夏增刚，温国华，
申请(专利权)人：上海捷氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31