【技术实现步骤摘要】
一种基于模型预测控制的燃料电池控制方法和系统
本专利技术涉及燃料电池控制领域，尤其是涉及一种基于模型预测控制的燃料电池控制方法和系统。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量密度高、效率高、工作温度低、零排放等优点，是未来新能源汽车的理想动力源之一。燃料电池的正常工作需要充足的反应气体供应、合适的温度和湿度等条件，为了满足这些条件，燃料电池电堆需要与辅助系统协同工作。燃料电池辅助系统主要包括氢气供给系统、空气供给系统、水管理系统、热管理系统和功率控制系统。空气供给系统是燃料电池关键的辅助系统之一，一方面空气供给系统的时滞是导致燃料电池动态响应慢的主要因素，另一方面空压机消耗的功率占辅助系统消耗功率的大部分，影响系统的效率，此外，空压机喘振及阻塞等约束对燃料电池系统的安全工作具有重要影响。多种控制方法都被应用于燃料电池空气供给系统的控制，包括：PID控制、模糊控制、滑模控制及模型预测控制等。这些策略还存在以下问题：(1)空气供给系统的首要控制目标是保证充足的空气供应；从系统的效率出发，需要将过氧比控制在合理...
【技术保护点】
1.一种基于模型预测控制的燃料电池控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：获取控制所需数据，该控制所述数据包括燃料电池系统需求功率、空压机转速、空压机出口压力、燃料电池温度、燃料电池阴极入口气体压力、燃料电池阴极出口气体压力、燃料电池电压和燃料电池电流；/nS2：判断所述控制所需数据是否接收完整，若是则执行步骤S3，否则执行步骤S1；/nS3：根据所述空压机出口压力和燃料电池电压，对所述燃料电池的内部状态进行估计，获取状态估计结果，所述内部状态包括燃料电池阴极压力和阴极氧气分压；/nS4：基于所述状态估计结果，采用模型预测控制算法计算空压机目标出口流量和燃料电池目标电...
【技术特征摘要】
1.一种基于模型预测控制的燃料电池控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取控制所需数据，该控制所述数据包括燃料电池系统需求功率、空压机转速、空压机出口压力、燃料电池温度、燃料电池阴极入口气体压力、燃料电池阴极出口气体压力、燃料电池电压和燃料电池电流；
S2：判断所述控制所需数据是否接收完整，若是则执行步骤S3，否则执行步骤S1；
S3：根据所述空压机出口压力和燃料电池电压，对所述燃料电池的内部状态进行估计，获取状态估计结果，所述内部状态包括燃料电池阴极压力和阴极氧气分压；
S4：基于所述状态估计结果，采用模型预测控制算法计算空压机目标出口流量和燃料电池目标电流；
S5：根据所述空压机转速、空压机出口压力和空压机目标出口流量，计算空压机控制电压；
S6：基于所述燃料电池目标电流进行燃料电池功率跟踪，基于所述空压机控制电压，进行燃料电池空气供给控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于模型预测控制的燃料电池控制方法，其特征在于，所述模型预测控制算法通过预先建立的预测模型，进行计算，所述预测模型建立有燃料电池空气供给系统的三阶线性状态空间模型、燃料电池系统的输入输出模型和燃料电池系统的性能指标；
所述燃料电池空气供给系统的三阶线性状态空间模型的表达式为：
式中，Psm为空压机出口压力，Pca为燃料电池阴极流道压力，为阴极流道氧气分压，为空压机出口压力的一阶微分，为燃料电池阴极流道压力的一阶微分，为阴极流道氧气分压的一阶微分，Ist为燃料电池电流，Wcp为空压机出口流量，A3×3为第一系数矩阵，B3×2为第二系数矩阵。
3.根据权利要求2所述的一种基于模型预测控制的燃料电池控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统的输入输出模型的输入为所述燃料电池电流和空压机假设出口流量，输出为燃料电池电堆电压，所述燃料电池系统的输入输出模型的表达式为：
式中，i＝Ist/Afc为燃料电池电流密度，Afc为有效活化面积，Vcell为单片燃料电池电压，u为燃料电池系统的输入输出模型的输入，Ist为燃料电池电流，Wcp为空压机假设出口流量，Vst为燃料电池电堆电压，n为燃料电池片数，为阴极流道氧气分压，Tst为燃料电池温度，λ1为第一待拟合参数，λ2为第二待拟合参数，λ3为第三待拟合参数，λ4为第四待拟合参数。
4.根据权利要求2所述的一种基于模型预测控制的燃料电池控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统的性能指标zP的计算表达式为：
式中，PNe...
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