一种燃料电池空气进气系统的解耦控制方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开一种燃料电池空气进气系统的解耦控制方法及系统。该方法包括：根据当前时刻和历史时刻分别对应的状态参数构建目标数据模型；基于目标数据模型确定空气进气系统的第一空气进气流量和第一空气进气压力；确定需求空气进气流量和需求空气进气压力；根据第一空气进气流量和需求空气进气流量之间的差值，第一空气进气压力和需求空气进气压力之间的差值对空气进气系统进行控制。本发明专利技术实施例，基于构建的目标数据模型确定空气进气流量和空气进气压力，并将空气进气流量和需求空气进气流量，以及空气进气压力和需求空气进气压力分别求差值进行控制，解决空气进气系统的耦合性问题，实现空气进气流量与空气进气压力的协同控制。的协同控制。的协同控制。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池空气进气系统的解耦控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池空气进气系统的解耦控制方法及系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池的空气进气系统被称作燃料电池的生命系统，通过控制空气进气流量和压力保证燃料电池电堆的性能，如果进气量过低于系统需求会造成氧饥饿从而导致电堆电压过低影响电堆寿命，如果压力过高不满足电堆的操作条件更会给电堆带来致命的影响。因此，空气进气系统的流量与压力的控制至关重要。现有技术中，空气进气系统的控制难点在于空气压力与流量具有很强的非线性，这对于建立系统模型是十分困难的，流量与压力也具有很强的耦合性给其控制效果造成很大的影响。当前，多数研究者通过设计两个控制器协同控制进气流量和压力，虽然这种方法可以将非线性问题转换为线性问题，但并未处理流量与压力的耦合性问题，导致控制效果不尽人意。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供一种燃料电池空气进气系统的解耦控制方法及系统，能够解决空气进气系统的耦合性问题，实现空气进气流量与空气进气压力的协同控制
[0004]根据本专利技术的一方面，本专利技术实施例提供了一种燃料电池空气进气系统的解耦控制方法，所述方法包括：
[0005]根据当前时刻和历史时刻分别对应的空气进气系统的状态参数构建目标数据模型；
[0006]基于所述目标数据模型确定所述空气进气系统的第一空气进气流量和第一空气进气压力；
[0007]确定所述空气进气系统的需求空气进气流量和需求空气进气压力；
[0008]根据所述第一空气进气流量和所述需求空气进气流量之间的第一差值，以及所述第一空气进气压力和所述需求空气进气压力之间的第二差值对所述空气进气系统进行控制。
[0009]根据本专利技术的另一方面，本专利技术实施例还提供了一种燃料电池空气进气系统的解耦控制系统，所述系统包括：空压机、电机、电堆和节气门，
[0010]其中，所述空压机与所述电机和所述电堆连接，用于根据转速指令控制所述空压机转速；
[0011]所述节气门与所述电堆连接，用于根据接收到的节气门开度指令控制所述节气门开度值；
[0012]所述电机与所述空压机连接，用于带动空压机转速；
[0013]所述电堆与所述空压机和所述节气门连接，用于组成然料电池。
[0014]根据本专利技术的另一方面，本专利技术实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包
括：
[0015]至少一个处理器；以及
[0016]与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0017]所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本专利技术任一实施例所述的燃料电池空气进气系统的解耦控制方法。
[0018]根据本专利技术的另一方面，本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本专利技术任一实施例所述的燃料电池空气进气系统的解耦控制方法。
[0019]本专利技术实施例的技术方案，通过构建目标数据模型，将空压机和节气门之间的线性问题转化为非线性问题，并基于目标数据模型确定空气进气系统的第一空气进气流量和第一空气进气压力，以根据第一空气进气流量和需求空气进气流量，以及第一空气进气压力和需求空气进气压力分别对应的差值对空气进气系统进行控制，解决空气进气系统的耦合性问题，实现空气进气流量与空气进气压力的协同控制。
[0020]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术一实施例提供的一种燃料电池空气进气系统的解耦控制方法的流程图；
[0023]图2为本专利技术一实施例提供的另一种燃料电池空气进气系统的解耦控制方法的流程图；
[0024]图3为本专利技术一实施例提供的又燃料电池空气进气系统的解耦控制流程示意图；
[0025]图4为本专利技术实施例提供的又一种燃料电池空气进气系统的解耦控制的流程示意图；
[0026]图5为本专利技术一实施例提供的一种燃料电池空气进气系统的解耦控制系统的结构框图；
[0027]图6为本专利技术一实施例提供的又一种燃料电池空气进气系统的控制系统的结构框图。
具体实施方式
[0028]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，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的实施例，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，都应当属于本专利技术保护的范
围。
[0029]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0030]在一实施例中，图1为本专利技术一实施例提供的一种燃料电池空气进气系统的解耦控制方法的流程图，本实施例可适用于对燃料电池空气进气系统的空气进行流量和空气进气压力进行解耦控制时的情况。
[0031]如图1所示，该方法具体步骤包括：
[0032]S110、根据当前时刻和历史时刻分别对应的空气进气系统的状态参数构建目标数据模型。
[0033]其中，历史时刻可以理解为当前时刻之前的每一个时刻。状态参数指的是空气进气系统对应的输入参数和输出参数。当然，状态参数可以包括但不限于包括：空气机转速值、节气门开度值、空气进气流量和空气进气压力。目标数据模型可以理解为依据空气进气系统的相关状态参数所构建的数据模型。
[0034]在本实施例中，可以利用数据驱动的方式，将当前时刻和历史时刻分别对应的第一状态参数，以及当前时刻和历史时刻分别对应的第二状态参数作为输入，并将下一时刻的空气进气流量与空气进气压力作为输出构建第一数据模型，在满足一定条件下，将第一数据模型进行相应的转换以得到目标数据模型；在一些实施例中，也可以通过压缩机的出口流量与其速度呈正相关，与其压缩比呈负相关分别建立空气压缩机系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池空气进气系统的解耦控制方法，其特征在于，包括：根据当前时刻和历史时刻分别对应的空气进气系统的状态参数构建目标数据模型；基于所述目标数据模型确定所述空气进气系统的第一空气进气流量和第一空气进气压力；确定所述空气进气系统的需求空气进气流量和需求空气进气压力；根据所述第一空气进气流量和所述需求空气进气流量之间的第一差值，以及所述第一空气进气压力和所述需求空气进气压力之间的第二差值对所述空气进气系统进行控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前时刻和历史时刻分别对应的空气进气系统的状态参数构建目标数据模型，包括：将所述当前时刻和所述历史时刻分别对应的第一状态参数，以及所述当前时刻和所述历史时刻分别对应的第二状态参数作为输入，并将下一时刻的空气进气流量与空气进气压力作为输出构建第一数据模型；其中，所述第一状态参数包括：空气机转速值和节气门开度值；所述第二状态参数包括：空气进气流量与空气进气压力；所述第一数据模型为多输入多输出数据模型；在满足Lipschitz条件且所述当前时刻和上一时刻分别对应的空压机转速值和节气门开度值之间的差值不为0的情况下，将所述第一数据模型转换为第二数据模型，并将所述第二数据模型作为目标数据模型；其中，所述目标数据模型为紧格式动态线性化的数据模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一数据模型用公式表示为y(k+1)＝f(y(k),
…
,y(k
‑
n
a
),u(k),
…
,u(k
‑
n
b
))，其中，所述在y(k+1)表示k+1时刻输出的空气进气流量和空气进气压力；y(k)＝[W
ca P
ca
]
T
表示为在k时刻的输出空气进气流量和空气进气压力，其中，W
ca
表示空气进气流量，P
ca
表示空气进气压力；u(k)＝[N
cmd θ
cmd
]
T
表示在k时刻的输出空压机转速值和节气门开度值所组成矩阵的转置，其中，N
cmd
表示空压机转速值和θ
cmd
节气门开度值；n
a
,n
b
分别为常数；所述目标数据模型用公式表示为Δy(k+1)＝Γ(k)Δu(k)，其中，Γ(k)为时变参数矩阵，用公式表示为其中，Υ
11
(k)、Υ
12
(k)、Υ
21
(k)和Υ
22
(k)分别为时变参数；Δy(k+1)表示y(k+1)和y(k)的差值量，y(k)表示为在k时刻的输出空气进气流量和空气进气压力，y(k+1)表示为在k+1时刻的输出空气进气流量和空气进气压力，Δu(k)表示u(k)和u(k
‑
1)的差值量，u(k)表示为在k时刻的输出空压机转速值和节气门开度值，u(k
‑
1)表示为在k
‑
1时刻的输出空压机转速值和节气门开度值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标数据模型确定所述空气进气系统的第一空气进气流量和第一空气进气压力，包括：依据预设第一准则函数确定所述目标数据模型中时变参数矩阵对应的参数估计值；依据预设第二准则函数、所述目标数据模型和所述参考估计值确定在当前时刻的目标空压机转速值和目标节气门开度值，并将所述目标空压机转速值作为第一空气进气流量，所述目标节气门开度值作为第一空气进气压力。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设第一准则函数通过参数估计值和参数实际值之间的模差值小于第一预设差值而建立，所述依据预设第一准则函数确定所述
目标数据模型中时变参数矩阵对应的参数估计值，包括下述至少之一：采用改进投影算法确定所述预设第一准则函数中时变参数矩阵对应的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华洋，韩令海，赵洪辉，王宇鹏，都京，魏凯，王恺，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：