【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车载燃料电池系统控制，尤其是涉及一种车载燃料电池温度控制方法、设备及介质。
技术介绍
1、燃料电池通过氢氧电化学反应产生水和电能，同时产生热量。燃料电池反应温度应维持在合理范围之内，不宜过高或者过低。温度过高会造成质子交换膜过干，造成严重的欧姆极化并损害质子交换膜；温度过低会降低粒子碰撞几率和增加燃料电池湿度，加重活化极化且易造成“水淹现象”，影响燃料电池的寿命和耐久性。因此，为了提升燃料电池的性能，需要采用合理的措施对燃料电池温度进行主动控制。
2、目前，存在以下车载燃料电池温度控制方法：
3、1)中国专利技术专利申请cn 112711282 a，采用多内模控制结构，通过改变水热管理系统的节温器开度，实现对燃料电池电堆出口温度的控制。然而，该方案只控制了燃料电池水热管理系统的节温器，没有给出散热器风扇和水泵的控制方式，无法抑制环境因素对水热管理系统的扰动。
4、2)论文文献(10.1016/j.ijhydene.2022.02.131)借助节温器串级内模控制和散热器风扇前馈控制算法，对不同车速、不同环境温度等环境扰动因素进行补偿，实现了抗扰动车载燃料电池温度控制。然而该方案采用的散热器风扇控制方案对散热系数建模精度要求较高，难以消除因模型误差带来的扰动，鲁棒性较差；同时，其散热器风扇转速控制采用开环方案，无法根据当前水热管理系统状态改变控制器输出，稳定性较差。
5、上述两种方案都没有实现对散热器风扇的反馈控制，造成水热管理系统鲁棒性和稳定性较差，难以满足汽车动力系统
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种鲁棒性高的车载燃料电池温度控制方法、设备及介质。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，包括：
4、采集实际电堆出口温度通过外环抗饱和内模定量过程控制结构，计算得出期望电堆入口温度
5、根据采集实际电堆入口温度和期望电堆入口温度通过内环抗饱和内模定量过程控制结构，计算得出节温器开度αtst；
6、采集电堆负载电流ist，通过散热计算模块，计算得到期望水热管理系统散热量qfan_tar；
7、根据实际电堆出口温度和实际电堆输出电压vst，通过含有微分跟踪算法的散热估计模块，计算得到实际水热管理系统散热量估计值qfan；
8、根据实际水热管理系统散热量估计值qfan和期望水热管理系统散热量qfan_tar，通过散热量控制抗饱和内模定量过程控制结构，计算得到散热器风扇转速nfan。
9、优选地，所述外环抗饱和内模定量过程控制结构包括外环滤波环节外环抗饱和内模定量过程控制器外环饱和环节ststm和外环内嵌模型
10、将期望电堆出口温度经外环滤波环节滤波处理后的信号，减去与期望电堆入口温度经所述外环抗饱和内模定量过程控制器处理输出的信号，再减去当前时刻实际电堆出口温度与经过外环滤波环节滤波后的实际电堆入口温度的偏差；得到的信号输入至所述外环饱和环节ststm，输出下一时刻的期望电堆入口温度
11、优选地，所述外环饱和环节ststm限制期望电堆入口温度在-30℃～100℃范围内。
12、优选地，所述内环抗饱和内模定量过程控制结构包括内环滤波环节内环anti-windup imc定量过程控制器内环饱和环节ststs和内环内嵌模型
13、将期望电堆入口温度输入至所述内环滤波环节后的输出，减去实际电堆入口温度与当前时刻的结温器开度αtst经内环内嵌模型处理输出信号之间的偏差，再减去当前时刻的结温器开度αtst经内环抗饱和内模定量过程控制器输出的信号；得到的信号输入至所述内环饱和环节ststs，输出下一时刻的节温器开度αtst。
14、优选地，所述内环饱和环节ststc限制结温器开度αtst在0％～100％范围内。
15、优选地，所述散热计算模块输出的期望水热管理系统散热量qfan_tar，表达式为：
16、qfan_tar＝[1.46-vcell(ist)]ncellist
17、其中ncell为电堆中燃料电池单体片数；ist为电堆负载电流；vcell(ist)为稳态燃料电池单体平均电压，为电流的单值函数。
18、优选地，所述含有微分跟踪算法的散热估计模块包括微分跟踪模块和热功率计算模块，分别为：
19、所述微分跟踪模块为：
20、
21、其中，x1和x2为微分跟踪模块内部状态；r为标定参数；为电堆出口温度，；为电堆出口温度对时间的导数，取为x2；
22、所述热功率计算模块为：
23、
24、其中，qfan为实际水热管理系统散热量估计值；vst为实际电堆输出电压；mtms为燃料电池水热管理系统总质量；为水热管理系统的平均比热容。
25、优选地，所述散热量控制抗饱和内模定量过程控制结构包括散热量控制滤波环节散热量控制抗饱和内模定量过程控制器散热量控制饱和环节sfan和散热量控制内嵌模型
26、散热计算模块输出的到期望水热管理系统散热量qfan_tar经所述散热量控制滤波环节滤波处理后，减去所述散热估计模块输出的实际水热管理系统散热量估计值qfan与当前时刻的风机转速nfan经散热量控制内嵌模型后输出的差值，再减去当前时刻的风机转速nfan经所述散热量控制抗饱和内模定量过程控制器的输出；得到的信号输入至所述散热量控制饱和环节sfan，输出下一时刻的风机转速nfan。
27、根据本专利技术的第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述的方法。
28、根据本专利技术的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现任一项所述的方法。
29、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
30、1)本专利技术采用抗饱和内模定量过程控制结构实现散热量控制，对内嵌模型精度要求较低，可消除因建模误差造成的控制精度下降问题，鲁棒性较强。
31、2)本专利技术通过含有微分跟踪算法的散热估计模块，实现了对水热管理系统散热量的计算，为散热器风扇控制回路提供了精确的反馈量。
32、3)本专利技术通过闭环控制改变散热器风扇转速，可以根据当前水热管理系统状态改变控制器输出，提升了系统的稳定性。
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1.一种基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述外环抗饱和内模定量过程控制结构包括外环滤波环节外环抗饱和内模定量过程控制器外环饱和环节Ststm和外环内嵌模型
3.根据权利要求2所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述外环饱和环节Ststm限制期望电堆入口温度在-30℃～100℃范围内。
4.根据权利要求1所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述内环抗饱和内模定量过程控制结构包括内环滤波环节内环抗饱和内模定量过程控制器内环饱和环节Ststs和内环内嵌模型
5.根据权利要求4所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述内环饱和环节Ststc限制结温器开度αtst在0％～100％范围内。
6.根据权利要求1所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电
7.根据权利要求1所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述含有微分跟踪算法的散热估计模块包括微分跟踪模块和热功率计算模块，分别为：
8.根据权利要求1所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述散热量控制抗饱和内模定量过程控制结构包括散热量控制滤波环节散热量控制抗饱和内模定量过程控制器散热量控制饱和环节Sfan和散热量控制内嵌模型
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～8任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～8中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述外环抗饱和内模定量过程控制结构包括外环滤波环节外环抗饱和内模定量过程控制器外环饱和环节ststm和外环内嵌模型
3.根据权利要求2所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述外环饱和环节ststm限制期望电堆入口温度在-30℃～100℃范围内。
4.根据权利要求1所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述内环抗饱和内模定量过程控制结构包括内环滤波环节内环抗饱和内模定量过程控制器内环饱和环节ststs和内环内嵌模型
5.根据权利要求4所述的基于微分跟踪抗饱和内模定量过程控制的车载燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述内环饱和环节ststc限制结温器开度αtst在0％～100％范围内。
【专利技术属性】
技术研发人员：张卫东，焦杰然，陈凤祥，吴小娟，郭东生，李元松，叶国云，翟双，侯中军，王朝云，李正涛，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
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