【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池领域，特别是涉及一种燃料电池系统安全预防控制方法、系统及设备。
技术介绍
1、随着全球各国积极响应“碳达峰”“碳中和”的双碳目标，大力发展新能源汽车已成为当前汽车行业的主旋律之一。其中，氢燃料电池汽车以其高效、清洁等优势在新能源汽车领域中脱颖而出。
2、燃料电池系统作为氢燃料电池汽车的关键设备，其关键部件可能发生故障，导致燃料电池内部运行状态破坏，各运行参数异常，使得燃料电池系统运行出现问题。燃料电池系统的运行状态可以简单分为正常安全状态，正常不安全状态和紧急状态三种，其中正常不安全是指有故障发生但燃料电池系统仍能正常运行，紧急状态是指故障导致燃料电池系统不能正常运行。
3、如何进行燃料电池系统的安全控制，使得其在出现故障时由正常不安全状态恢复到正常安全状态，是燃料电池系统安全研究领域亟待解决的重要问题。
4、现阶段针对燃料电池的控制策略可分为规则式控制策略、全局最优控制策略和局部最优控制策略等，规则式控制策略是根据制定的规则进行控制，全局最优控制策略以某个指标最优进行控制，局部最优控制策略是以等效燃料消耗率最优进行控制。目前控制方法大多都是在燃料电池系统正常且安全的情况下进行优化控制，几乎没有考虑燃料电池系统正常不安全运行时的控制方法。因此迫切需要一种针对燃料电池系统发生故障时的安全预防控制方法，使得燃料电池系统运行状态由正常不安全调整为正常安全。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种燃料电池系统安全预防
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种燃料电池系统安全预防控制方法，包括：
4、根据燃料电池系统的系统数据确定燃料电池系统的运行状态特征，得到状态变量；所述系统数据包括电压、电流、输出功率、氢气压力、氧气压力、氢气质量流量、氧气质量流量以及温度；
5、根据所述运行状态特征确定所述燃料电池系统的当前状态；所述当前状态包括正常安全状态、正常不安全状态以及紧急状态；
6、当所述燃料电池系统处于正常不安全状态时，基于状态变量，根据燃料电池系统安全域模型确定燃料电池系统安全域边界面；所述燃料电池系统安全域模型是根据所述状态变量构建的；
7、根据所述燃料电池系统安全域边界面确定所述燃料电池系统的安全距离和安全裕度；所述燃料电池系统安全域边界面包括安全约束边界面以及运行约束边界面；所述安全约束边界面用于限定所述燃料电池系统中状态点运行的上限和下限；所述安全距离用于表征当前状态点与所述燃料电池系统安全域边界面的相对位置关系；
8、根据所述安全距离和所述安全裕度，给定所述燃料电池系统的安全预防控制目标，将所述燃料电池系统中不安全状态点控制在安全域内，实现所述燃料电池系统由正常不安全状态恢复至正常安全状态；所述安全预防控制目标为不安全状态点到安全域内或所述燃料电池系统安全域边界面上的最短距离；所述安全域由多个所述燃料电池系统安全域边界面构成。
9、可选的，所述燃料电池系统安全域模型的构建过程，具体包括：
10、基于所述系统数据构建所述燃料电池系统的安全约束以及运行约束；
11、基于所述安全约束以及所述运行约束，根据所述状态变量建立所述燃料电池系统安全域模型。
12、可选的，所述安全约束，具体包括：
13、umin≤u≤umax；
14、imin≤i≤imax；
15、pmin≤p≤pmax；
16、pmin≤p≤pmax；
17、
18、tmin≤t≤tmax；
19、其中，u为燃料电池的电压，umin为燃料电池的最小电压，umax为燃料电池的最大电压，i为燃料电池的电流，imin为燃料电池的最小电流，imax为燃料电池的最大电流，p为燃料电池的输出功率，pmin为燃料电池的最小输出功率，pmax为燃料电池的最大输出功率，p为进入电堆的氢气或氧气的压力，pmin为进入电堆的氢气或氧气的最小压力，pmax为进入电堆的氢气或氧气的最大压力，为氢气或氧气的质量流量，为氢气或氧气的最小质量流量，为氢气或氧气的最大质量流量，t为燃料电池的温度，tmin为燃料电池的最小温度，tmax为燃料电池的最大温度。
20、可选的，所述运行约束具体包括：电功率约束、气体约束以及热约束；
21、所述电功率约束为燃料电池发动机的效率约束；所述效率约束为：
22、其中，ηfc为燃料电池发动机的效率，pfc_net为所述燃料电池系统的净输出功率，为氢气的质量流量，lhv为氢气的低热值；
23、所述气体约束为将所述燃料电池两端的电压压差控制在设定压差范围内；
24、所述热约束为
25、其中，cst为电堆的比热容，mst为电堆的质量，tst为电堆温度，qgen为电堆反应产生的热功率，qgas为未参与反应气体离开电堆带出的热功率，qatm是电堆与环境进行热交换的热功率，qcool为电堆内热流穿透管壁由冷却液带走的热功率。
26、可选的，所述安全距离为：
27、
28、其中，dsd,i为预防控制后的运行点xp到安全域ω内第i个燃料电池系统安全域边界面的安全距离；ain为燃料电池系统安全域边界面线性表达式的系数，xa为状态变量，n为状态变量总数；a0为观测变量；ni＝(ai1,ai2,…,ain)，ni为所述燃料电池系统安全域边界面的法向量，所述法向量的方向指向所述燃料电池系统的安全域内。
29、可选的，所述安全裕度dsm为：
30、
31、其中，dsd,i为第i个燃料电池系统安全域边界面的安全距离；x为状态点；ω为所述燃料电池系统的安全域。
32、可选的，所述燃料电池系统的安全预防控制目标的预防控制数学模型为：
33、minχ1＝min{|xp-x0|}；
34、s.t.
35、xp∈ω
36、
37、其中，minχ1为位于安全域外的状态点到安全域ω内或燃料电池系统安全域边界面上的状态点的最近距离；xp为预防控制后的状态点，位于安全域ω内；dsd,i为预防控制后的运行点xp到安全域ω内第i个燃料电池系统安全域边界面的安全距离；为最小安全裕度要求。
38、一种燃料电池系统安全预防控制系统，包括：
39、状态变量确定模块，用于根据燃料电池系统的系统数据确定燃料电池系统的运行状态特征，得到状态变量；所述系统数据包括电压、电流、输出功率、氢气压力、氧气压力、氢气质量流量、氧气质量流量以及温度；
40、当前状态确定模块，用于根据所述运行状态特征确定所述燃料电池系统的当前状态；所述当前状态包括正常安全状态、正常不安全状态以及紧急状态；
41、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统安全域模型的构建过程，具体包括：
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，所述安全约束，具体包括：
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，所述运行约束具体包括：电功率约束、气体约束以及热约束；
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，所述安全距离为：
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，所述安全裕度dsm为：
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统的安全预防控制目标的预防控制数学模型为：
8.一种燃料电池系统安全预防控制系统，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行如权利要求1-7中任一项所
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的燃料电池系统安全预防控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统安全域模型的构建过程，具体包括：
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，所述安全约束，具体包括：
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，所述运行约束具体包括：电功率约束、气体约束以及热约束；
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，所述安全距离为：
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统安全预防控制方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建威，姚璐峤，罗必雄，康荣学，周航宇，翟双，高雷，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。