[发明专利]一种基于多因素目标优化算法的快速加氢控制方法

说明书

本发明涉及一种基于多因素目标优化算法的快速加氢控制方法，属于燃料电池汽车领域。该方法包括：首先建立基于三级氢气加注系统的集总参数热力学加氢模型；然后根据气瓶初始残余压力、环境温度、预冷等级及三级加注系统压力等级，将加注时间、加注完成后气瓶SOC值和预冷能耗作为优化目标，三级加注系统的压力切换点和入口氢气的预冷温度作为优化参数，建立多目标优化模型；最后采用优化算法求解参数，作为三级加注系统的控制参数。本发明求解的控制参数能够为加氢提供理论数据支持，保证了加注快速安全且实现高效低功耗加注目标。

技术领域

本发明属于燃料电池汽车领域，涉及燃料电池汽车车载氢气瓶安全高效的三级快速加注策略。

背景技术

随着环境和能源等问题日益突出，寻找新的清洁能源迫在眉睫。氢能具有高效、可再生、无污染等优点，被认为是未来理想的替代燃料之一。作为燃料电池系统的主要能量来源，其随着燃料电池系统和燃料电池汽车的发展得到了迅速发展。氢气在燃料电池车辆上的储存方式以高压气体形式为主，为了实现氢气的安全快速高效充装，高压氢气快速充装成为国内外研究的热点问题。车载氢气瓶在快速加氢过程中，由于氢气特有的负焦耳-汤普逊效应以及氢气的快速压缩，会导致气瓶内部温度急剧上升，从而引发安全隐患。

传统氢气加注方案单一低效且无选择性，未考虑中低压力储存氢气瓶加注氢气的切换点，加注过程制冷输出没有优化导致经济性低。因此，亟需一种保证加注快速安全且实现高效低功耗的氢气控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于多因素目标优化算法的快速加氢控制方法，通过建立三级加注模型并进行多目标优化得出系统的最优控制参数，可以保证较短的加注时间(3min)、较高的SOC值(85％)和较小的预冷能耗；并保证加注快速安全且实现高效低功耗加注目标。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于多因素目标优化算法的快速加氢控制方法，具体包括以下步骤：

S1：建立基于三级氢气加注系统的集总参数热力学加氢模型；

S2：根据气瓶初始残余压力、环境温度、预冷等级及三级加注系统压力等级，将加注时间、加注完成后气瓶SOC值和预冷能耗作为优化目标，三级加注系统的压力切换点和入口氢气的预冷温度作为优化参数，建立多目标优化模型；

S3：采用优化算法求解参数，作为三级加注系统的控制参数。

进一步，步骤S1中，建立基于三级加注系统的集总参数热力学加氢模型，根据模型[W,t,P,T,SOC]＝f(P1,T1,P2,T2,V,Tamb)计算出预冷能耗、加注时间及车载氢气瓶加注完成后的氢气状态(压力，温度及SOC)，其中W表示预冷能耗，t表示加注时间，P和T分别是温度传感器和压力传感器采集的车载氢气瓶的压力和温度，V表示气瓶体积，SOC表示加注完成后气瓶内部氢气的量占额定容量的百分比，Tamb表示环境温度。

其中，SOC定义为加注完成之后气瓶内氢气的质量与标准状态(288K，35MPa)下相同体积氢气质量的比值，计算公式如下：

更进一步，三级氢气加注系统的切换点系数定义为：

a＝P_swit/P_sto

切换点等级划分为：

a＝0.95、0.94、……、x

其中P_swit表示切换压力，P_sto表示当前加注高压储氢瓶的压力等级，x≥0.55；当加注是从低级储氢瓶开始时，此时确定的切换点系数用于中级储氢瓶加注时的切换点；在加注过程中，当车载氢气瓶压力与此时加注级别储氢瓶压力比值达到切换点时，切换为下一级别储氢瓶进行加注。