[发明专利]燃料电池的过氧比控制方法、系统、设备及存储介质

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种燃料电池的过氧比控制方法、系统、设备及存储介质。该方法包括：获取空压机的供气管压和燃料电池的电堆电流；建立燃料电池空气供给模型；通过滑模控制处理以对对燃料电池的阴极氧气分压和阴极氮气分压进行估计，得到氧气分压评估值和氮气分压评估值；计算过氧比，得到过氧比实际值；根据过氧比的参考序列对燃料电池空气供给模型进行模型预测控制，根据模型预测控制输出的空压机转速和燃料电池空气供给模型输出的空压机转速对空压机的电压进行模糊自适应PID控制，得到空压机电压控制量。本实施例通过滑膜控制评估燃料电池空气供给系统内部难以测量的氧气分压和氮气分压，提高对过氧比的调节精度。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是一种燃料电池的过氧比控制方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

质子交换膜燃料电池的空气供给系统是保证整个燃料电池系统正常工作的一个重要子系统。空气供给系统的过氧比对整个系统性能的好坏有着重要影响，在空气供给系统中，受到空压机以及供应管道的动态特性影响，空气供应存在时滞性，空气供应量会滞后于电堆需求量，这就意味着当负载电流产生突变时，若氧气供应不足会使阴极出现“氧饥饿”的现象，电池输出电压下降，电堆水淹，甚至会缩短燃料电池的寿命。若氧气供应量过大，系统的寄生功率会增加，降低电堆输出净功率，导致系统效率降低，甚至会使得电堆内部压力过大造成不必要的安全事故。

现有技术对空气供给系统过氧比的控制方法有PID控制、模糊控制、神经网络控制、模型预测控制及滑模控制等。PID控制对于非线性系统控制效果较差，模糊控制设计缺乏系统性，神经网络控制需要依靠大量的数据进行训练，模型预测控制响应速度较慢，滑模控制存在抖振的现象，并且大多数的控制策略未考虑到实际系统状态参数特别是燃料电池系统内部参数(例如阴极氧气分压和氮气分压)。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池的过氧比控制方法、系统、设备及存储介质，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

第一方面，提供一种燃料电池的过氧比控制方法，包括：

获取空压机的供气管压以及燃料电池的电堆电流；

根据燃料电池的电化学反应状态变量建立燃料电池空气供给模型；

通过滑模控制处理以对对燃料电池的阴极氧气分压和阴极氮气分压进行估计，得到氧气分压评估值和氮气分压评估值；

根据氧气分压评估值、氮气分压评估值、空压机的供气管压以及燃料电池的电堆电流计算过氧比，得到过氧比实际值；

根据过氧比的参考序列对燃料电池空气供给模型进行模型预测控制以约束空压机的转速，根据模型预测控制输出的空压机转速和燃料电池空气供给模型输出的空压机转速对空压机的电压进行模糊自适应PID控制，得到空压机电压控制量。

进一步，所述燃料电池空气供给模型的具体表述为：

W(x₁,x₂)的表述模型为：

燃料电池空气供给模型输出的可测量输出矩阵为：

y＝[y₁，y₂，y₃]^T＝[y₁(x₁，x₂)，x₄，y₃(x₃，x₄)]^T；

燃料电池的过氧比的表述模型为：