一种电池电压预测方法、装置、设备及存储介质与流程

本技术涉及燃料电池，具体涉及一种电池电压预测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、燃料电池汽车因其具有零排放、高效率和加氢速度快等优点而备受关注。作为燃料电池汽车核心的发电部件，燃料电池堆的性能和耐久性决定了整车的驾驶性能和使用寿命。一个车用燃料电池堆是由几十至上百个单体电池串联堆叠并通过压力机压装而成。然而，要制造一个高性能燃料电池堆需要保证每一个单体电池性能均匀一致，即需要保证每一个单体电池的关键组件性能一致。但是，在制造过程中很难保证多达上百个单体电池及其关键组件的性能一致。因此，燃料电池堆中往往存在某一个单体电池性能较其他单体电池差，而燃料电池堆的使用寿命取决于性能和寿命最差的单体电池，这称之为燃料电池堆的“短板”效应。“短板”单体电池会遭遇比其他单体电池更快的寿命衰减，有效反应面积减少速度更快，膜内阻以更快速率增大，同样的工作电流下该单体电池的电化学反应效率变低，使得该单体电池发热较其他单体电池更加严重，而过度的局部发热又容易带动相邻单体电池加速衰减，从而逐渐使燃料电池堆的整体性能和寿命劣化。所以，为了提高燃料电池堆的使用寿命，需要准确地在线监测性能和寿命最差的单体电池运行情况，从而能及早地对燃料电池发动机进行系统性控制干预，避免最差单体电池加速劣化，延缓寿命衰减。

2、然而，现有文件1（cn112883645a）虽然公开了一种单体电池电压不一致故障预测方法、装置及服务器，但是其只能监控单体电池电压不均衡，并不能准确检测出性能最差的单体电池。同时，现有文件2（cn111948541a）虽然公开了一种车辆电池过压预测方法、装置、服务器及存储介质，但是其仅仅是对单体电池进行过压预测，也无法检测出性能最差的单体电池。

3、而目前对单体电池运行情况进行在线监测的主流手段通常为单体电池电压巡检器（cell voltage monitor，cvm）。虽然cvm能够在线测量燃料电池堆中的每一个单体电池电压，从而搜索出性能最差的单体电池，即电压最低的单体电池。然而，因为其工作原理为按顺序扫描巡检，当燃料电池堆单体电池数量过多时，其完成一次从头至尾的单体电池电压巡检最短也需要300ms，而燃料电池发动机控制单元（fuel cell engine control unit，简称fccu）的计算步长为10ms甚至更短，这意味着在至少30个fccu计算周期内最低单体电池电压数据将保持为同一个数值。因此，cvm巡检报出的最低单体电池电压数据会相对实际的最低单体电池电压数据产生时间上的滞后，即某一时刻的实际最低单体电池电压可能远低于cvm巡检报出的最低单体电池电压数据。尤其是当燃料电池快速加载时，最低单体电池电压往往会急速下降，过长的报出数据滞后会导致无法感知实际的最低单体电池电压。对于实时控制而言，这种迟滞将造成燃料电池发动机的控制调节出现滞后，影响控制效果，甚至导致对最差单体电池的性能调控失效，起不到保护燃料电池堆的作用。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术提供一种电池电压预测方法、装置、设备及存储介质，以解决燃料电池发动机在实际运行过程中存在的cvm报出最低单体电池电压数据存在迟滞的技术问题。

2、本技术提供一种电池电压预测方法，包括以下步骤：

3、对燃料电池发动机进行采样检测，获取所述燃料电池发动机中的单体电池电压值；其中，所述燃料电池发动机中的单体电池电压值包括：当前采样时刻t0下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值umin(t0)、前一采样时刻t0-ts下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值umin(t0-ts)，ts表示单次采样步长；

4、将当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)与前一采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0-ts)进行比对，得到对应的比对结果；

5、根据所述比对结果，利用当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)；其中，β表示预测步长。

6、于本技术的一实施例中，将当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)与前一采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0-ts)进行比对，得到对应的比对结果的过程包括：

7、计算当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)与前一采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0-ts)的电压差值；

8、若所述电压差值不等于零，则确定前一采样时刻与当前采样时刻的最低单体电池电压值存在变化；

9、若所述电压差值等于零，则确定前一采样时刻与当前采样时刻的最低单体电池电压值不存在变化。

10、于本技术的一实施例中，在前一采样时刻与当前采样时刻的最低单体电池电压值存在变化时，利用当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)的过程包括：

11、对当前采样时刻t0的第一过程变量a(t0)和当前采样时刻t0的第二过程变量b(t0)进行赋值，令a(t0)的数值等于umin(t0)的数值，以及令b(t0)=0；

12、判断前一采样时刻t0-ts的第二过程变量b(t0-ts)是否不等于0；如果b(t0-ts)≠0，则对当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)进行第一赋值，令c(t0)= b(t0-ts)；如果b(t0-ts)=0，则对当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)进行第二赋值，令c(t0)=ccon；其中，ccon为预设值；

13、对当前采样时刻t0的第四过程变量d(t0)进行赋值，令d(t0)= umin(t0)- a(t0-ts)；

14、根据当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)、当前采样时刻t0的第四过程变量d(t0)、当前采样时刻t0的最低单体电池电压值umin(t0)和预测步长β，预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)。

15、于本技术的一实施例中，在前一采样时刻与当前采样时刻的最低单体电池电压值不存在变化时，利用当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)的过程包括：

16、将前一采样时刻t0-ts的第二过程变量b(t0-ts)的数值与单次采样步长ts的数值进行相加，得到第一数值；

17、判断所述第一数值是否小于第二过程变量限量值bmax；如果所述第一数值小于第二过程变量限量值bmax，则对当前采样时刻t0的第一过程变量a(t0)和当前采样时刻t0的第二过程变量b(t0)进行赋值，令a(t0)= a(t0-ts)，以及令b(t0)= b(t0-ts)+ ts；如果所述第一数值大于或等于第二过程变量限量值bmax，则令a(t0)= a(t0-ts)，b(t0)=bmax；

18、判断前一采样时刻t0-ts的第二过程变量b(t0-ts)是否不等于0；如果b(t0-ts)≠0，则对当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)进行第一赋值，令c(t0)= b(t0-ts)；如果b(t0-ts)=0，则对当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)进行第二赋值，令c(t0)=ccon；其中，ccon为预设值；

19、对当前采样时刻t0的第四过程变量d(t0)进行赋值，令d(t0)= umin(t0)- a(t0-ts)；

20、根据当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)、当前采样时刻t0的第四过程变量d(t0)、当前采样时刻t0的最低单体电池电压值umin(t0)和预测步长β，预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)。

21、于本技术的一实施例中，根据当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)、当前采样时刻t0的第四过程变量d(t0)、当前采样时刻t0的最低单体电池电压值umin(t0)和预测步长β，预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)时，包括：

22、根据当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)、当前采样时刻t0的第四过程变量d(t0)、当前采样时刻t0的最低单体电池电压值umin(t0)和预测步长β，构建单体电池电压值预测模型，利用所述单体电池电压值预测模型预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)；其中，所述单体电池电压值预测模型包括：upre(t0+β)= umin(t0)+ d(t0)÷c(t0)×β。

23、于本技术的一实施例中，对燃料电池发动机进行采样检测，获取所述燃料电池发动机中的单体电池电压值的过程包括：

24、利用第一控制模块向片选电路模块发送所述燃料电池发动机中待进行电压采集的单体电池编号，并由所述片选电路模块根据所述单体电池编号连接导通对应的电压采集线束；

25、基于片选电路模块中的片选方向，利用采样电路对与所述单体电池编号对应的单体电池进行电压采集，并将采集后的单体电池电压进行模数转换，得到对应的单体电池电压值；其中，所述采样电路与所述第一控制模块、所述片选电路模块连接。

26、于本技术的一实施例中，将采集后的单体电池电压进行模数转换，得到对应的单体电池电压值后，所述方法还包括：记录当前采样时刻，并利用比较器对采集的所有单体电池电压值进行比较，获取当前采样时刻下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值。

27、于本技术的一实施例中，利用当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)后，所述方法还包括：

28、判断所述第一控制模块是否接收到燃料电池发动机停机信号；

29、若所述第一控制模块接收到燃料电池发动机停机信号，则停止对燃料电池发动机进行采样检测；

30、若所述第一控制模块未接收到燃料电池发动机停机信号，则获取下一采样时刻下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值。

31、本技术还提供一种电池电压预测装置，所述装置包括有：

32、采集模块，用于对燃料电池发动机进行采样检测，获取所述燃料电池发动机中的单体电池电压值；其中，所述燃料电池发动机中的单体电池电压值包括：当前采样时刻t0下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值umin(t0)、前一采样时刻t0-ts下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值umin(t0-ts)，ts表示单次采样步长；

33、比对模块，用于将当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)与前一采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0-ts)进行比对，得到对应的比对结果；

34、预测模块，用于根据所述比对结果，利用当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)；其中，β表示预测步长。

35、于本技术的一实施例中，若所述比对结果为前一采样时刻与当前采样时刻的最低单体电池电压值存在变化，则所述预测模块利用当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)的过程包括：

36、对当前采样时刻t0的第一过程变量a(t0)和当前采样时刻t0的第二过程变量b(t0)进行赋值，令a(t0)的数值等于umin(t0)的数值，以及令b(t0)=0；

37、判断前一采样时刻t0-ts的第二过程变量b(t0-ts)是否不等于0；如果b(t0-ts)≠0，则对当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)进行第一赋值，令c(t0)= b(t0-ts)；如果b(t0-ts)=0，则对当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)进行第二赋值，令c(t0)=ccon；其中，ccon为预设值；

38、对当前采样时刻t0的第四过程变量d(t0)进行赋值，令d(t0)= umin(t0)- a(t0-ts)；

39、根据当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)、当前采样时刻t0的第四过程变量d(t0)、当前采样时刻t0的最低单体电池电压值umin(t0)和预测步长β，预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)。

40、于本技术的一实施例中，若所述比对结果为前一采样时刻与当前采样时刻的最低单体电池电压值不存在变化，则所述预测模块利用当前采样时刻的最低单体电池电压值umin(t0)预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)的过程包括：

41、将前一采样时刻t0-ts的第二过程变量b(t0-ts)的数值与单次采样步长ts的数值进行相加，得到第一数值；

42、判断所述第一数值是否小于第二过程变量限量值bmax；如果所述第一数值小于第二过程变量限量值bmax，则对当前采样时刻t0的第一过程变量a(t0)和当前采样时刻t0的第二过程变量b(t0)进行赋值，令a(t0)= a(t0-ts)，以及令b(t0)= b(t0-ts)+ ts；如果所述第一数值大于或等于第二过程变量限量值bmax，则令a(t0)= a(t0-ts)，b(t0)=bmax；

43、判断前一采样时刻t0-ts的第二过程变量b(t0-ts)是否不等于0；如果b(t0-ts)≠0，则对当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)进行第一赋值，令c(t0)= b(t0-ts)；如果b(t0-ts)=0，则对当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)进行第二赋值，令c(t0)=ccon；其中，ccon为预设值；

44、对当前采样时刻t0的第四过程变量d(t0)进行赋值，令d(t0)= umin(t0)- a(t0-ts)；

45、根据当前采样时刻t0的第三过程变量c(t0)、当前采样时刻t0的第四过程变量d(t0)、当前采样时刻t0的最低单体电池电压值umin(t0)和预测步长β，预测未来时刻t0+β下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值upre(t0+β)。

46、本技术还提供一种电池电压预测设备，所述设备包括：

47、一个或多个处理器；

48、存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述设备实现如上述中任一项所述的电池电压预测方法。

49、本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行如上述中任一项所述的电池电压预测方法。

50、如上所述，本技术提供一种电池电压预测方法、装置、设备及存储介质，具有以下有益效果：

51、本技术首先对燃料电池发动机进行采样检测，获取所述燃料电池发动机中的单体电池电压值；其中，所述燃料电池发动机中的单体电池电压值包括：当前采样时刻下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值、前一采样时刻下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值；再将当前采样时刻的最低单体电池电压值与前一采样时刻的最低单体电池电压值进行比对，得到对应的比对结果；最后根据所述比对结果，利用当前采样时刻的最低单体电池电压值预测未来时刻下所述燃料电池发动机中的最低单体电池电压值。由此可知，本技术可以利用最低单体电池电压时间序列历史数据，并基于预测算法实现低实施成本的燃料电池堆最低单体电池电压在线预测方法，提高对燃料电池堆中性能表现最差的单体电池的运行状态感知能力，从而能及时地对燃料电池发动机进行系统性控制干预，延缓最差单体电池的性能劣化，避免“短板”单体电池带动相邻单体电池加速寿命衰减和进一步的整堆寿命衰减。此外，本技术不需要改变现有单体电池电压巡检器内部的电路结构，不会增加硬件成本。同时，本技术具有较强适配性，不同功率等级的燃料电池发动机只需配备基本的单体电池电压巡检器，即可实现电池电压预测方案的移植。

52、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。