一种燃料电池低温启动控制、装置、设备及存储介质的制作方法

本发明实施例涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池低温启动控制、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、氢燃料电池作为一种高效率发电装置，以氢气为主要的能源载体，产物只有电能和纯净水，能量转化效率高达50％～70％，且具有生成物零污染、储氢系统能量密度高等优点，目前正广泛应用于交通运输领域新能源车辆。质子交换膜燃料电池作为新能源车辆动力系统形式之一，具有良好的应用前景。

2、在商用车比如重卡、公交、客车等领域，燃料电池车辆与纯电汽车相比具有更长的续驶里程、相对较为固定的驾驶场景，便于现阶段推广应用。但是与传统内燃机车辆相比，燃料电池汽车在低温环境适应性方面仍面临较大挑战。燃料电池低温环境运行产生的水很容易发生冻结导致气体传输受阻，反应气体不能及时到达催化反应界面，导致燃料电池冷启动失败，甚至破坏膜电极组件内部结构，严重影响其使用寿命。

3、随着电堆功率越来越大，可以采用辅助加热装置可以降低燃料电池低温环境运行产生的水冻结的风险；目前现有技术中仅根据燃料电池电堆的参数、电堆工作条件模拟低温启动过程，分析燃料电池低温启动性能，得到燃料电池内部温度、电路密度、结冰状态等状态量的分布以及随时间的变化，从而预测低温启动性能；未考虑辅助加热装置的加热功率这一参数进行低温启动性能预测；如此在指导电堆设计和控制方法的设计中，不能进行全面性分析指导；另外，采用预标定式燃料电池系统低温启动策略，导致实际燃料电池低温启动过程不支持实时优化调节，对启动时间和启动能耗不能实现实时最优控制。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种燃料电池低温启动控制、装置、设备及存储介质，以实现通过燃料电池低温启动模型确定最优ptc加热功率及最优电堆加载电流，同时利用最优ptc加热功率及最优电堆加载电流进行实际燃料电池系统实时优化控制，可以保证燃料电池实际启动过程中较快的低温启动时间和较低的启动总能耗。

2、为达到以上目的，第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池低温启动控制方法，该方法包括：

3、根据低温启动性能预测模型确定最优ptc加热功率及最优电堆加载电流；

4、将所述最优ptc加热功率及所述最优电堆加载电流输入至所述低温启动性能预测模型以确定电堆输出目标电压及电堆冷却液目标出口温度；

5、将所述最优ptc加热功率、所述最优电堆加载电流作为实际燃料电池低温启动的控制参数以使所述实际燃料电池低温启动；

6、实时采集所述实际燃料电池低温启动过程的电堆输出实际电压及电堆冷却液实际出口温度；

7、根据所述电堆输出实际电压及所述电堆输出目标电压的偏差调节所述最优电堆加载电流；根据电堆冷却液实际出口温度及所述电堆冷却液目标出口温度偏差调节所述最优ptc加热功率。

8、可选的，根据低温启动性能预测模型确定最优ptc加热功率及最优电堆加载电流.包括：

9、建立低温启动性能预测模型；其中，所述低温启动性能预测模型的输入参数包括燃料电池电堆初始参数、环境参数、电堆工作条件、电堆物性参数、ptc加热功率参数、电堆加载电流参数；所述低温启动性能预测模型的输出参数包括电堆冷却液出口温度参数、燃料电池冷启动时间参数、电堆输出电压参数及启动总能耗参数；

10、基于所述燃料电池冷启动时间参数最短及所述启动总能耗参数最小，根据所述低温启动性能预测模型对所述ptc加热功率参数及所述电堆加载电流参数进行寻优求解以得到最优ptc加热功率及最优电堆加载电流。

11、可选的，建立低温启动性能预测模型，具体为：

12、[tcool，t，vstack，w]＝f(paramsini，paramsamb，paramscond，paramsstack，pptc，istack)；

13、其中，paramsini为所述燃料电池电堆初始参数、paramsamb为所述环境参数、paramscond为所述电堆工作条件、paramsstack为所述电堆物性参数、pptc为所述ptc加热功率参数、istack为所述电堆加载电流参数；

14、tcool为所述电堆冷却液出口温度参数、t为所述燃料电池冷启动时间参数、vstack为所述电堆输出电压参数，w为所述启动总能耗参数；

15、基于所述燃料电池冷启动时间参数最短及所述启动总能耗参数最小，根据所述低温启动性能预测模型对所述ptc加热功率参数及所述电堆加载电流参数进行寻优求解，具体为：

16、[tcool，t，vstack，w]＝f(paramsini，paramsamb，paramscond，paramsstack，pptc，istack)；

17、min[w，t]

18、

19、其中，imin，imax分别表示电堆低温启动过程中最小许用电堆电流及最大许用电流；pmax表示辅助加热系统ptc的最大许用加热功率。

20、可选的，基于所述燃料电池冷启动时间参数最短及所述启动总能耗参数最小，根据所述低温启动性能预测模型对所述ptc加热功率参数及所述电堆加载电流参数进行寻优求解，具体为：

21、[tcool，t，vstack，w]＝f(paramsini，paramsamb，paramscond，paramsstack，pptc，istack)

22、min w

23、

24、其中，ttarg表示燃料电池目标冷启动时间参数。

25、可选的，所述燃料电池电堆初始参数包括：质子膜初始水含量及电堆初始温度；

26、所述环境参数包括环境温度及电堆周围空气流速；

27、所述电堆工作条件包括反应气体温度、反应气体压力及反应气体过量系数；

28、所述电堆物性参数包括质子膜电极反应动力学参数。

29、第二方面，本发明实施例还提供了一种燃料电池低温启动控制装置，该装置包括：

30、最优控制参数确定模块，用于根据低温启动性能预测模型确定最优ptc加热功率及最优电堆加载电流；

31、目标参数确定模块，用于将所述最优ptc加热功率及所述最优电堆加载电流输入至所述低温启动性能预测模型以确定电堆输出目标电压及电堆冷却液目标出口温度；

32、实际低温启动模块，用于将所述最优ptc加热功率、所述最优电堆加载电流作为实际燃料电池低温启动的初始控制参数以使所述实际燃料电池进行低温启动；

33、采集模块，用于实时采集所述实际燃料电池低温启动过程的电堆输出实际电压及电堆冷却液实际出口温度；

34、pid控制模块，用于根据所述电堆输出实际电压及所述电堆输出目标电压的偏差、根据电堆冷却液实际出口温度及所述电堆冷却液目标出口温度偏差调节所述最优ptc加热功率及调节所述最优电堆加载电流。

35、可选的，最优控制参数确定模块包括：

36、模型建立单元，用于建立低温启动性能预测模型；其中，所述低温启动性能预测模型的输入参数包括燃料电池电堆初始参数、环境参数、电堆工作条件、电堆物性参数、ptc加热功率参数、电堆加载电流参数；所述低温启动性能预测模型的输出参数包括电堆冷却液出口温度参数、燃料电池冷启动时间参数、电堆输出电压参数及启动总能耗参数；

37、最优控制参数确定单元，用于基于所述燃料电池冷启动时间参数最短及所述启动总能耗参数最小，根据所述低温启动性能预测模型对所述ptc加热功率参数及所述电堆加载电流参数进行寻优求解以得到最优ptc加热功率及最优电堆加载电流。

38、第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

39、至少一个处理器；以及

40、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

41、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行第一方面所述的燃料电池低温启动控制方法。

42、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现第一方面所述的燃料电池低温启动控制方法。

43、本发明实施例，根据低温启动性能预测模型确定最优ptc加热功率及最优电堆加载电流；将最优ptc加热功率及最优电堆加载电流输入至低温启动性能预测模型以确定电堆输出目标电压及电堆冷却液目标出口温度；将最优ptc加热功率、最优电堆加载电流作为实际燃料电池低温启动的控制参数以使实际燃料电池低温启动；实时采集实际燃料电池低温启动过程的电堆输出实际电压及电堆冷却液实际出口温度；根据电堆输出实际电压及电堆输出目标电压的偏差调节最优电堆加载电流；根据电堆冷却液实际出口温度及电堆冷却液目标出口温度偏差调节最优ptc加热功率，如此实现了通过燃料电池低温启动模型确定最优ptc加热功率及最优电堆加载电流，同时利用最优ptc加热功率及最优电堆加载电流进行实际燃料电池系统实时优化控制，可以保证燃料电池实际启动过程中较快的低温启动时间和较低的启动总能耗。