CN114937793A - 一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法，包括以下步骤：步骤1：建立完整准确的燃料电池模型；步骤2：对输入参数在正常环境温度下完成标定，使得运行参数运行至预定范围；步骤3：固定标定的输入参数，通过敏感性分析矩阵完成燃料电池各个运行参数对各个环境参数的敏感性分析；步骤4：通过敏感性分析，找出受各个环境参数影响最大的运行参数；步骤5：找出影响步骤4中运行参数的控制参数；步骤6：对不同环境下的控制参数完成不同的标定调整；步骤7：搭建实验平台，测试验证分析结果。本发明可以在环境参数变化的情况下利用的运行参数进行控制调节，保障燃料电池正常运行。

Description

一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法
技术领域
本发明属于燃料电池领域，细分领域为燃料电池系统优化领域，尤其涉及一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法。
背景技术
由于氢燃料电池系统涉及到包括电化学、物理学、热力学在内的复杂水、热、电变化过程，其控制系统的部分控制参数需要根据燃料电池系统运行工况及环境参数进行选取，以达到良好的控制效果。目前的研究技术主要通过测试标定，利用特定工况下标定得到的参数对氢燃料电池系统进行控制。
现有技术大多是基于特定工况下标定得到的参数对燃料电池系统进行控制，但随着氢燃料电池系统在车载，船舶等领域受到广泛搭载应用，在复杂不确定性工况场景下应用增多。燃料电池在高低温环境下，在不同海拔下等不同环境下，其运行参数会产生显著变化，在常规工况下的控制参数不再能满足控制策略设计的需求。同时，获取丰富具体到工况的参数数据难度较大。燃料电池控制系统的控制器设计往往只针对单一温度、气压、湿度环境下进行设计，控制目标缺少对环境快速变化的调节能力，进而会降低燃料电池系统的环境适应性和实用价值。
针对上述情况，在不同环境下依旧使用特定工况下的氢燃料电池控制参数设计控制器显然不合适。一方面，如将所有运行的燃料电池以不同的控制器参数分别进行调节，所需求的控制器参数集相当庞大，且设计成本较高，难以投入市场应用。另一方面，氢燃料汽车通过此类方法不能够很快的对外部环境变化做出响应，这会导致燃料电池控制系统的实用性大幅降低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法，
包括以下步骤：
步骤1：建立完整准确的燃料电池模型，其微分代数方程组表达形式如下：
Figure BDA0003658425640000021
Figure BDA0003658425640000022
其中，x为动态参数向量，y为代数参数向量，u为控制输入参数向量，θ为环境参数向量；
步骤2：对输入参数在正常环境温度下完成标定，使得运行参数运行至预定范围，其中，其预定范围：x∈[xmin,xmax],y∈[ymin,ymax]；
xmin表示燃料电池中动态参数向量的取值范围的最小值；
xmax表示燃料电池中动态参数向量的取值范围的最大值；
ymin表示燃料电池中代数参数向量的取值范围的最小值；
ymax表示燃料电池中代数参数向量的取值范围的最大值；
步骤3：固定标定的输入参数，通过敏感性分析矩阵
Figure BDA0003658425640000023
完成燃料电池各个运行参数对各个环境参数的敏感性分析；
步骤4：通过敏感性分析，找出受各个环境参数影响最大的运行参数；
步骤5：找出影响步骤4中运行参数的控制参数；
如果需要控制针对环境参数变化做出调整，则需要找到控制运行参数的控制回路进行分析，或者通过敏感性分析矩阵
Figure BDA0003658425640000024
再做一次敏感性分析找出对该运行参数影响最大的控制参数；
步骤6：对不同环境下的控制参数完成不同的标定调整，使得在非正常环境参数下的燃料电池仍能正常运行；
步骤7：搭建实验平台，测试验证分析结果。
优选地，所述的一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法，所述步骤7中实验平台采用环境模拟仓。
优选地，所述的一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法，在实际燃料电池中，需要对电堆加装环境传感器从而控制器能够根据传感器的输入，并来调节控制器标定值。
优选地，所述的一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法，所述环境传感器包括环境湿度、气压和温度传感器。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明在调节过程中，燃料电池系统无需根据不同环境设置不同的控制参数，可通过敏感性分析用于探测参数变化对系统中关注的运行参数变化的影响，从而在环境参数变化的情况下利用相关的运行参数进行控制调节，保障燃料电池正常运行。本发明降低了燃料电池在不同环境下设计的复杂性，且降低了燃料电池控制系统的成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明的氢燃料电池系统运行参数针对各环境参数的敏感性关系示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或竖直，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例
如图1和图2所示，一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法，
包括以下步骤：
步骤1：建立完整准确的燃料电池模型，其微分代数方程组表达形式如下：
Figure BDA0003658425640000051
Figure BDA0003658425640000052
其中，x为动态参数向量，y为代数参数向量，u为控制输入参数向量，θ为环境参数向量；
步骤2：对输入参数在正常环境温度下完成标定，使得运行参数运行至预定范围，其中，其预定范围：x∈[xmin,xmax],y∈[ymin,ymax]；
xmin表示燃料电池中动态参数向量的取值范围的最小值；
xmax表示燃料电池中动态参数向量的取值范围的最大值；
ymin表示燃料电池中代数参数向量的取值范围的最小值；
ymax表示燃料电池中代数参数向量的取值范围的最大值；
步骤3：固定标定的输入参数，通过敏感性分析矩阵
Figure BDA0003658425640000053
完成燃料电池各个运行参数对各个环境参数的敏感性分析；
步骤4：通过敏感性分析，找出受各个环境参数影响最大的运行参数；
步骤5：找出影响步骤4中运行参数的控制参数；
如果需要控制针对环境参数变化做出调整，则需要找到控制运行参数的控制回路进行分析，或者通过敏感性分析矩阵
Figure BDA0003658425640000054
再做一次敏感性分析找出对该运行参数影响最大的控制参数；
步骤6：对不同环境下的控制参数完成不同的标定调整，使得在非正常环境参数下的燃料电池仍能正常运行；
步骤7：搭建实验平台，测试验证分析结果。
其中步骤7中来验证控制参数针对环境的调节能够使得燃料电池运行到正常环境参数下所标定预定范围内的工作状态。
本发明中所述步骤7中实验平台采用环境模拟仓。
本发明中在实际燃料电池中，需要对电堆加装环境传感器从而控制器能够根据传感器的输入，并来调节控制器标定值。
本发明中所述环境传感器包括环境湿度、气压和温度传感器，或者其他本领域人员已知的检测其他参数的传感器，都可以应用于本发明中。
本发明中针对运行参数、控制输入参数和环境参数的具体参数，见表1。
表1
Figure BDA0003658425640000061
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法，其特征在于，
包括以下步骤：
步骤1：建立完整准确的燃料电池模型，其微分代数方程组表达形式如下：
Figure FDA0003658425630000011
Figure FDA0003658425630000012
其中，x为动态参数向量，y为代数参数向量，u为控制输入参数向量，θ为环境参数向量；
步骤2：对输入参数在正常环境温度下完成标定，使得运行参数运行至预定范围，其中，其预定范围：x∈[xmin,xmax],y∈[ymin,ymax]；
xmin表示燃料电池中动态参数向量的取值范围的最小值；
xmax表示燃料电池中动态参数向量的取值范围的最大值；
ymin表示燃料电池中代数参数向量的取值范围的最小值；
ymax表示燃料电池中代数参数向量的取值范围的最大值；
步骤3：固定标定的输入参数，通过敏感性分析矩阵
Figure FDA0003658425630000013
完成燃料电池各个运行参数对各个环境参数的敏感性分析；
步骤4：通过敏感性分析，找出受各个环境参数影响最大的运行参数；
步骤5：找出影响步骤4中运行参数的控制参数；
如果需要针对环境参数变化做出调整，则需要找到控制运行参数的控制回路进行分析，或者通过敏感性分析矩阵
Figure FDA0003658425630000014
再做一次敏感性分析找出对该运行参数影响最大的控制参数；
步骤6：对不同环境下的控制参数完成不同的标定调整，使得在非正常环境参数下的燃料电池仍能正常运行；
步骤7：搭建实验平台，测试验证分析结果。
2.根据权利要求1所述的一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法，其特征在于：所述步骤7中实验平台采用环境模拟仓。
3.根据权利要求1所述的一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法，其特征在于：在实际燃料电池中，需要对电堆加装环境传感器从而控制器能够根据传感器的输入，来调节控制器标定值。
4.根据权利要求3所述的一种针对燃料电池环境参数变化的敏感性分析和调整方法，其特征在于：所述环境传感器包括环境湿度、气压和温度传感器。
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