申请/专利权人：吉林大学

申请日：2024-04-01

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN118299620A

主分类号：H01M8/04992

分类号：H01M8/04992;H01M8/04298;H01M8/04119;H01M8/0432;H01M8/0438;H01M8/04492;H01M8/04701;H01M8/04746;H01M8/04828

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.07.23#实质审查的生效;2024.07.05#公开

摘要：一种考虑能耗的燃料电池停机变流量吹扫快速动态规划方法，属于燃料电池汽车优化控制技术领域。本发明的目的是针对停机时刻环境温度与湿度精确控制吹扫流量，实现优化能耗目标的考虑能耗的燃料电池停机变流量吹扫快速动态规划方法。本发明的步骤是：搭建燃料电池停机吹扫三段式面向控制模型，在每一种分配方式的每个阶段给定的吹扫时间范围内，分别进行动态规划算法求解，得到最小代价函数对应的最优解，将动态规划控制器得到的最优吹扫流量路径输入到第一步搭建的被控对象模型中，对动态规划控制器进行验证。本发明针对现有动态规划算法面对大数据量状态量表格计算缓慢这一问题，采用前后双向遍历的动态规划算法结构，缩小状态量范围，减小算法计算量，提升动态规划算法快速性，进一步提升了控制性能。

主权项：1.一种考虑能耗的燃料电池停机变流量吹扫快速动态规划方法，其特征在于：其步骤是：S1、电堆吹扫三阶段模型建模过程如下：S11、透平面吹扫阶段气体流道相对湿度方程如下： 其中等式左端RHchan为气体流道相对湿度，s为气体蒸发面移动距离，为气体流道湿度对气体蒸发面移动距离导数，t为吹扫时间，为气体流道湿度对时间导数，f为吹扫气体流量。等式右端Wchan为气体流道宽度，Jdiff为水蒸气扩散系数；一阶段蒸发面移动方程如下： 其中s为气体蒸发面移动距离，t为吹扫时间，为气体蒸发面移动距离对时间导数，WGDL为气体扩散层厚度，k为气体扩散层孔隙率，φ0为气体扩散层初始液态水饱和度，ρwater为液态水密度，为水摩尔质量，Jdiff为水蒸气扩散系数，ΔN为水蒸气浓度差；S12、平面内吹扫阶段气体流道相对湿度方程如下： 其中等式左端RHchan为气体流道相对湿度，s为气体蒸发面移动距离，为气体流道湿度对气体蒸发面移动距离导数，t为吹扫时间，为气体流道湿度对时间导数，f为吹扫气体流量。等式右端Wchan为气体流道宽度，Jdiff为水蒸气扩散系数，Wgdl为气体扩散层厚度，Wland为电堆脊背宽度；二阶段蒸发面移动方程如下： 其中s为气体蒸发面移动距离，t为吹扫时间，为气体蒸发面移动距离对时间导数，Wland为电堆脊背宽度，k为气体扩散层孔隙率，φ0为气体扩散层初始液态水饱和度，ρwater为液态水密度，为水摩尔质量，Jdiff为水蒸气扩散系数，ΔN为水蒸气浓度差；膜上水传递方程如下： 其中Jdiff为水蒸气扩散系数，Psat为水饱和蒸气压，WGDL为气体扩散层厚度，Tamb为环境温度，R为气体常数，RHchan为气体流道相对湿度，amem,c为质子交换膜面向气体流道部分水活跃度，Wmem为质子交换膜厚度，ρmem为质子交换膜密度，Mmem为质子交换膜相对质量，λmem,c为膜面向气体流道部分水含量，t为吹扫时间，为该部分水含量对时间导数；S13、膜吹扫阶段气体流道相对湿度方程如下： 其中等式左端RHchan为气体流道相对湿度，s为气体蒸发面移动距离，为气体流道湿度对气体蒸发面移动距离导数，t为吹扫时间，为气体流道湿度对时间导数，f为吹扫气体流量。等式右端Wequ为质子交换膜等效厚度，Jdiff为水蒸气扩散系数，amem,l为质子交换膜面向电堆脊背部分水活跃度，φamb为环境湿度影响下的进气湿度；面向电堆脊背部分水传递方程如下： 其中Jdiff为水蒸气扩散系数，Psat为水饱和蒸气压，Wequ为质子交换膜等效厚度，Tamb为环境温度，R为气体常数，RHchan为气体流道相对湿度，amem,l为质子交换膜面向电堆脊背部分水活跃度，Wmem为质子交换膜厚度，ρmem为质子交换膜密度，Mmem为质子交换膜相对质量，λmem,c为膜面向气体流道部分水含量，t为吹扫时间，为该部分水含量对时间导数；S2、将以上搭建好的停机吹扫三阶段模型整理并简化为三阶段状态转移方程S21、第一阶段选择面对流道的质子交换膜表面水活跃度amem,c为状态量，气体吹扫流量f为控制量，u为气体吹扫流量换算后的系统输入，其中k11、k12、k13、k14、k15为上述模型中公式整理后的常值参数，有状态转移方程如下： S22、第二阶段选择面对脊背的质子交换膜表面水活跃度amem,l为状态量，气体吹扫流量f为控制量，u为气体吹扫流量换算后的系统输入，其中k21、k22、k23、k24、k25为模型中公式整理后的常值参数，有状态转移方程如下： S23、第三阶段同样选择面对脊背的质子交换膜表面水活跃度amem,l为状态量，气体吹扫流量f为控制量，u为气体吹扫流量换算后的系统输入，其中k31、k32、k33、k34为模型中公式整理后的常值参数，有状态转移方程如下： S3、动态规划控制器考虑到实际车载空压机有功率范围限制，吹扫流量范围为：30Lmin≤f≤80Lmin12每阶段动态规划算法的代价函数如下：minJi＝minGi+Xii＝1,2,313其中i＝1,2,3是三个阶段的标识，分别代表第一第二第三阶段；第一阶段阶段所有状态转移步骤能耗总和： 其中：gk为每次状态转移产生的能耗，k代表当前步骤为第k次状态转移步骤，n为第一阶段状态量网格点数；最后一步状态量软约束X1＝105×amem,c,n-1-amem,c,final15amem,c,n-1为吹扫第一阶段倒数第二步的状态量值，amem,c,final为吹扫第一阶段的期望状态量终值。

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权利要求：

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