控制参数的更新方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种控制参数的更新方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.目前，质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel by the battery，pemfc)因其具有的系统稳定性高、可在室温下工作和转换效率高等优势，在电动汽车、轨道交通、固定发电等领域得到了广泛运用。
3.质子交换膜燃料电池的性能与燃料电池系统的操作条件密切相关，对于同一款电堆而言，存在最优操作条件(也即是在该最优操作条件下性能最佳)。所以，现有技术中，在控制燃料电池系统时，可以先确定该燃料电池系统的最优操作条件，然后在该最优操作条件下控制燃料电池系统启动运行。
4.然而，燃料电池系统在运行过程中，由于启停、变载等复杂工况的存在会导致燃料电池老化，所以，在以预先确定的最优操作条件控制燃料电池系统运行的过程中，燃料电池系统的性能会越来越差。


技术实现要素：

5.本技术提供一种控制参数的更新方法、装置、设备及存储介质，通过对燃料电池系统的最优操作条件进行动态更新，可以减少燃料电池的老化程度对燃料电池系统的性能产生的影响。
6.为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：
7.第一方面，本技术提供一种控制参数的更新方法，应用于燃料电池系统的燃料电池控制器，该方法包括：确定燃料电池系统的当前输出电压；基于当前输出电压、以及燃料电池系统的初始输出电压，确定燃料电池系统是否满足参数更新条件；在确定燃料电池系统满足参数更新条件的情况下，基于当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，确定燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值。
8.本技术提供的技术方案中，由于随着燃料电池的老化，燃料电池系统的当前输出电压也会随之变化，所以，基于燃料电池系统的当前输出电压和燃料电池系统的初始输出电压，可以确定出燃料电池的老化程度。因此，本技术提供的技术方案中，燃料电池控制器在控制燃料电池系统运行时，可以先确定燃料电池系统的当前输出电压；之后，基于当前输出电压、以及燃料电池系统的初始输出电压，确定燃料电池系统是否满足参数更新条件；在确定燃料电池系统满足参数更新条件的情况下，表示燃料电池的老化程度对燃料电池系统的性能产生了一定的影响，此时，可以基于当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，重新确定燃料电池系统的最优操作条件，也即是确定燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值。可以看出，本技术可以基于燃料电池的老化程度对燃料电池系统的最优操作条件(也即是各控制参数的控制值)进行动态更新，这样，可以减少燃料电池的老化
程度对燃料电池系统的性能产生的影响。
9.可选的，在一种可能的设计方式中，确定燃料电池系统的当前输出电压，包括：
10.以预设时长为采样间隔获取燃料电池系统的当前电压电流曲线；
11.根据燃料电池系统的额定电流、以及当前电压电流曲线，确定当前输出电压。
12.可选的，在另一种可能的设计方式中，基于当前输出电压、以及燃料电池系统的初始输出电压，确定燃料电池系统是否满足参数更新条件，包括：
13.确定初始输出电压与当前输出电压的电压偏差量是否大于预设偏差量；
14.在电压偏差量大于预设偏差量的情况下，确定燃料电池系统满足参数更新条件；在确定电压偏差量小于或等于预设偏差量的情况下，确定燃料电池系统不满足参数更新条件。
15.可选的，在另一种可能的设计方式中，燃料电池稳态模型为基于第一预设目标函数、第二预设目标函数以及预设约束条件建立的数学模型；
16.其中，第一预设目标函数为，以燃料电池系统的净输出功率为目标向量、且以各控制参数为决策变量建立的对应关系；第二预设目标函数为，以燃料电池系统的系统效率为目标向量、且以各控制参数为决策变量建立的对应关系；预设约束条件，包括各控制参数分别对应的子约束条件、净输出功率对应的子约束条件、以及系统效率对应的子约束条件。
17.可选的，在另一种可能的设计方式中，燃料电池稳态模型为，基于燃料电池电化学稳态子模型、燃料电池阴极气流子模型、燃料电池阳极气流子模型、以及空压机子模型确定的数学模型。
18.可选的，在另一种可能的设计方式中，基于当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，确定燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值，包括：
19.将当前输出电压输入燃料电池稳态模型，调用优化后的带约束处理机制的多目标自适应差分进化多目标优化算法，确定燃料电池稳态模型的输出结果，并根据输出结果确定各更新控制值；
20.其中，优化后的带约束处理机制的多目标自适应差分进化多目标优化算法中的变异算子和交叉因子随迭代次数自适应更新。
21.可选的，在另一种可能的设计方式中，各控制参数至少包括：阴极空气压力、阳极氢气压力、工作温度、阴极空气湿度、空压机转速、阴极空气流量、以及阳极氢气流量。
22.第二方面，本技术提供一种控制参数的更新装置，该装置可以配置于燃料电池系统的燃料电池控制器，包括确定模块和更新模块；
23.确定模块，用于确定燃料电池系统的当前输出电压；
24.确定模块，还用于基于当前输出电压、以及燃料电池系统的初始输出电压，确定燃料电池系统是否满足参数更新条件；
25.更新模块，用于在确定模块确定燃料电池系统满足参数更新条件的情况下，基于当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，确定燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值。
26.可选的，在一种可能的设计方式中，确定模块具体用于：
27.以预设时长为采样间隔获取燃料电池系统的当前电压电流曲线；
28.根据燃料电池系统的额定电流、以及当前电压电流曲线，确定当前输出电压。
29.可选的，在另一种可能的设计方式中，确定模块具体用于：
30.确定初始输出电压与当前输出电压的电压偏差量是否大于预设偏差量；
31.在电压偏差量大于预设偏差量的情况下，确定燃料电池系统满足参数更新条件；在确定电压偏差量小于或等于预设偏差量的情况下，确定燃料电池系统不满足参数更新条件。
32.可选的，在另一种可能的设计方式中，燃料电池稳态模型为基于第一预设目标函数、第二预设目标函数以及预设约束条件建立的数学模型；
33.其中，第一预设目标函数为，以燃料电池系统的净输出功率为目标向量、且以各控制参数为决策变量建立的对应关系；第二预设目标函数为，以燃料电池系统的系统效率为目标向量、且以各控制参数为决策变量建立的对应关系；预设约束条件，包括各控制参数分别对应的子约束条件、净输出功率对应的子约束条件、以及系统效率对应的子约束条件。
34.可选的，在另一种可能的设计方式中，燃料电池稳态模型为，基于燃料电池电化学稳态子模型、燃料电池阴极气流子模型、燃料电池阳极气流子模型、以及空压机子模型确定的数学模型。
35.可选的，在另一种可能的设计方式中，更新模块具体用于：
36.将当前输出电压输入燃料电池稳态模型，调用优化后的带约束处理机制的多目标自适应差分进化多目标优化算法，确定燃料电池稳态模型的输出结果，并根据输出结果确定各更新控制值；
37.其中，优化后的带约束处理机制的多目标自适应差分进化多目标优化算法中的变异算子和交叉因子随迭代次数自适应更新。
38.可选的，在另一种可能的设计方式中，各控制参数至少包括：阴极空气压力、阳极氢气压力、工作温度、阴极空气湿度、空压机转速、阴极空气流量、以及阳极氢气流量。
39.第三方面，本技术提供一种控制参数的更新设备，包括存储器、处理器、总线和通信接口；存储器用于存储计算机执行指令，处理器与存储器通过总线连接；当控制参数的更新设备运行时，处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以使控制参数的更新设备执行如上述第一方面提供的控制参数的更新方法。
40.第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当计算机执行指令时，使得计算机执行如第一方面提供的控制参数的更新方法。
41.第五方面，本技术提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机指令，当计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如第一方面提供的控制参数的更新方法。
42.需要说明的是，上述计算机指令可以全部或者部分存储在计算机可读存储介质上。其中，计算机可读存储介质可以与控制参数的更新设备的处理器封装在一起的，也可以与控制参数的更新设备的处理器单独封装，本技术对此不做限定。
43.本技术中第二方面、第三方面、第四方面以及第五方面的描述，可以参考第一方面的详细描述；并且，第二方面、第三方面、第四方面以及第五方面的描述的有益效果，可以参考第一方面的有益效果分析，此处不再赘述。
44.在本技术中，对于上述涉及到的设备或功能模块的名称不构成限定，在实际实现中，这些设备或功能模块可以以其他名称出现。只要各个设备或功能模块的功能和本技术
类似，均属于本技术及其等同技术的范围之内。
45.本技术的这些方面或其他方面在以下的描述中会更加简明易懂。
附图说明
46.图1为本技术实施例提供的一种控制参数的更新方法的流程示意图；
47.图2为本技术实施例提供的另一种控制参数的更新方法的流程示意图；
48.图3为本技术实施例提供的又一种控制参数的更新方法的流程示意图；
49.图4为本技术实施例提供的一种控制参数的更新装置的结构示意图；
50.图5为本技术实施例提供的一种控制参数的更新设备的结构示意图。
具体实施方式
51.下面结合附图对本技术实施例提供的控制参数的更新方法、装置、设备及存储介质进行详细地描述。
52.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
53.本技术的说明书以及附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，或者用于区别对同一对象的不同处理，而不是用于描述对象的特定顺序。
54.此外，本技术的描述中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选的还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选的还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
55.需要说明的是，本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
56.在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。
57.另外，本技术技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。
58.现有技术中，燃料电池系统运行过程中，由于启停、变载等复杂工况的存在会导致燃料电池老化，所以，在以预先确定的最优操作条件控制燃料电池系统运行的过程中，燃料电池系统的性能会越来越差。
59.针对上述现有技术中存在的问题，本技术实施例提供了一种控制参数的更新方法，该方法可以基于燃料电池的老化程度对燃料电池系统的最优操作条件(也即是各控制参数的控制值)进行动态更新，因此，可以减少燃料电池的老化程度对燃料电池系统的性能产生的影响。
60.本技术实施例提供的控制参数的更新方法可以由本技术实施例提供的控制参数的更新装置来执行，该装置可以以软件和/或硬件的方式实现，并集成在执行本方法的控制参数的更新设备中。其中，控制参数的更新设备可以是燃料电池系统的燃料电池控制器(fuel-cell control unit，fcu)。
61.下面结合附图对本技术提供的控制参数的更新方法进行说明。
62.参照图1，本技术实施例提供的控制参数的更新方法包括s101-s103：
63.s101、确定燃料电池系统的当前输出电压。
64.本技术实施例提供的控制参数的更新方法可以应用于燃料电池系统的燃料电池控制器。在一种可能的实现方式中，燃料电池系统出厂时，可以先对燃料电池系统的初始输出电压进行检测，并且可以确定燃料电池系统当前的最优操作条件下的各控制参数分别对应的初始控制值，燃料电池控制器在首次控制燃料电池系统运行时，可以基于各控制参数分别对应的初始控制值控制燃料电池系统运行。之后，燃料电池控制器在接收到用于控制燃料电池系统运行的控制指令时，可以先确定燃料电池系统的当前输出电压，并对比该当前输出电压和初始输出电压确定燃料电池的老化程度，在确定老化程度对燃料电池系统的性能产生一定影响时，可以重新确定各控制参数分别对应的更新控制值，并基于各更新控制值控制燃料电池系统运行。
65.可选的，确定燃料电池系统的当前输出电压，可以包括：以预设时长为采样间隔获取燃料电池系统的当前电压电流曲线；根据燃料电池系统的额定电流、以及当前电压电流曲线，确定当前输出电压。
66.其中，预设时长可以是预先确定的时长，比如，预设时长可以是100小时。电压电流曲线可以是电压电流特性曲线(即vi曲线)。
67.示例性的，燃料电池系统出厂时，可以对燃料电池系统的初始电压电流曲线进行一次离线测试，基于该初始电压电流曲线，可以确定出与燃料电池系统的额定电流对应的初始输出电压。之后，可以每间隔100小时对燃料电池系统进行一次vi自检，得到当前电压电流曲线，并确定出燃料电池系统的额定电流在当前电压电流曲线中对应的当前输出电压。
68.当燃料电池的老化程度小于一定程度时，对燃料电池系统性能的影响并不明显，而短时间内燃料电池的老化程度不会发生很大的变化，所以，本技术实施例中，为了提高燃料电池控制器对控制指令的响应速率，同时减少vi自检测试，可以每间隔预设时长测试一次当前电压电流曲线，燃料电池控制器在接收到控制指令时，若距离上次vi自检的时长未达到预设时长，可以直接基于上一个确定的各控制参数分别对应的控制值控制燃料电池系统运行。
69.s102、基于当前输出电压、以及燃料电池系统的初始输出电压，确定燃料电池系统是否满足参数更新条件。
70.其中，参数更新条件可以是预先确定的参数更新条件，比如，参数更新条件可以是初始输出电压与当前输出电压的差值大于事先确定的电压值。
71.另外，若确定燃料电池系统满足参数更新条件，还可以将初始输出电压更新为当前输出电压，以供后续控制运行过程判断老化程度时参考。
72.可选的，基于当前输出电压、以及燃料电池系统的初始输出电压，确定燃料电池系统是否满足参数更新条件，可以包括：确定初始输出电压与当前输出电压的电压偏差量是否大于预设偏差量；在电压偏差量大于预设偏差量的情况下，确定燃料电池系统满足参数更新条件；在确定电压偏差量小于或等于预设偏差量的情况下，确定燃料电池系统不满足参数更新条件。
73.其中，预设偏差量可以是预先确定的百分比，比如，可以是0.1％。
74.示例性的，若用v当前输出电压，v0表示初始输出电压，则初始输出电压与当前输出电压的电压偏差量为(v0-v)/v0，若(v0-v)/v0》0.1％，则表示燃料电池系统满足参数更新条件；反之，则表示燃料电池系统不满足参数更新条件。
75.s103、在确定燃料电池系统满足参数更新条件的情况下，基于当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，确定燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值。
76.其中，燃料电池稳态模型可以是预先确定的数学模型，该燃料电池稳态模型中包含了当前输出电压与各控制参数之间的对应关系，将当前输出电压输入该燃料电池稳态模型，可以得到各控制参数的更新控制值。
77.可选的，燃料电池稳态模型为基于第一预设目标函数、第二预设目标函数以及预设约束条件建立的数学模型；其中，第一预设目标函数为，以燃料电池系统的净输出功率为目标向量、且以各控制参数为决策变量建立的对应关系；第二预设目标函数为，以燃料电池系统的系统效率为目标向量、且以各控制参数为决策变量建立的对应关系；预设约束条件，包括各控制参数分别对应的子约束条件、净输出功率对应的子约束条件、以及系统效率对应的子约束条件。
78.示例性的，若用f(x)表示燃料电池稳态模型，p
net
表示燃料电池系统的净输出功率，η表示燃料电池系统的系统效率，则f(x)＝[max(p
net
)，max(η)]
t
，其中，p
net
和η为受各控制参数、以及当前输出电压影响的参数，x为各控制参数，燃料电池稳态模型的优化目标为输出p
net
和η的最大值。
[0079]
为了确保燃料电池系统稳定安全运行，需要对各控制参数的参数值的范围进行限定，所以，本技术实施例中，在创建燃料电池稳态模型之前，可以预先确定各控制参数分别对应的子约束条件，之后，可以结合各控制参数分别对应的子约束条件创建燃料电池稳态模型。
[0080]
另外，燃料电池系统的性能存在极限值，比如，系统效率不可能达到100％，最大峰值输出功率不会超过额定功率，所以，还可以结合净输出功率对应的子约束条件、以及系统效率对应的子约束条件创建燃料电池稳态模型。
[0081]
可选的，各控制参数至少包括：阴极空气压力、阳极氢气压力、工作温度、阴极空气湿度、空压机转速、阴极空气流量、以及阳极氢气流量。
[0082]
可以理解的是，在实际应用中，各控制参数还可以包括其他参数，本技术实施例对此不做限定。
[0083]
可选的，燃料电池稳态模型为，基于燃料电池电化学稳态子模型、燃料电池阴极气流子模型、燃料电池阳极气流子模型、以及空压机子模型确定的数学模型。
[0084]
燃料电池系统的输出功率与燃料电池系统的当前输出电压有关，而燃料电池电化学稳态子模型可以用于表征燃料电池系统的输出电压与控制参数之间的关系，所以，本技术实施例中，可以基于燃料电池电化学稳态子模型创建燃料电池稳态模型。
[0085]
另外，燃料电池系统内除燃料电池堆外，还包括空压机、中冷器、加湿器、水泵、氢气循环泵等辅机，这些辅机的寄生功率会直接影响燃料电池系统的净输出功率，而操作条件的变化也会直接影响辅机的寄生功率，但改善操作条件的同时也会导致寄生功率的增大，从而导致净输出功率降低，产生不必要的燃料消耗。这些辅机中，空压机的寄生功率对
燃料电池系统的影响最大。由于燃料电池阴极气流子模型、燃料电池阳极气流子模型、以及空压机子模型可以表征空压机的寄生功率与控制参数之间的关系，从而可以确定出燃料电池系统的净输出功率与控制参数之间的关系，所以，本技术实施例中，可以结合燃料电池电化学稳态子模型、燃料电池阴极气流子模型、燃料电池阳极气流子模型、以及空压机子模型创建数学模型。
[0086]
可选的，基于当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，确定燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值，可以包括：将当前输出电压输入燃料电池稳态模型，调用优化后的带约束处理机制的多目标自适应差分进化多目标优化算法(即smode-εcd算法)，确定燃料电池稳态模型的输出结果，并根据输出结果确定各更新控制值。
[0087]
其中，优化后的smode-εcd算法中的变异算子和交叉因子随迭代次数自适应更新。变异算子可以是后代种群容量，用f(t)表示，反映的是后代的种群规模。交叉因子可以是后代种群容量中变异个体的种群容量，用cr(t)表示。
[0088]
示例性的，变异算子的自适应更新表达式可以是表达式(1)，交叉因子的自适应更新表达式可以是表达式(2)：
[0089]
f(t)＝f
min
+(f
max-f
min
)exp(-t/gen)(1)
[0090]cr
(t)＝cr，
min
+(cr，
max-cr，
min
)exp(-t/gen)(2)
[0091]
其中，f
min
和f
max
分别表示参数f的最小值和最大值，在[0，1]之间取值，t表示当前进化代数，gen表示总进化代数。cr，
min
和cr，
max
分别表示参数c的最小值和最大值。
[0092]
本技术实施例中，燃料电池稳态模型可以通过smode-εcd算法确定输出结果。对于smode-εcd算法而言，变异过程会改变解向量的种类和大小，从而影响种群进化变异的方向。而变异过程受参数f(表示种群容量)直接控制，所以需要设定smode-εcd算法的参数f。但是，若直接采用该smode-εcd算法确定燃料电池稳态模型的输出结果，当参数f设定太小时，迭代前期种群容量过小，而当参数f设定太大时，迭代后期种群容量过大，收敛速度很小。因此，本技术实施例可以对smode-εcd算法中的参数f进行自适应更新，通过在每一代变异过程对参数f进行调整以适应每一个种群规模和特性。这样，可以使得迭代前期种群容量较大，以保持种群多样性，使得迭代后期种群容量逐渐减小，保持最优个体的收敛性分布性，提高收敛速度。
[0093]
另外，对于smode-εcd算法而言，交叉过程也会改变解向量的种类和大小，从而影响种群进化变异的方向。而交叉过程受参数cr(表示变异个体容量)直接控制，所以需要设定smode-εcd算法的参数cr。类似的，为了维持算法的鲁棒性同时提高收敛速度，本技术实施例中，可以对smode-εcd算法中的参数cr进行自适应更新，通过在每一代变异过程对参数cr进行调整以适应每一个种群规模和特性。
[0094]
本技术实施例提供的控制参数的更新方法中，由于随着燃料电池的老化，燃料电池系统的当前输出电压也会随之变化，所以，基于燃料电池系统的当前输出电压和燃料电池系统的初始输出电压，可以确定出燃料电池的老化程度。因此，本技术实施例中，燃料电池控制器在控制燃料电池系统运行时，可以先确定燃料电池系统的当前输出电压；之后，基于当前输出电压、以及燃料电池系统的初始输出电压，确定燃料电池系统是否满足参数更新条件；在确定燃料电池系统满足参数更新条件的情况下，表示燃料电池的老化程度对燃料电池系统的性能产生了一定的影响，此时，可以基于当前输出电压、以及预先确定的燃料
电池稳态模型，重新确定燃料电池系统的最优操作条件，也即是确定燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值。可以看出，本技术实施例可以基于燃料电池的老化程度对燃料电池系统的最优操作条件(也即是各控制参数的控制值)进行动态更新，这样，可以减少燃料电池的老化程度对燃料电池系统的性能产生的影响。
[0095]
综合以上描述，如图2所示，图1中的步骤s101可以替换为s1011-s1012：
[0096]
s1011、以预设时长为采样间隔获取燃料电池系统的当前电压电流曲线。
[0097]
s1012、根据燃料电池系统的额定电流、以及当前电压电流曲线，确定当前输出电压。
[0098]
可选的，如图3所示，图1中的步骤s102可以替换为s1021-s1022：
[0099]
s1021、确定初始输出电压与当前输出电压的电压偏差量是否大于预设偏差量。
[0100]
s1022、在电压偏差量大于预设偏差量的情况下，确定燃料电池系统满足参数更新条件；在确定电压偏差量小于或等于预设偏差量的情况下，确定燃料电池系统不满足参数更新条件。
[0101]
为了更为清晰的说明本技术实施例提供的控制参数的更新方法，下面以一个具体的实施例说明该方法的详细实现过程。
[0102]
步骤1、为了确定燃料电池系统的输出电压与控制参数之间的关系，可以先建立燃料电池电化学稳态子模型。燃料电池电化学稳态子模型对应的表达式为表达式(3)：
[0103]
vcell＝e
cell-v
act-v
ohm-v
con
(3)
[0104]
其中，vcell表示燃料电池系统的单体输出电压，表示为开路电压与各种过电压的差值；e
cell
表示燃料电池内部电势，v
act
表示活化过电压，v
ohm
表示欧姆过电压，v
con
表示浓度差过电压。
[0105]
基于能斯特方程及吉布斯自由能公式，可以得到ecell对应的表达式(4)：
[0106]ecell
＝1.229-8.5
×
10-4
(t
st-298)+4.308t
st
×
(ln p
h2
+0.5ln p
o2
)(4)
[0107]
其中，t
st
表示电堆的工作温度，p
h2
表示氢气分压，p
o2
表示氧气分压。需要说明的是，本技术实施例中各表达式中的常数均为经验参数。
[0108]
活化过电压可以基于表达式(5)得到：
[0109]vact
＝ξ1+ξ2t
st
+ξ3t
st
ln c
o2
+ξ4t
st
ln i
st
(5)
[0110]
其中，ξ1、ξ2、ξ3、ξ4为经验参数，i
st
表示负载电流，c
o2
表示阴极氧气浓度，
[0111]
欧姆过电压可以基于表达式(6)得到：
[0112]vohm
＝i
st
r＝i
st
(rm+rc) (6)
[0113]
其中，rc表示电池内阻，可以通过表达式(7)得到，rm表示质子交换膜阻抗，可以通过表达式(8)得到：
[0114]
rc＝0.01605-3.5
×
10-5
t
st
+8
×
10-5ist
(7)
[0115][0116]rm
表示质子交换膜电阻率，l表示质子交换膜的厚度，a表示质子交换膜的表面积，
μ表示燃料电池工作时质子交换膜的含水量。
[0117]
浓度差过电压可以基于表达式(9)得到：
[0118]vcon
＝-bln(i/i
max
)(9)
[0119]
其中，i表示负载实际电密，i
max
表示负载最大电密，b为与t
st
有关的经验参数。
[0120]
可以看出，在i
st
确定的情况下，燃料电池系统的单体输出电压与多个非线性耦合的控制参数有关，包括p
h2
、p
o2
、t
st
。另外，在实际应用中，湿度条件也会对燃料电池系统的性能产生影响，且阳极一般不主动进行加湿处理，所以还可以确定单体输出电压与阴极空气湿度之间的对应关系，具体可以参照现有技术中的相关描述。综上，燃料电池系统的单体输出电压可以表示为：则燃料电池系统的当前输出电压可以表示为：v
st
＝nvcell，电堆输出功率可以表示为p
st
＝ni
st
vcell。其中，表示阴极空气湿度，n表示单电池片数。
[0121]
步骤2、为了确定燃料电池系统的空压机的功耗与控制参数之间的关系，可以分别建立燃料电池阴极气流子模型、燃料电池阳极气流子模型、以及空压机子模型，对应的表达式分别为表达式(10)、表达式(11)、表达式(12)：
[0122][0123][0124][0125]
其中，表达式(10)为阴极侧气体流量动态方程，式中表示阴极侧氧气流量的变化率，通过该表达式可以确定阴极侧氧气流量对燃料电池系统性能的影响。m
o2
表示阴极中氧气质量，w
o2,in
、w
o2,out
、w
o2,rat
分别表示阴极入口氧气流量、出口氧气流量和反应氧气流量，量，m
o2
表示氧气摩尔质量，表示大气摩尔质量，ω
atm
表示标准大气压下湿度率，w
sm
为进气管道流量(即阴极空气流量)，f为法拉第常数，λ表示空气计量比。
[0126]
此外，在控制燃料电池系统的氧气分压p
o2
时，实际控制的是阴极空气压力p
ca
，所以，本技术实施例还可以确定p
ca
与p
o2
之间的对应关系：p
ca
＝p
o2
+p
n2
+p
v,ca
。其中，p
n2
表示氮气分压，m
n2
表示氮气摩尔质量，m
n2
表示氮气质量，p
v,ca
表示水蒸气压力，表示水蒸气压力，表示水蒸气的饱和蒸气压力，v
ca1
为电堆阴极供给管路体积，r1为普适气体常数。
[0127]
类似的，表达式(11)为阳极侧气体流量动态方程，式中表示阳极侧氢气流量
的变化率，通过该表达式可以确定阳极侧氢气流量对燃料电池系统性能的影响。其中，w
h2,in
、w
h2,purge
、w
h2,rat
分别为阳极的入口氢气流量、排出氢气流量和氢气反应流量，m
h2
为阳极中氢气质量，ω
an,in
为阳极入口湿度率，w
an,in
为阳极入口气体流量(即阳极氢气流量)。另外，阳极氢气压力r1为普适气体常数，m
h2
为氢气摩尔质量，v
an2
为电堆阳极供给管路体积，m
w,an
为水蒸气质量，mv为水蒸气的摩尔质量。
[0128]
表达式(12)为空压机的压缩机转速的动态特性方程，通过该表达式可以确定空压机的功耗对燃料电池系统性能的影响。其中，j
cp
为压缩机转动惯量，ω
cp
为压缩机转速，τ
cm
为压缩机电动机驱动力矩，τ
cp
为压缩机负载力矩，k
t
、r
cm
、kv为电动机常数，η
cm
为电动机的机械效率，v
cm
为电动机驱动电压，c
p
为空气比热容，t
atm
为周围环境空气的温度，f
cp
为空气质量流量，f
cp
＝w
sm
，p
sm
为压缩机出口压力，p
sm
＝p
ca
，γ为比热容比，一般取1.4，η
cp
为压缩机的效率，p
atm
为大气压力。
[0129]
可以看出，影响空压机功耗的参数可以包括p
an
、p
ca
、λ、w
an,in
、w
sm
、ω
cp
。并且，由于在实际控制过程中无法控制p
h2
、p
o2
，那么，结合步骤1和步骤2建立的多个子模型可以确定，在i
st
确定的情况下，燃料电池系统的稳态输出功率与p
an
、p
ca
、λ、w
an,in
、w
sm
、ω
cp
、t
st
、有关。
[0130]
步骤3、基于步骤1和步骤2建立的燃料电池电化学稳态子模型、燃料电池阴极气流子模型、燃料电池阳极气流子模型、以及空压机子模型，建立燃料电池稳态模型。
[0131]
示例性的，燃料电池稳态模型f(x)＝[max(p
net
)，max(η)]
t
可以通过表达式(13)、表达式(14)、表达式(15)、以及表达式(16)表征：
[0132][0133]
p
st
＝f1(x
nl
，i
st
)(14)
[0134]
p
net
＝f1(x
nl
，i
st
)-f1(x
nl
，v
cm
)(15)
[0135][0136][0137]
其中，x
nl
表示与p
an
、p
ca
、λ、w
an,in
、w
sm
、ω
cp
、t
st
、有关的函数，表示与x
nl
、α和β有关的函数，α和β可以作为模型的定量入参(与当前输出电压一样，作为模型的输入参数)，p
st
表示燃料电池稳态输出功率，p
net
表示净输出功率，η表示系统效率。η
st
、η
aux
、η
dcdc
分别表示电堆的效率、发电效率(净输出功率与燃料电池稳态输出功率的比值，表征额外功耗的占比)、dcdc(直流电压变化器，是燃料电池的一个辅件)的转化效率；lhv表示氢气的低热值(为了减少生成水的状态对燃料电池功率计算时的影响，取氢气的低热值)。
[0138]
另外，若用x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8分别表示p
ca
、p
an
、t
st
、i
st
、ω
cp
、v
sm
、v
an,in
，
则各控制参数分别对应的子约束条件可以通过表达式(17)表示：
[0139][0140]
其中，v
sm
、v
an,in
分别表示阴极空气体积、以及阳极氢气体积。由于阴极空气流量和阳极氢气流量不容易控制，所以此处转化为体积。x4限制了负载电流的最大边界。
[0141]
此外，空气计量比在低负载时不能超过6，高负载时不能低于1.6，净输出功率不可以超过额定功率太多，以100kw燃料电池为例，峰值功率不超过110kw，系统效率不可以超过100％。
[0142]
步骤4、燃料电池系统出厂前，测试燃料电池系统的初始电压电流曲线，并记录额定电流对应的初始输出电压。之后，每间隔预设时长对燃料电池系统是否满足参数更新条件进行一次判断，当满足参数更新条件时，可以进入控制参数优化过程，也即是执行步骤5。
[0143]
步骤5、通过步骤3中的目标函数(即表达式(15)和表达式(16))、以及各子约束条件，可以对优化后的smode-εcd算法进行初始化随机种群，之后，通过差分进化不断地变异、交叉和选择产生新的种群，根据父子代种群的表现筛选出可行解，并且可以根据可行解的质量选择出最优质可行解，输出各控制参数的更新控制值。
[0144]
步骤6、燃料电池控制器基于各控制参数的更新控制值控制燃料电池系统中的各器件的运行。
[0145]
在一种可能的实现方式中，工作温度可以通过如下方式调控：通过电堆出口的温度传感器实时监测电堆内部反应的温度，获取到模型输出的更新后的工作温度后，若三通阀未全开(即小循环状态)，则可以调整三通阀的开度，若三通阀已全开(即大循环状态)，则可以向主控设备(比如，车辆的主控单元)反馈，由主控设备控制散热器和风扇的转速提高，以满足更新后的工作温度的要求。
[0146]
在一种可能的实现方式中，阴极空气湿度可以通过如下方式调控：实时监测电堆内部阻抗，阻抗值可以反映电堆内部湿度情况，获取到模型输出的更新后的阴极空气湿度后，可以控制减湿旁通阀的开度，从而调整进入电堆的干湿空气的比例，以满足电堆内部湿度的需求。
[0147]
在一种可能的实现方式中，阴极空气压力和阳极氢气压力可以通过如下方式调控：通过电堆出口压力传感器实时监测电堆内部反应压力，获取模型输出的更新后的阴极空气压力后，可以调整节气门的开度，获取足够的背压，使电堆满足阴极空气压力的需求，阳极氢气压力可以采用跟随策略，比阴极空气压力后高约20kpa。
[0148]
在一种可能的实现方式中，阴极空气体积和阳极氢气体积可以通过如下方式调控：获取到更新后的阴极空气体积和阳极氢气体积后，可以通过空压机控制器控制空压机转速，以调整阴极空气流量；通过控制比例阀的占空比调整进入电堆的阳极氢气体积；通过
控制氢气循环泵的转速满足空气计量比的需求。
[0149]
如图4所示，本技术实施例还提供了一种控制参数的更新装置，该装置可以配置于燃料电池系统的燃料电池控制器，包括：确定模块11、以及更新模块21。
[0150]
其中，确定模块11执行上述方法实施例中的s101和s102，更新模块21执行上述方法实施例中的s103。
[0151]
具体地，确定模块11，用于确定燃料电池系统的当前输出电压；
[0152]
确定模块11，还用于基于当前输出电压、以及燃料电池系统的初始输出电压，确定燃料电池系统是否满足参数更新条件；
[0153]
更新模块21，用于在确定模块11确定燃料电池系统满足参数更新条件的情况下，基于当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，确定燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值。
[0154]
可选的，在一种可能的设计方式中，确定模块11具体用于：
[0155]
以预设时长为采样间隔获取燃料电池系统的当前电压电流曲线；
[0156]
根据燃料电池系统的额定电流、以及当前电压电流曲线，确定当前输出电压。
[0157]
可选的，在另一种可能的设计方式中，确定模块11具体用于：
[0158]
确定初始输出电压与当前输出电压的电压偏差量是否大于预设偏差量；
[0159]
在电压偏差量大于预设偏差量的情况下，确定燃料电池系统满足参数更新条件；在确定电压偏差量小于或等于预设偏差量的情况下，确定燃料电池系统不满足参数更新条件。
[0160]
可选的，在另一种可能的设计方式中，燃料电池稳态模型为基于第一预设目标函数、第二预设目标函数以及预设约束条件建立的数学模型；
[0161]
其中，第一预设目标函数为，以燃料电池系统的净输出功率为目标向量、且以各控制参数为决策变量建立的对应关系；第二预设目标函数为，以燃料电池系统的系统效率为目标向量、且以各控制参数为决策变量建立的对应关系；预设约束条件，包括各控制参数分别对应的子约束条件、净输出功率对应的子约束条件、以及系统效率对应的子约束条件。
[0162]
可选的，在另一种可能的设计方式中，燃料电池稳态模型为，基于燃料电池电化学稳态子模型、燃料电池阴极气流子模型、燃料电池阳极气流子模型、以及空压机子模型确定的数学模型。
[0163]
可选的，在另一种可能的设计方式中，更新模块21具体用于：
[0164]
将当前输出电压输入燃料电池稳态模型，调用优化后的带约束处理机制的多目标自适应差分进化多目标优化算法，确定燃料电池稳态模型的输出结果，并根据输出结果确定各更新控制值；
[0165]
其中，优化后的带约束处理机制的多目标自适应差分进化多目标优化算法中的变异算子和交叉因子随迭代次数自适应更新。
[0166]
可选的，在另一种可能的设计方式中，各控制参数至少包括：阴极空气压力、阳极氢气压力、工作温度、阴极空气湿度、空压机转速、阴极空气流量、以及阳极氢气流量。
[0167]
可选的，控制参数的更新装置还可以包括存储模块，存储模块用于存储该控制参数的更新装置的程序代码等。
[0168]
如图5所示，本技术实施例还提供一种控制参数的更新设备，包括存储器41、处理
器(比如图5中的42-1和42-2)、总线43和通信接口44；存储器41用于存储计算机执行指令，处理器与存储器41通过总线43连接；当控制参数的更新设备运行时，处理器执行存储器41存储的计算机执行指令，以使控制参数的更新设备执行如上述实施例提供的控制参数的更新方法。
[0169]
在具体的实现中，作为一种实施例，处理器可以包括一个或多个中央处理器(central processing unit，cpu)，例如图5中所示的cpu0和cpu1。且作为一种实施例，控制参数的更新设备可以包括多个处理器，例如图5中所示的处理器42-1和处理器42-2。这些处理器中的每一个cpu可以是一个单核处理器(single-cpu)，也可以是一个多核处理器(multi-cpu)。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路、和/或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
[0170]
存储器41可以是只读存储器41(read-only memory，rom)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，ram)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，eeprom)、只读光盘(compact disc read-only memory，cd-rom)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器41可以是独立存在，通过总线43与处理器相连接。存储器41也可以和处理器集成在一起。
[0171]
在具体的实现中，存储器41，用于存储本技术中的数据和执行本技术的软件程序对应的计算机执行指令。处理器可以通过运行或执行存储在存储器41内的软件程序，以及调用存储在存储器41内的数据，控制参数的更新设备的各种功能。
[0172]
通信接口44，使用任何收发器一类的设备，用于与其他设备或通信网络通信，如控制系统、无线接入网(radio access network，ran)，无线局域网(wireless local area networks，wlan)等。通信接口44可以包括接收单元实现接收功能，以及发送单元实现发送功能。
[0173]
总线43，可以是工业标准体系结构(industry standard architecture，isa)总线、外部设备互连(peripheral component interconnect，pci)总线或扩展工业标准体系结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。该总线43可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0174]
作为一个示例，结合图4，控制参数的更新装置中的确定模块实现的功能与图5中的处理器实现的功能相同。当控制参数的更新装置包括有存储模块时，存储模块实现的功能与图5中的存储器实现的功能相同。
[0175]
本实施例中相关内容的解释可参考上述方法实施例，此处不再赘述。
[0176]
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，设备和单元的具体工作过程，可以参考前
述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0177]
本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当计算机执行该指令时，使得计算机执行上述实施例提供的控制参数的更新方法。
[0178]
其中，计算机可读存储介质，例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、ram、rom、可擦式可编程只读存储器(erasable programmable read only memory，eprom)、寄存器、硬盘、光纤、cd-rom、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合、或者本领域熟知的任何其它形式的计算机可读存储介质。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于特定用途集成电路(application specific integrated circuit，asic)中。在本技术实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0179]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种控制参数的更新方法，其特征在于，应用于燃料电池系统的燃料电池控制器，所述方法包括：确定所述燃料电池系统的当前输出电压；基于所述当前输出电压、以及所述燃料电池系统的初始输出电压，确定所述燃料电池系统是否满足参数更新条件；在确定所述燃料电池系统满足所述参数更新条件的情况下，基于所述当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，确定所述燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值。2.根据权利要求1所述的控制参数的更新方法，其特征在于，所述确定所述燃料电池系统的当前输出电压，包括：以预设时长为采样间隔获取所述燃料电池系统的当前电压电流曲线；根据所述燃料电池系统的额定电流、以及所述当前电压电流曲线，确定所述当前输出电压。3.根据权利要求1所述的控制参数的更新方法，其特征在于，所述基于所述当前输出电压、以及所述燃料电池系统的初始输出电压，确定所述燃料电池系统是否满足参数更新条件，包括：确定所述初始输出电压与所述当前输出电压的电压偏差量是否大于预设偏差量；在所述电压偏差量大于所述预设偏差量的情况下，确定所述燃料电池系统满足所述参数更新条件；在确定所述电压偏差量小于或等于所述预设偏差量的情况下，确定所述燃料电池系统不满足所述参数更新条件。4.根据权利要求1所述的控制参数的更新方法，其特征在于，所述燃料电池稳态模型为基于第一预设目标函数、第二预设目标函数以及预设约束条件建立的数学模型；其中，所述第一预设目标函数为，以所述燃料电池系统的净输出功率为目标向量、且以所述各控制参数为决策变量建立的对应关系；所述第二预设目标函数为，以所述燃料电池系统的系统效率为目标向量、且以所述各控制参数为决策变量建立的对应关系；所述预设约束条件，包括所述各控制参数分别对应的子约束条件、所述净输出功率对应的子约束条件、以及所述系统效率对应的子约束条件。5.根据权利要求1所述的控制参数的更新方法，其特征在于，所述燃料电池稳态模型为，基于燃料电池电化学稳态子模型、燃料电池阴极气流子模型、燃料电池阳极气流子模型、以及空压机子模型确定的数学模型。6.根据权利要求1所述的控制参数的更新方法，其特征在于，所述基于所述当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，确定所述燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值，包括：将所述当前输出电压输入所述燃料电池稳态模型，调用优化后的带约束处理机制的多目标自适应差分进化多目标优化算法，确定所述燃料电池稳态模型的输出结果，并根据所述输出结果确定各所述更新控制值；其中，所述优化后的带约束处理机制的多目标自适应差分进化多目标优化算法中的变异算子和交叉因子，随迭代次数自适应更新。7.根据权利要求1-6任意一项所述的控制参数的更新方法，其特征在于，所述各控制参
数至少包括：阴极空气压力、阳极氢气压力、工作温度、阴极空气湿度、空压机转速、阴极空气流量、以及阳极氢气流量。8.一种控制参数的更新装置，其特征在于，配置于燃料电池系统的燃料电池控制器，所述装置包括：确定模块，用于确定所述燃料电池系统的当前输出电压；所述确定模块，还用于基于所述当前输出电压、以及所述燃料电池系统的初始输出电压，确定所述燃料电池系统是否满足参数更新条件；更新模块，用于在所述确定模块确定所述燃料电池系统满足所述参数更新条件的情况下，基于所述当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，确定所述燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值。9.一种控制参数的更新设备，其特征在于，包括存储器、处理器、总线和通信接口；所述存储器用于存储计算机执行指令，所述处理器与所述存储器通过所述总线连接；当所述控制参数的更新设备运行时，处理器执行所述存储器存储的所述计算机执行指令，以使所述控制参数的更新设备执行如权利要求1-7任意一项所述的控制参数的更新方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当计算机执行所述指令时，使得所述计算机执行如权利要求1-7任意一项所述的控制参数的更新方法。

技术总结
本申请公开了一种控制参数的更新方法、装置、设备及存储介质，涉及燃料电池技术领域，通过对燃料电池系统的最优操作条件进行动态更新，可以减少燃料电池的老化程度对燃料电池系统的性能产生的影响。该方法可以应用于燃料电池系统的燃料电池控制器，该方法包括：确定燃料电池系统的当前输出电压；基于当前输出电压、以及燃料电池系统的初始输出电压，确定燃料电池系统是否满足参数更新条件；在确定燃料电池系统满足参数更新条件的情况下，基于当前输出电压、以及预先确定的燃料电池稳态模型，确定燃料电池系统的各控制参数分别对应的更新控制值。新控制值。新控制值。


技术研发人员：魏凯 韩令海 赵洪辉 陈蓓娜 王宇鹏 都京 郝志强 王恺 刘华洋
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/8/14