[發明專利]一種燃料電池溫度控制策略的制定方法

無效

• 申請號: 201310575173.1
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103633351A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 王麗芳;吉莉;徐冬平;李芳;吳艷;胡伯雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種燃料電池的溫度智能控制策略的制定方法。

背景技術

燃料電池由供氣單元、電堆、熱管理單元、DC/DC單元及其他附件組成，如圖1所示，燃料電池是利用水的電解的逆反應的發電機，工作時由氫氣瓶和空氣輸入口將燃料（氫氣）和氧化劑（氧氣）共同輸入到電堆中，通過燃料的燃燒反應，將化學能轉化為電能，再通過DC/DC模塊，將電壓轉換成需要供電的負載的電壓等級上。燃料電池具有發電效率高、環境污染少等優點。燃料電池用途廣泛，既可應用于軍事、空間、發電廠領域，也可應用于機動車、移動設備、居民家庭等領域。但是燃料電池十分復雜，涉及化學熱力學、電化學、電催化、材料科學、電力系統及自動控制等眾多學科相關理論，如何提高燃料電池的利用率、如何保證燃料電池的可靠性、安全性等是目前決定燃料電池是否能夠大規模應用于民生的主要問題，這其中，電堆溫度的合理控制對于保障燃料電池的正常運行尤為重要。

從自動控制領域方向，對于提高燃料電池的使用性能和延長其使用壽命的關鍵工作就是提供合理的控制策略。眾所周知，控制策略的制定依賴于參數的確定和提取，包括確定哪些參數是決定某種用途、某種電堆、某些區域、某些氣候條件、某些政策條件、某些用戶、某些場合或某些設備等等分類情況下的對于溫度控制是最有效、可靠的參數以及這些參數之間如何進行組合或傳遞或關聯才能達到控制電堆溫度處于正常范圍之內。

中國專利201110264545“用戶控制燃料電池系統的溫度的方法”描述了控制燃料電池系統的溫度的方法，包括基于冷卻液出口溫度及冷卻風速等，但是這個方法僅僅針對有限的參數進行控制電堆溫度進行描述并沒有考慮其他因素溫度的影響，其使用面也很窄，對制定合理的綜合的控制策略還非常有限。

中國專利“201110346837.8”“一種智能用電策略的制定方法”描述了一種智能用電領域的策略制定方法，該方法通過線性劃分、提取近鄰、聚類、關聯等關系特征從而得到制定控制策略的制定方法，該方法在提取關聯等關系特征的時候并沒有針對特定的控制需求，比如功率要求、電池利用率、負載需求等，而且該方法在提取這些關系特征后并未進行再次機器學習進行驗證從而不能從精度上保證制定的策略的合理性。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺點，提出一種燃料電池溫度控制策略的制定方法。本發明用于制定符合燃料電池各項額定輸出控制策略，以保證燃料電池在使用時的安全性、可靠性和耐久性，并為用戶和管理者提供智慧的策略支持。

本發明在遠程無人值守設備上接收到的與燃料電池相關的實際運行參數的基礎上，采用聚類分析、關聯分析的方法，得到參數和參數間的關系，在此基礎上對這些參數和參數關系進行機器學習，分析得到用于制定燃料電池溫度控制策略的參數，以及參數之間的依賴組合關系，用戶可根據這些分析結果制定溫度控制策略。比如，在春天，環境溫度為15-20攝氏度之間時，如果輸出電壓大于某一個值，電堆的壓力雖然在正常范圍但是大于某一個壓力值時，電堆的溫度就處于臨界點，為了合理控制電堆溫度，在這種環境條件下就需要根據檢測到的壓力數據對電堆氫氣瓶壓力進行調節，據此來制定溫度控制策略。

本發明燃料電池智能控制策略的制定方法包括以下具體步驟：

1．在遠程無人值守設備上，如控制板卡，接收燃料電池控制實際運行參數的數據信息樣本，即控制參數基礎數據，與溫度、安全、效率等緊密關聯的控制參數信息，比如溫度、壓力、電壓、電流、氫氣濃度、空氣流量等數據信息；

2．采用支持向量機模型對樣本空間進行線性劃分，劃分后的結果形成信息樣本空間的各維度，包括控制參數維和效用維。所述的控制信息維包括電量維、電流維、電壓維、有功功率維、無功功率維等電力特征。所述的效用維包括時間維、地點維、區域維、氣候維、光照度維、溫度維、濕度維、用戶類型維、用戶等級維、設備等級維、設備類別維、操作空間類型維、操作空間級別維、操作頻率維、有效操作頻率維、節能度維、節能級別維等控制參數特征；

3.在線性劃分后的樣本空間中進一步尋找上述步驟2中各維特征之間的聚類特征、關聯特征，具體為：

1）基于圖劃分的制定聚類特征，所述的基于圖劃分的聚類方法，包括基于布爾鏈接的圖劃分和基于權重鏈接的圖劃分，并分別劃分為不同大小的子圖，對特定子圖內的節點，即步驟2中的各維特征的影響因子計算算術平均，用以生成步驟2中各維之間的聚類關系特征；

2）基于有向圖的關聯關系分析，采用有向圖的置信度傳遞、基于反向圖的置信度傳遞和基于無向圖的置信度傳遞對每個所述的參數特征，即步驟2中的各維特征，生成關聯關系特征；