[发明专利]一种基于粒子滤波的氢燃料电池模型参数在线辨识方法

说明书

本发明涉及一种基于粒子滤波的氢燃料电池模型参数在线辨识方法。首先，基于待估计参数的先验知识，确定粒子数并进行初始化得到初始粒子集；其次，基于燃料电池的极化曲线模型，根据当前时刻的电堆电流和温度输入，对上一步各粒子进行递推，得到当前步粒子集的预测；最后，利用系统输出的电堆电压量测值计算各粒子的似然概率密度函数，根据该函数值对各粒子权重进行计算，将各粒子加权和作为当前步的参数后验估计值，根据权重对各粒子进行重采样，并返回预测步进行迭代。本发明实现了燃料电池极化曲线模型的在线辨识，具有实时、能够处理非线性参数与非高斯噪声情况等特点，适用于在运行过程中需要实时辨识极化曲线模型的氢燃料电池系统。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种基于粒子滤波的氢燃料电池模型参数在线辨识方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池因为排放物无污染、比能量高、噪声小、结构紧凑、低操作温度等优点，被视为商用车和飞行器的理想清洁能源技术，在交通运输、巡检等方面有着巨大的应用潜力。燃料电池在输出特性和环境适应性等方面明显不同于锂电池等传统动力装置，燃料电池的输出电压会随输出电流发生显著变化，并且由于电化学反应速度的限制，燃料电池的输出功率无法快速变化，输出功率的爬升速度慢，对负载功率需求变化的响应慢，因此燃料电池通常和锂电池等辅助电源配合使用，通过能量管理策略(EMS)合理分配功率以满足负载需求。EMS需要用到的最大功率点、最高效率点等信息一般通过燃料电池模型推算得到，而模型中的很多参数是未知的，需要通过辨识方法来获取。其中部分参数会随时间或温度、湿度、空气含氧量等环境因素改变发生变化。例如，一定范围内温度越高化学反应越活跃，质子交换膜两边形成的电压差就越大，但温度过高时质子交换膜会受到损伤导致输出电压和功率下降，故在不同条件下燃料电池的输出特性不同，模型参数也不同；燃料电池的老化现象也会造成电池内阻增大等模型参数变化。同时，通过参数的变化也可以用于推断燃料电池的状态。例如，通过内阻等参数的变化情况，可以判断燃料电池的老化程度或者是否发生故障。然而，燃料电池模型具有非线性的特点，其参数具有时变的特点，并且从传感器获取的实际测量值总是伴随着噪声，这使得传统的离线辨识方法和线性辨识方法难以直接应用。因此，结合现有技术，设计燃料电池模型的在线参数辨识方法具有广泛的应用前景。