[發明專利]協調經濟性與耐久性的燃料電池混合動力能量管理方法

有效

• 申請號: 201910402934.0
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110091862B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 王亞雄;張晨陽;丁阿鑫
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B60W20/00
• 分類號: B60W20/00;B60W50/00;B60L50/40;B60L50/70
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種協調經濟性與耐久性的燃料電池混合動力能量管理方法，該方法建立在以燃料電池和超級電容為動力源，并通過直流/直流變換器、直流/交流逆變器與電動機相連的混合動力系統，該控制策略通過構建燃料電池混合動力系統的投入產出及經濟使用壽命函數評估混合動力系統的耐久性，構建燃料電池混合動力系統投入產出比函數評估混合動力系統的經濟性，綜合協調耐久性與經濟性設計燃料電池混合動力系統功率協調分配函數，從而更好的克服燃料電池耐久性和經濟性不足以及超級電池續航能力不足等缺點，使燃料電池混合動力系統具有更好的續航能力、經濟性和耐久性。

技術領域

本發明涉及燃料電池工作狀態評估及能量管理領域，具體涉及一種協調經濟性與耐久性的燃料電池混合動力能量管理方法。

背景技術

隨著化石能源的不斷枯竭及環境問題的日趨嚴峻，燃料電池以其高效率、零排放、無污染等優勢作為替代化石能源的供能裝置而備受期待。燃料電池是一種高效的發電系統，可將氫氣的化學能直接轉變為電能，被廣泛應用在道路交通的動力源中。

隨著燃料電池在實際生產應用中越來越廣泛，制約燃料電池的發展因素也越來越明顯，其一，主要為燃料電池的材料昂貴，其二，燃料電池的使用壽命短，耐久性差。燃料電池處于功率過載狀態下運行時，質子交換膜的負荷過大，導致質子交換膜的衰減速率增加，同時在過載情況下電堆內部氣體濃度分布低，處于缺氣的“饑餓狀態”，容易發生反極現象，腐蝕碳電極和催化層，并且在陰極低電位的情況下，氫離子易被還原成氫氣，在催化劑的存在下與氧氣反應甚至產生燃燒現象，反應生成的水若無法及時排出，還會導致電池陰極產生“水淹”現象，造成燃料電池及其輔助系統投入產出的衰減。當燃料電池的電流密度迅速變化時，由于電池內部電流密度分布不均使得電流密度大的區域響應速度快，即水的生成速率加快。此時，在陰極堆積的水無法及時排出電池，使得催化劑顆粒粗大化并逐漸溶解流失，引起電池性能的衰退，導致燃料電池投入產出能力降低。

因此準確評估燃料電池的實時投入產出狀態和經濟使用壽命，有利于及時確定燃料電池及其輔助系統的更換周期，對提高燃料電池使用的投入產出能力極其重要。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種協調經濟性與耐久性的燃料電池混合動力能量管理方法,充分利用超級電容的放電特性，同時結合對該混合動力源的經濟性和耐久性的評估進行能量的協調分配，從而充分提高燃料電池混合動力系統的耐久性和經濟性。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種協調經濟性與耐久性的燃料電池混合動力能量管理方法，其特征在于，提供以燃料電池和超級電容為動力源，并通過直流/直流變換器、直流/交流逆變器與電動機相連的混合動力系統，具體包括以下步驟：

步驟S1:采集燃料電池燃料電池混合動力系統工況數據和基礎參數；

步驟S2:構建燃料電池混合動力系統耐久性評估函數；

步驟S3:構建燃料電池混合動力系統經濟性評估函數；

步驟S4:根據燃料電池混合動力系統耐久性評估函數和燃料電池混合動力系統經濟性評估函數，構建得到燃料電池混合動力系統能量協調分配函數；

步驟S5:根據燃料電池混合動力系統能量協調分配函數，實現燃料電池與超級電容的最優功率分配。

進一步的，所述燃料電池混合動力系統耐久性評估函數包括經濟使用壽命和投入產出函數，將燃料電池混合動力源的運行時間劃分為若干特定長度的小區間，每個小區間時間間隔記為Δt，當燃料電池混合動力源及其輔助系統從全新狀態投入使用開始到t_e時刻后的一個運行間隔Δt內，時間間隔Δt內的投入產出指標函數E_b定義為：