[發明專利]一種電-電混合電源系統的燃料電池效率優化方法

有效

• 申請號: 201911188647.0
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110758122B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 王亞雄;張晨陽;陳銓
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B60L50/51
• 分類號: B60L50/51;B60L50/75;B60L58/40
• 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

1.一種電-電混合電源系統的燃料電池效率優化方法，其特征在于，提供一種電-電混合電源系統，采用燃料電池與變結構蓄電池作為電源，將燃料電池與變結構蓄電池直接并聯接入母線并經直流/交流逆變器與負載電機相連，具體方法包括以下步驟：

步驟S1:通過離線測量和計算獲取燃料電池電源的特定工作點的相關參數，并通過多項式擬合的形式獲取燃料電池電源的電壓、電流、功率與效率之間的函數關系；

步驟S2:根據燃料電池電源的電壓、電流、功率與效率之間的函數關系，通過函數逆運算獲取燃料電池電源最大效率點的電壓與功率；

步驟S3:根據實時測量獲取的蓄電池單體電壓與燃料的最大效率點功率，匹配蓄電池電源的串并聯分組結構；

步驟S4:根據燃料電池最大效率點的輸出電壓與實時測量獲取的蓄電池單體電壓，計算變結構蓄電池每個支路所需串聯單體數L_S,同時，根據負載功率的大小計算并聯支路數L_P，實時增加或減少變結構蓄電池并聯支路的數量，保證每條支路蓄電池的電流在不超過電流放電限制的條件下，使變結構蓄電池電源安全穩定供電；

所述步驟S1具體為：

步驟S11:通過離線測量,獲取燃料電池電堆在各個特定工作點的電流,電壓與實際氫氣消耗流量；

步驟S12:通過式(1)計算燃料電池在各個工作點的功率

P＝U·I?????????(1)

其中：P為燃料電池的功率；U為燃料電池的電壓；I為流過燃料電池的電流；

步驟S13:計算燃料電池在各個特定工作點的效率：

其中：Q(H₂)為燃料電池電源的實際氫氣消耗流量(g/s)；M_H2為氫氣的摩爾質量(g/mol)；ΔH為燃料電池中氫氣反應的焓變(kJ/mol)；η為燃料電池電源的效率；

步驟S14:根據計算得到的燃料電池電源的效率與該工作點的燃料電池的電壓值與功率值，通過多項式擬合燃料電池電壓—效率，功率—效率曲線，如式(3)(4)所示：

η＝G(U)＝a₁+a₂·U¹+a₃·U²+……a_N·U^N????(3)

η＝F(P)＝b₁+b₂·P¹+b₃·P²+……b_N·P^N????(4)

其中：a₁,a₂,a₃,…a_N為燃料電池電源電壓--效率多項式的擬合系數,b₁,b₂,b₃…b_N為燃料電池電源功率--效率多項式的擬合系數,G、F分別為電壓—效率和功率—效率的函數映射關系。

2.根據權利要求1所述的一種電-電混合電源系統的燃料電池效率優化方法，其特征在于，所述燃料電池的最高效率點對應的燃料電池的工作電壓U_m，工作功率P_m：

U_m＝G^-1(max(η))????(5)

P_m＝F^-1(max(η))????(6)

其中：max(η)為取η的最大值函數，U_m為燃料電池最高效率點電壓,P_m為燃料電池最高效率點對應的功率。

3.根據權利要求2所述的一種電-電混合電源系統的燃料電池效率優化方法，其特征在于，所述步驟S4具體為：

步驟S41:預設串聯連接L_S個蓄電池單體作為一個蓄電池支路，使變結構蓄電池電源端電壓與燃料電池電源最大效率點電壓趨于一致，當L_S為小數時取比L_S大的最小整數：

其中：L_S為變結構蓄電池電源每個支路蓄電池模組所需串聯蓄電池單體個數，U_s為蓄電池單體實時電壓；

步驟S42:計算變結構蓄電池電源所需并聯支路數L_p，即閉合L_p條并聯支路，當L_p為小數時，取比L_p大的最小整數，如式(8)所示：

其中：L_p為變結構蓄電池電源所需并聯支路數，P_s為蓄電池單體電壓為U_s時且電流為蓄電池達到放電限定電流時的功率，P_e為總需求功率。