[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

本發明涉及一種電?電混合電源系統的燃料電池效率優化方法，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；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各工作點的相關參數，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: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:匹配變結構蓄電池電源的串并聯分組結構;步驟S4:計算變結構蓄電池電源所需串聯單體數與并聯支路數。本發明通過將燃料電池穩定在效率最大點工作，能夠有效提高燃料電池的利用率。

技術領域

本發明涉及燃料電池混合動力電源，具體涉及一種電-電混合電源系統的燃料電池效率優化方法。

背景技術

燃料電池是一種將化學能直接轉化為電能的能量轉換裝置，其電能產生方式主要是通過化學反應來實現，反應過程不受卡洛循環的限制，故相比于傳統內燃機提供動力具有更高的能量轉化效率，且燃料電池在發電過程中的噪聲小，基本無污染。燃料電池相比與蓄電池，蓄電池在供能過程中為保證蓄電池的耐久性，避免過充過放，一般采取淺充淺放的方式，有效容量小，能量密度低，而燃料電池的放電過程只需滿足燃料供給，一般情況下，無需考慮容量問題，且具有更高的能量密度，故燃料電池作為一種供能方式廣受青睞。然而，考慮到燃料電池在放電過程中，放電效率在不同的工作點各不相同，因此，在將燃料電池應用到汽車上時，雖然燃料電池汽車能夠實現零排放、低噪聲，但如果不能將燃料電池放電效率與工作點進行綜合考慮，將會導致燃料電池汽車的經濟性大幅下降。

為此，針對燃料電池電動汽車動力源的結構設計，常通過多種電源的混合并經變換器相連接以實現穩定的功率供給和策略的優化，燃料電池電動汽車電源主要包括燃料電池+蓄電池、燃料電池+超級電容、燃料電池+蓄電池+超級電容。對于這些電源結構，一般都是通過單向直流/直流升壓變換器與燃料電池相連，雙向直流/直流變換器與蓄電池或是超級電容相連。

對于此類混合動力源結構中，主要存在兩類問題，其一，對直流/直流變換器的控制要求穩定性好，否則易出現系統“跑飛”的情況。其二，直流/直流變換器作為功率轉換器件，由于自身結構的原因，也會造成大量的能量消耗。同時，對燃料電池工作點的不合理設計，也會影響燃料電池的能量效率。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種電-電混合電源系統的燃料電池效率優化方法，通過將燃料電池穩定在效率最大點工作，能夠有效提高燃料電池的利用率。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種電-電混合電源系統的燃料電池效率優化方法，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；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，匹配變結構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電源并聯支路的數量，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。

進一步的，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；