一种双燃料电池模组的能量管理方法与流程

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种双燃料电池模组的能量管理方法。

背景技术：

1、为了提供更高的功率输出，可以将两个燃料电池并联形成一个输出功率更大的双燃料电池系统。但是，系统中的两个燃料电池由于制造工艺的差别以及承受负载的差异，会造成燃料电池的特性有所不同，主要为寿命衰减程度不同和输出效率特性的不同。当两个燃料电池的寿命衰减程度不同时，如果仍然不采取相应的能量管理措施，仍然让它们输出相同功率，那会加速老化已经衰减的那个燃料电池，使得整体系统提前失去一个燃料电池的输出。另一方面，当两个燃料电池的运行效率不同时，仍然输出相同功率，则无法获得整体双燃料电池系统的最优效率。

2、当前的能量管理技术主要应用在燃料电池和电池的混合能源系统中，而针对多个燃料电池组合的大系统的能量管理技术或方案较少。并且，目前的技术方案中，主要是单独考虑效率优化或者寿命均衡单独一项目标，而未能提供效率优化优先或寿命均衡优先和效率寿命结合的选择，因此不能使得一个双燃料电池大系统在不同环境下运行在不同的能量管理模式下。

3、同时，现有技术针对多个燃料电池组成一个大燃料电池的方案本身有限，并且通常只考虑单独一个目标为能量管理的目标，没有提供足够灵活性。如仅使用效率优化的能量管理，可能由于未考虑寿命均衡而导致系统中两个燃料电池的寿命衰减不同，反之亦然。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种双燃料电池模组的能量管理方。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种双燃料电池模组的能量管理方法，包括以下步骤：

4、效率优化的能量管理

5、1)构建一个燃料电池的效率曲线：

6、

7、其中，pin为输入功率，pout为输出功率，而a、b和c分别为拟合出来的系数；

8、2)构建两个燃料电池的效率曲线：

9、

10、其中，下标1和2分别表示两个燃料电池的功率和参数；

11、3)对于两个并联的燃料电池系统，其整体输出功率和效率为：

12、

13、其中，pall为系统整体输出功率，ηall为系统整体效率；

14、4)结合公式(1)和(2)，将pout2消除，可以得到整体系统效率的函数：

15、

16、其中，

17、5)公式(4)中，如果将整体系统的功率需求pall视为常数，则整体效率是关于pout1的一个函数，而效率优化的能量管理的目标则是求得一个pout1，使得整体系统效率最大，通过对pout1的偏导可得：

18、

19、6)令公式(5)左边取零，可以获得使得系统效率最大的燃料电池功率输出分别为：

20、

21、7)而此时的最优效率为：

22、

23、寿命均衡的能量管理

24、8)构建一个燃料电池初始的和寿命衰减后的功率输出特性：

25、

26、9)定义一个不受负载变化影响的寿命指标，如下：

27、

28、其中，λ定义为相对功率衰减率，作为一个燃料电池的寿命指标，pfc0为健康电堆(即电堆未使用)时测得的理想功率，可以通过在初期测试极化曲线并拟合获得各个电流下的pfc0，pfcd是寿命衰减(即使用过一段时间)后的燃料电池输出功率；λ的计算为pfc0和pfcd在某个电流i下的比例；

29、10)通过对双燃料电池系统中的各个燃料电池计算其λ值，然后根据λ值来分配两个燃料电池的输出功率变化，公式如下：

30、

31、其中，δpall为系统整体功率输出变化，即当前功率需求相比于上一时刻功率需求的差值，而δp1和δp2分别为两个燃料电池的输出功率变化；

32、效率寿命结合的能量管理

33、11)对于系统的功率请求，将其通过一个低通滤波器首先分成高频和低频部分，然后，将高频部分给到寿命均衡能量管理模块，而将低频部分给到效率优化能量管理模块，最后的燃料电池的功率请求则由两个能量管理模块的输出相加而成。

34、优选地，所述的一种双燃料电池模组的能量管理方法，在效率优化的能量管理中，燃料电池的输入能量由入堆的氢气流量计测量。

35、优选地，所述的一种双燃料电池模组的能量管理方法，在寿命均衡的能量管理中，λ的计算为pfc0和pfcd在某个电流i下的比例，但不对该电流数值做具体限制，主要目标是使得计算出来的λ能够有足够的区分度去表征其寿命衰减，从而用于分配功率波动。

36、优选地，所述的一种双燃料电池模组的能量管理方法，在寿命均衡的能量管理通过电压传感器和电流传感器记录燃料电池的输出特性。

37、优选地，所述的一种双燃料电池模组的能量管理方法，系统由两个燃料电池并联构成。

38、借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

39、本发明提出了一种用于双燃料电池系统的能量管理策略，提供了效率优化优先、寿命均衡优先和效率寿命结合三种能量管理选项，通过三种选项分别针对使得整个系统效率最优、系统中两个燃料电池的寿命衰减程度控制至一致和同时兼顾系统效率以及寿命衰减程度均衡。本发明的三种选项为运行多燃料电池系统提供了更多的灵活性，在不同的运行环境下可以切换，使得整体运行能达到预期目标。

40、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种双燃料电池模组的能量管理方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种双燃料电池模组的能量管理方法，其特征在于：在效率优化的能量管理中，燃料电池的输入能量由入堆的氢气流量计测量。

3.根据权利要求1所述的一种双燃料电池模组的能量管理方法，其特征在于：在寿命均衡的能量管理中，λ的计算为pfc0和pfcd在某个电流i下的比例，但不对该电流数值做具体限制，主要目标是使得计算出来的λ能够有足够的区分度去表征其寿命衰减，从而用于分配功率波动。

4.根据权利要求1所述的一种双燃料电池模组的能量管理方法，其特征在于：在寿命均衡的能量管理通过电压传感器和电流传感器记录燃料电池的输出特性。

5.根据权利要求1至4中任一项中所述的一种双燃料电池模组的能量管理方法，其特征在于：系统由两个燃料电池并联构成。

技术总结
本发明涉及一种双燃料电池模组的能量管理方法，通过效率优化的能量管理、寿命均衡的能量管理以及效率寿命结合的能量管理的相互配合。本发明为双燃料电池系统的运行提供了足够的选项和灵活性，从而使得整体运行达到预期目标。

技术研发人员：沈佳斌,董震,周洪雷,董清华,郭晓宇
受保护的技术使用者：苏州溯驭技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14