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专利号: 2021105200377
申请人: 西华大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般车辆
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种氢燃料电池商用车双动力源系统参数配置优化方法,其特征在于:所述的优化方法包括以下步骤:

a.基于等效计算的方法计算燃料电池系统的需求的额定功率PFC,rat:上式中,Pcyc,avge为氢燃料电池商用车循环工况的平均功率;ηdc、ηt、ηm分别为氢燃料电池商用车燃料电池系统与氢燃料电池商用车驱动电机之间的DC‑DC变换器效率、传动系统效率和电机效率;m为氢燃料电池商用车整车总质量;f为滚动阻力系数;CD为风阻因数;AD为氢燃料电池商用车迎风面积;vcru为巡航速度;

根据计算的燃料电池系统需求的额定功率PFC,rat,选择相适应的燃料电池系统型号,选定后,燃料电池系统输出功率具有最大值和最小值,即为燃料电池系统可控制输出的最大值和最小值,两个值之间形成空间范围[PFC,min,PFC,max];

根据驱动电机的控制电压确定动力电池组的串联数量,即动力电池组的串联数为式中,Ubus为驱动电机直流母线电压;UBat,cell为动力电池单体电压;ceil为向上取整函数;

根据氢燃料电池商用车车身空间及重量确定允许的动力电池组最大并联数和最小并联数,两个值形成空间范围[NBat,minpar,NBat,maxpar];

b.在步骤a中得到的[PFC,min,PFC,max]、[NBat,minpar,NBat,maxpar]两个空间范围各自采用枚举法依次列出参数,形成一个数组,并形成解空间X:式中,PFC,maxCT为燃料电池系统控制的最大输出功率;NBat,par为需要求解的动力电池组并联数;

上式中,通过枚举法形成X1,X2,……,Xn;

c.定义优化搜索空间的可行解空间Ω,包含l个可行解Ω={Xn|Xn=(x1,n,x2,n)};n=1,2,…,l      (1‑4)d.按照以下公式计算氢燃料电池商用车等效氢燃料日消耗量指标JH2(kg):上式中,mH2为燃料电池系统的氢气日消耗量,mH2equ为动力电池组的等效氢气日消耗量,Ncyc为氢燃料电池商用车每天的往返运营次数;WH2为氢气的分子量;iFC为燃料电池电堆输出电流;F为法拉第常数;z为移动电子数(z=2);iBat,cell为动力电池组输出电流;λ为动力电池组等效氢耗换算系数;

步骤e.计算双动力源系统全寿命周期日平均投资成本指标JCost:上式中,CFC为燃料电池系统年投资成本,CBat为动力电池组年投资成本;

CInv,FC、CH2,FC、CRe,FC、CMa,FC分别为燃料电池系统平均每年的初始投资成本、氢气消耗成本、替换成本和维护成本;CInv,Bat、CChg,Bat、CRe,Bat、CMa,Bat分别为动力电池组平均每年的投资成本、荷电成本、替换成本和维护成本;其中,燃料电池系统和动力电池组的维护成本为固定常数;

步骤f.根据步骤c中X的可行解的数量l,重复步骤d~步骤e至l次,以获得所有可行解及其对应的性能指标解集,并将这些数据放入空间R中,即R={Jn(Xn)|Jn(Xn)=(JH2,n(x1,n),JCost,n(x2,n))};n=1,2,…,l       (1‑7)步骤g.从空间R中取可行解pi,再任取另一个可行解qk,根据条件是否同时满足来判断可行解qk是否支配可行解pi,并计算R中支配pi的解的数量npi;

步骤h.重复步骤g,遍历R中的所有可行解pi,获得对应的npi;将npi=0的可行解放入空间F中,F即为Pareto非劣解集;

步骤i.在Pareto非劣解集中,分析Xn中两个元素x1,n,x2,n的变化对公式(1‑5)和公式(1‑

6)中等效氢燃料日消耗量JH2(X)和双动力源系统全寿命周期日平均投资成本JCost(X)的影响,按以下公式寻求两个目标的最优化:

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池商用车双动力源系统参数配置优化方法,其特征在于:所述的步骤d中,燃料电池系统初始投资成本CInv,FC的计算式为CInv,FC=(PDC,FC·CInv,DC+PFC,rat·CInv,FC)·CRF     (1‑10)式中,PDC、CInv,DC分别为燃料电池系统的DC/DC变换器功率和参考购置价格;CInv,FC为参考购置价格;CRF为资本回收系数;

燃料电池系统氢气消耗成本CH2,FC的计算式为CH2,FC=mH2·CH2·Ncyc·365      (1‑11)式中,CH2为参考氢气价格;

燃料电池系统替换成本CRe,FC的计算式为式中,LifeFC为燃料电池系统的期望寿命;Nr,FC为氢燃料电池商用车整车寿命周期T内需要更换的燃料电池系统数量,其计算式为Nr,FC=ceil(T/LifeFC‑1)      (1‑13)燃料电池系统的期望寿命LifeFC的计算式为式中,k为修正系数,取1.72; 为燃料电池系统平均启停周期数;V1′为发生一次启停工况后,燃料电池系统的电压衰减值;为燃料电池系统平均怠速运行时间;U′1为进行了单位时间的怠速工况后燃料电池系统的电压衰减值; 为燃料电池系统平均负载变化幅度;V′2为发生了单位幅度的负载变化后燃料电池系统的电压衰减值;为燃料电池系统平均高负载输出时间;U′2为进行了单位时间的高负载工况后,燃料电池系统的电压衰减值;燃料电池系统平均负载变化幅度 根据雨流计数法求解;ΔV为燃料电池从开始使用至寿命结束允许的电压衰减值。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池商用车双动力源系统参数配置优化方法,其特征在于:动力电池组初始投资成本CInv,Bat的计算式为CInv,Bat=NBat,parQBat,cell·CInv,Bat·CRF      (1‑15)式中,CInv,Bat为动力电池参考购置价格;QBat动力电池单体的额定容量。

动力电池组荷电成本CChg,Bat的计算式为CChg,Bat=PeleNcycNBat,parNBat,serEBat,rat(SOC0‑SOCend)·365         (1‑16)上式中,Pele为工业用电电价;EBat,rat为动力电池单体可存储的总能量;SOC0、SOCend分别为动力电池荷电状态SOC的初值和终值;

所述动力电池组替换成本CRe,Bat的计算式为式中,LifeBat为动力电池组的期望寿命;Nr,Bat为氢燃料电池商用车整车寿命T内需要更换的动力电池组数量,其计算式为

Nr,Bat=ceil(T/LifeBat‑1)      (1‑18)所述动力电池组的期望寿命LifeBat的计算式为上式中,NBatD,i为不同放电深度(DOD)范围下已经进行的循环次数,该值根据雨流计数法在一次往返行程下估算;LCBat,i为不同DOD范围下最大允许循环次数;LifeBat,max为动力电池组的最大浮充寿命,即动力电池组在不工作状态下的最长寿命。