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专利号: 2021108037714
申请人: 西南交通大学
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:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种实现燃料电池阵列最大效率运行的功率分配方法,其特征在于,包括步骤:S100,采集燃料电池阵列中每个燃料电池输出端的电压和电流信号,采集燃料电池阵列中每个变换器输出端的电压和电流信号,采集负载侧电压和电流信号计算需求功率;

S200,通过采集得到的电压电流信号计算每组燃料电池系统输出功率,以及每组燃料电池单位时间内消耗氢气产生的热量,在线拟合单位时间能耗与每组燃料电池系统输出功率之间的能耗功率曲线关系式;

S300,设定每个燃料电池最大输出功率Pmax,设定每个燃料电池系统切换点功率Pend_i,设定燃料电池性能差异排序变量Rlabel,计算燃料电池阵列中协调功率分配矩阵M和V,计算每个燃料电池参考输出功率Pref;通过计算协调功率分配矩阵燃料电池排序变量和切换点功率;

S400,确定燃料电池阵列中各燃料电池运行状态,从而确定燃料电池协调分配矩阵维数以及燃料电池序列号以便控制燃料电池输出参考功率。

2.根据权利要求1所述的一种实现燃料电池阵列最大效率运行的功率分配方法,其特征在于,所述燃料电池阵列包括多个单体燃料电池系统级联单向DC/DC变换器构成,通过与母线并联的方式输送能量。

3.根据权利要求1所述的一种实现燃料电池阵列最大效率运行的功率分配方法,其特征在于,所述步骤S200中所述燃料电池单位时间能耗与系统输出功率之间的曲线关系式为:第i个燃料电池系统的效率为ηFCi,且有下式:

其中,QFCi为第i个燃料电池系统的单位时间能耗值,且有下式:2

QFCi=aiPFCi+biPFCi+ci;

式中,PFCi代表第i个燃料电池系统的输出功率值,ai、bi以及ci分别代表第i个燃料电池系统的待辨识的运行参数。

4.根据权利要求3所述的一种实现燃料电池阵列最大效率运行的功率分配方法,其特征在于,对于料电池系统的待辨识的运行参数ai、bi以及ci,获取方式包括步骤:(1)对燃料电池系统进行测试实验,获得燃料电池的实时单位时间能耗值和实时输出功率值;

(2)依据最小二乘原则,令函数QFCi与待辨识数据之间残差平方和最小,即其中N为数据点个数;

(3)采用基于核偏缩减的迭代求解依据最小二乘原则实时辨识燃料电池运行参数ai、bi以及ci具体为:对于系统:yi=f(xi,ui);

其中,yi为第i个燃料电池实时单位时间能耗测量值;xi为第i个燃料电池实时输出功率;ui为第i个燃料电池的待辨识参数:都有:

T T T

ui(k+1)=ui(k)+PC(CPC+R)e(ui(k));

其中,C为观测矩阵;R为测量噪声协方差矩阵,是一个常数矩阵;P为误差方差矩阵;e为残差。

5.根据权利要求4所述的一种实现燃料电池阵列最大效率运行的功率分配方法,其特征在于,在所述步骤S300中,计算燃料电池阵列中协调功率分配矩阵M和V,采用迭代法逐步计算出n维燃料电池阵列下协调功率分配矩阵;采用迭代法求解协调功率分配矩阵具体方法为:获取燃料电池系统的效率为:

其中,ηPFC是燃料电池系统效率,PFCS是燃料电池系统输出功率;

反复迭代计算可得到n套燃料电池系统中每个燃料电池参考输出功率Pref以及协调功率分配矩阵M和V,获得公式为:其中,[m1,m2…mn]为协调功率分配矩阵M,[v1,v2…vn]为协调功率分配矩阵V,[P1,P2…Pn]为每个燃料电池的参考输出功率Pref。

6.根据权利要求5所述的一种实现燃料电池阵列最大效率运行的功率分配方法,其特征在于,在所述步骤S300中,通过协调功率分配矩阵确定每个燃料电池的性能好坏从而实现对燃料电池的排序变量;

对燃料电池性能差异排序变量Rlabel进行求解表达式为:

Pmax=mi*Rlabel+vi;

mi是协调功率分配矩阵M中对应参数值,vi是协调功率分配矩阵V中对应参数值,Pmax是燃料电池最大输出功率;

在排序过程中,若第i套燃料电池的Rlabel_i值越小,表示第i套燃料电池性能越好说明第i套燃料电池会先到达最大输出功率Pmax;因此,根据每个燃料电池性能好坏进行轮换排序,保持燃料电池输出依照自身性能好坏由高到低依次出力并逐渐达到最大功率输出。

7.根据权利要求6所述的一种实现燃料电池阵列最大效率运行的功率分配方法,其特征在于,在所述步骤S300中,通过协调功率分配矩阵确定每个燃料电池的性能好坏从而确定燃料电池的切换点功率;通过协调功率分配矩阵M、V和燃料电池最大输出功率Pmax确定出系统切换点功率Pend,即燃料电池阵列在第i个燃料电池达到最大输出功率限制时,系统刚好满足负载需求功率值;切换点功率Pend计算式为:其中,Pend_i表示i个燃料电池达到额定功率时系统的切换点功率。

8.根据权利要求1所述的一种实现燃料电池阵列最大效率运行的功率分配方法,其特征在于,所述步骤S400中,在确定燃料电池阵列切换点功率后,根据所选择燃料电池阵列维数在可确定出切换点前的电堆全部按照最大功率Pmax输出,其他燃料电池则按照式计算式输出参考功率。