燃料电池能量管理优化方法

技术领域

本发明涉及燃料电池及燃料电池电量管理技术，具体的，是一种燃料电池能量管理优化方法。

背景技术

现阶段燃料电池能量管理系统通常采用相对简单的控制方法，未能充分考虑不同工况对系统整体性能的影响。这导致在复杂多变的工况下，系统的实际性能可能无法达到最优水平。

同时，还存在需要改进之处：

监测和优化不足：现有技术在不同工况下的实时监测和系统响应方面存在缺陷。缺乏高效的监测手段以及基于实时数据的快速优化方法，限制了系统在动态工况下的性能表现。

能量分配优化问题：部分系统在不同工况下的能量分配问题上存在一定程度的优化难题。现有技术未能充分考虑不同工况对能量分配的影响，导致系统未能实现在各种工况下的最优性能。

因此，有必要提供一种燃料电池能量管理优化方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池能量管理优化方法。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：

一种燃料电池能量管理优化方法，包括如下步骤：

1)燃料电池能量管理系统通过对系统参数的调整和优化，实现对燃料电池能量利用的最大化；

2)对所述的燃料电池能量管理系统进行建模，包括电堆、电池管理系统和DC/DC；

3)对燃料电池能量管理系统进行仿真分析，考虑系统的工作状态、负载需求和环境条件；

4)对仿真结果进行优化分析，得到最佳的参数配置和控制策略。

4-1)料电池能量管理系统的优化分析；

4-2)燃料电池能量管理策略的调整分析；

4-3)燃料电池能量管理系统的调整分析。

进一步的，燃料电池能量管理系统的参数包括：

电堆电压、电流和温度；电池管理系统的控制策略包括电池充放电控制、功率分配策略；DC/DC的效率和功率损耗。

进一步的，燃料电池能量管理系统的建模包括：

对电堆的物理特性进行建模，包括氢气供应、氧气供应和化学反应过程；对电池管理系统的控制策略进行建模，包括电池充放电控制算法和功率分配算法；对DC/DC的效率和功率损耗进行建模。

进一步的，燃料电池能量管理系统的仿真分析包括：

考虑电堆的动态响应和稳态性能，模拟不同工况下的电池电压、电流和温度变化；考虑负载需求的变化和环境条件的影响，模拟燃料电池系统在实际工作中的性能表现。

进一步的，燃料电池能量管理系统的优化分析包括：

对仿真结果进行评估，分析电堆的能量利用率、系统效率和响应速度；根据评估结果，调整参数配置和控制策略，优化燃料电池能量管理系统的性能；对多种优化结果进行横向对比，选择最佳的优化参数和控制策略。

进一步的，燃料电池能量管理系统的调整分析包括：

设定电堆参数：设定空冷燃料电池电堆的工作温度范围为60℃至80℃，以确保电堆在适宜的温度下运行。设定电堆的额定电压为48V，开路电压在约40V左右，以满足系统的电压要求。设定电堆输出功率限制为500W，并且根据实际负载需求和电堆性能进行功率分配策略的调整；

调整电池管理系统控制策略：采用电池充放电控制算法，以确保电池充放电过程中的高效率和安全性。对于电流纹波进行抑制，通过电流控制和滤波技术降低电池输出电流中的纹波，减少能量损失和提高系统稳定性；

调整DC/DC参数：对于采用boost拓扑的DC/DC，假定转换效率在90％至95％之间，根据电堆电压和负载需求进行调整。考虑到电能转换过程中的功率损耗，设定DC/DC的损耗系数，用于能量管理系统的优化分析。

进一步的，还包括燃料电池能量管理系统评估；

燃料电池能量管理系统的评估指标包括：

能量利用率评估：绘制电堆在不同工况下的能量利用率曲线图，分析在不同负载需求和温度条件下，电池能量利用的效率；

系统效率评估：通过仿真分析，得出整个燃料电池能量管理系统在实际工作中的效率，包括电池管理系统、DC/DC等的效率损耗；

响应速度评估：分析电堆在负载需求变化时的响应速度，如充电速度和放电速度，以确保系统能够及时满足负载需求；

纹波抑制评估：检查电流纹波抑制控制效果，通过对比纹波前后的曲线图和数据，评估纹波抑制效果的优劣；

系统稳定性和可靠性评估：考虑在不同环境条件下，系统的稳定性和可靠性，通过评估电堆和转换器的温度变化和电流响应来进行评估。

与现有技术相比，本发明建立燃料电池能量管理系统模型，包括电堆、电池管理系统和DC/DC并设定相应的参数和控制策略，进行仿真分析，考虑系统的工况、负载需求和环境条件，模拟电堆的响应和稳态性能，并评估系统的能量利用率、效率和响应速度，进行优化分析，调整参数配置和控制策略，并重新进行仿真分析，横向对比多种优化结果，得出最佳的优化参数和控制策略，以实现燃料电池能量管理系统的最优性能。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

实施图例：

参阅图1，本实施例展示一种燃料电池能量管理优化方法，包括如下步骤：

1)燃料电池能量管理系统通过对系统参数的调整和优化，实现对燃料电池能量利用的最大化；

2)对所述的燃料电池能量管理系统进行建模，包括电堆、电池管理系统和DC/DC；

3)对燃料电池能量管理系统进行仿真分析，考虑系统的工作状态、负载需求和环境条件；

4)对仿真结果进行优化分析，得到最佳的参数配置和控制策略。

4-1)料电池能量管理系统的优化分析；

4-2)燃料电池能量管理策略的调整分析；

4-3)燃料电池能量管理系统的调整分析。

燃料电池能量管理系统的参数包括：

电堆电压、电流和温度；电池管理系统的控制策略包括电池充放电控制、功率分配策略；DC/DC的效率和功率损耗。

燃料电池能量管理系统的建模包括：

对电堆的物理特性进行建模，包括氢气供应、氧气供应和化学反应过程；对电池管理系统的控制策略进行建模，包括电池充放电控制算法和功率分配算法；对DC/DC的效率和功率损耗进行建模。

燃料电池能量管理系统的仿真分析包括：

考虑电堆的动态响应和稳态性能，模拟不同工况下的电池电压、电流和温度变化；考虑负载需求的变化和环境条件的影响，模拟燃料电池系统在实际工作中的性能表现。

燃料电池能量管理系统的优化分析包括：

对仿真结果进行评估，分析电堆的能量利用率、系统效率和响应速度；根据评估结果，调整参数配置和控制策略，优化燃料电池能量管理系统的性能；对多种优化结果进行横向对比，选择最佳的优化参数和控制策略。

燃料电池能量管理系统的调整分析包括：

设定电堆参数：设定空冷燃料电池电堆的工作温度范围为60℃至80℃，以确保电堆在适宜的温度下运行。设定电堆的额定电压为48V，开路电压在约40V左右，以满足系统的电压要求。设定电堆输出功率限制为500W，并且根据实际负载需求和电堆性能进行功率分配策略的调整；

调整电池管理系统控制策略：采用电池充放电控制算法，以确保电池充放电过程中的高效率和安全性。对于电流纹波进行抑制，通过电流控制和滤波技术降低电池输出电流中的纹波，减少能量损失和提高系统稳定性；

调整DC/DC参数：对于采用boost拓扑的DC/DC，假定转换效率在90％至95％之间，根据电堆电压和负载需求进行调整。考虑到电能转换过程中的功率损耗，设定DC/DC的损耗系数，用于能量管理系统的优化分析。

还包括燃料电池能量管理系统评估；

燃料电池能量管理系统的评估指标包括：

能量利用率评估：绘制电堆在不同工况下的能量利用率曲线图，分析在不同负载需求和温度条件下，电池能量利用的效率；

系统效率评估：通过仿真分析，得出整个燃料电池能量管理系统在实际工作中的效率，包括电池管理系统、DC/DC等的效率损耗；

响应速度评估：分析电堆在负载需求变化时的响应速度，如充电速度和放电速度，以确保系统能够及时满足负载需求；

纹波抑制评估：检查电流纹波抑制控制效果，通过对比纹波前后的曲线图和数据，评估纹波抑制效果的优劣；

系统稳定性和可靠性评估：考虑在不同环境条件下，系统的稳定性和可靠性，通过评估电堆和转换器的温度变化和电流响应来进行评估。

与现有技术相比，本发明建立燃料电池能量管理系统模型，包括电堆、电池管理系统和DC/DC并设定相应的参数和控制策略，行仿真分析，考虑系统的工况、负载需求和环境条件，模拟电堆的响应和稳态性能，并评估系统的能量利用率、效率和响应速度，进行优化分析，调整参数配置和控制策略，并重新进行仿真分析，横向对比多种优化结果，得出最佳的优化参数和控制策略，以实现燃料电池能量管理系统的最优性能。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。