多堆燃料电池控制方法、控制装置、系统及车辆制造方法及图纸

本发明专利技术属于电池控制领域，提供了一种多堆燃料电池控制方法、控制装置、系统及车辆。其中，该控制方法包括在多堆燃料电池的启动时间段内，将当前需求的功率平均分配至各燃料电池电堆；在多堆燃料电池启动后的运行时间段内，根据各燃料电池电堆的输出电压大小，得到当前时刻相应电堆的老化程度，再根据老化程度及下一时刻需求功率的改变量来为各燃料电池电堆分配下一时刻的功率变量，以使多堆燃料电池的老化程度趋于一致。

Multi stack fuel cell control method, control device, system and vehicle

【技术实现步骤摘要】
多堆燃料电池控制方法、控制装置、系统及车辆
本专利技术属于电池控制领域，尤其涉及一种多堆燃料电池控制方法、控制装置、系统及车辆。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。氢燃料电池是通过电化学反应将氢能转化成电能的一种能量转化装置。目前将燃料电池作为轨道交通车辆的主电源，但无法满足大功率及长路途的车辆需求，这样是由于一方面燃料电池本身功率能量限制，另一方面燃料电池的寿命仍达不到交通运输的要求。多堆燃料电池由几个低功耗的燃料电池系统组成，在提高燃料电池系统功率等级和能量输出的前提下，能够保证系统的冗余性，还为燃料电池的降级运行和故障电池的及时更换提供了可能性。针对燃料电池的寿命问题，目前有采用一致性控制算法来对多堆燃料电池进行寿命一致性控制，专利技术人发现，但是一致性控制算法的反馈系数与通信网络矩阵对收敛速度均存在影响，需要离线对算法的关键参数进行最优化设计，否则无法使得一致性算法在线收敛速度达到全局最优，进而无法最大程度延长整个多堆燃料电池的寿命，从而影响整个多堆燃料电池的安全性和稳定性。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术的第一个方面提供一种多堆燃料电池控制方法，其能够在满足系统功率消耗的前提下，尽可能平滑功率输出曲线，降低因功率波动引起的寿命损耗，延缓性能较差电堆的使用寿命，最大程度提升燃料电池电堆总体的服役时间。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种多堆燃料电池控制方法，其包括：在多堆燃料电池的启动时间段内，将当前需求的功率平均分配至各燃料电池电堆；在多堆燃料电池启动后的运行时间段内，根据各燃料电池电堆的输出电压大小，得到当前时刻相应电堆的老化程度，再根据老化程度及下一时刻需求功率的改变量来为各燃料电池电堆分配下一时刻的功率变量，以使多堆燃料电池的老化程度趋于一致。本专利技术的第二个方面提供一种多堆燃料电池控制装置，其包括：功率均分模块，其用于在多堆燃料电池的启动时间段内，将当前需求的功率平均分配至各燃料电池电堆；功率变量分配模块，其用于在多堆燃料电池启动后的运行时间段内，根据各燃料电池电堆的输出电压大小，得到当前时刻相应电堆的老化程度，再根据老化程度及下一时刻需求功率的改变量来为各燃料电池电堆分配下一时刻的功率变量，以使多堆燃料电池的老化程度趋于一致。本专利技术的第三个方面提供一种多堆燃料电池控制系统，其包括隔离电信号采样电路、性能及参数计算单元和策略制定控制单元；所述策略制定控制单元，用于在多堆燃料电池的启动时间段内，将当前需求的功率平均分配至各燃料电池电堆；所述隔离电信号采样电路，用于在多堆燃料电池启动后的运行时间段内，采集各燃料电池电堆的输出电压大小并传送至性能及参数计算单元；所述性能及参数计算单元，用于基于各燃料电池电堆的输出电压大小计算当前时刻相应电堆的老化程度；所述策略制定控制单元，还用于根据老化程度及下一时刻需求功率的改变量来为各燃料电池电堆分配下一时刻的功率变量，以使多堆燃料电池的老化程度趋于一致。本专利技术的第四个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的多堆燃料电池控制方法中的步骤。本专利技术的第五方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的多堆燃料电池控制方法中的步骤。本专利技术的第六方面提供一种车辆。在一个或多个实施例中，所述车辆上搭载有多堆燃料电池以及如上述所述的多堆燃料电池控制装置。在一个或多个实施例中，所述车辆上搭载有多堆燃料电池以及如上述所述的多堆燃料电池控制系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种多堆燃料电池控制方法，其解决了目前算法无法最大程度延长整个多堆燃料电池的寿命，影响整个多堆燃料电池的安全性和稳定性的问题，采用了在多堆燃料电池的启动时间段内各燃料电池电堆均分当前需求的功率，在多堆燃料电池启动后的运行时间段内，基于当前时刻相应电堆的老化程度及下一时刻需求功率的改变量来为各燃料电池电堆分配下一时刻的功率变量，以使多堆燃料电池的老化程度趋于一致，其满足了系统功率消耗，最大程度保障了输出功率平滑，降低了因功率波动引起的寿命损耗，延缓了性能较差电堆的使用寿命，最大程度提升了燃料电池电堆总体的服役时间。本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术实施例的多堆燃料电池控制方法流程图；图2是本专利技术实施例的多堆燃料电池控制装置结构示意图；图3是本专利技术实施例的多堆燃料电池控制装置系统示意图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。参照图3，本实施例所涉及的多堆燃料电池(001)是多组(例如：4组)燃料电池电堆(011、012、013、014)并联构成。下面以4组燃料电池电堆为例：四组燃料电池电堆和蓄电池(015)分别经Boost单向DC/DC变换器(111、112、113、114)及双向DC/DC变换器(115)连入母线(116、117)，并为负载提供电能支持，其中蓄电池(015)用以吸收系统的额外能量。实施例一设置各燃料电池电堆最大输出功率(Pfcimax)，设置各燃料电池电堆最大输出功率(Pfcimin)，设置系统母线电压(Vbus)。并对系统的符号变量做如下说明：定义系统所需功率为Pload，下一时刻系统功率改变量为ΔPload,各燃料电池电堆实际输出电压电流分别为Vfci和Ifci,各电堆理想输出电压为Vfci_ideal,该理想电压已知，各燃料电池级联变换器输出功率改变量为ΔPdci,各燃料电池的输出功率为Pdci。结合图1以及多堆燃料电池是4组燃料电池电堆(011、012、013、014)并联构成为例来详细说明本实施例的多堆燃料电池控制方法，其具体包括如下步骤：S101：在多堆燃料电池的启动时间段内，将当前需求的功率平均分配至各燃料电池电堆，这样能够使得各燃料电池电堆运行效率最高且保证各电堆稳定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多堆燃料电池控制方法，其特征在于，包括：/n在多堆燃料电池的启动时间段内，将当前需求的功率平均分配至各燃料电池电堆；/n在多堆燃料电池启动后的运行时间段内，根据各燃料电池电堆的输出电压大小，得到当前时刻相应电堆的老化程度，再根据老化程度及下一时刻需求功率的改变量来为各燃料电池电堆分配下一时刻的功率变量，以使多堆燃料电池的老化程度趋于一致。/n

【技术特征摘要】
1.一种多堆燃料电池控制方法，其特征在于，包括：
在多堆燃料电池的启动时间段内，将当前需求的功率平均分配至各燃料电池电堆；
在多堆燃料电池启动后的运行时间段内，根据各燃料电池电堆的输出电压大小，得到当前时刻相应电堆的老化程度，再根据老化程度及下一时刻需求功率的改变量来为各燃料电池电堆分配下一时刻的功率变量，以使多堆燃料电池的老化程度趋于一致。


2.如权利要求1所述的多堆燃料电池控制方法，其特征在于，电堆的老化程度采用衰减因子来表征，衰减因子为电堆实际输出电压大小与理想输出电压大小的比值。


3.如权利要求2所述的多堆燃料电池控制方法，其特征在于，每个电堆下一时刻功率变量为：相应电堆的衰减因子与所有燃料电池电堆衰减因子之和的比值，再与下一时刻需求功率的改变量的乘积。


4.如权利要求1所述的多堆燃料电池控制方法，其特征在于，在多堆燃料电池启动后的运行时间段内，各燃料电池电堆的输出功率不超过相应理想输出功率。


5.如权利要求1所述的多堆燃料电池控制方法，其特征在于，当前需求的功率为大于0的值。


6.如权利要求1所述的多堆燃料电池控制方法，其特征在于，当前需求的功率为大于0的值且大于所有燃料电池电堆输出功率之和时，功率差额由多堆燃料电池中的蓄电池补偿。


7.如权利要求1所述的多堆燃料电池控制方法，其特征在于，若当前需求的功率为小于0的值，则多堆燃料电池产生的额外能量全部由蓄电池吸收。


8.一种多堆燃料电池控制装置，其特征在于，包括：
功率均分模块，其用于在多堆燃料电池的启动时间段内，将当前需求的功率平均分配至各燃料电池电堆；
功率变量分配模块，其用于在多堆燃料电池启动后的运行时间段内，根据各燃料电池电堆的输出电压大小，得到当前时刻相应电堆的老化程度，再根据老化程度及下一时刻需求功率的改变量来为各燃料电池电堆分配下一时刻的功率变量，以使多堆燃料电池的老化程度趋于一致。


9.如权利要求8所述的多堆燃料电池控制装置，其特征在于，在所述功率变量分配模块中，电堆的老化程度采用衰减因子来表征，衰减因子为电堆实际输出电压大小与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳昆，梁建英，刘铭，田庆，李端凯，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37