一种氢燃料电池混合动力系统能量管理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种氢燃料电池混合动力系统能量管理方法，通过一种自适应改进低通滤波方法实现对动力系统功率需求的频率分离，从而达到有效延长氢燃料电池剩余使用寿命的目的。所述自适应改进低通滤波方法，即一种改进的频率分离方法，根据动力系统在不同工况下的统计学特征来确定最优的滤波参数。对动力系统的功率需求数据进行低通滤波，得到在功率均值附近平稳波动的低频功率，并将这部分功率分配给氢燃料电池，差值功率分配给锂电池。本发明专利技术的能量管理方法能够在保证系统动力性的前提下，有效降低氢燃料电池在工作过程中输出功率的波动，从而延长其剩余使用寿命。从而延长其剩余使用寿命。从而延长其剩余使用寿命。

An energy management method for hydrogen fuel cell hybrid power system

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池混合动力系统能量管理方法


[0001]本专利技术涉及一种氢燃料电池混合动力系统能量管理方法，特别是涉及一种以氢燃料电池和锂电池为主要能量源的混合动力系统能量管理方法。

技术介绍

[0002]目前，国内外氢燃料电池混合动力系统能量管理方法的发展过程中普遍存在一个问题，那就是对于氢燃料电池的工作特性不够重视，导致氢燃料电池输出功率常出现高频大幅度的波动。这将导致氢燃料电池的剩余使用寿命大幅衰减，并且也难以充分发挥氢燃料电池的优点，造成氢燃料电池在实际应用中难以令人满意的结果。另一方面，能量管理方法设计过程中使用的标准循环工况与实际运行中的复杂工况不能很好的匹配，这就导致了一些能量管理方法缺乏对不同工况的自适应能力，难以应对复杂多变的实际工况。

技术实现思路

[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种氢燃料电池混合动力系统能量管理方法。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：
[0005]一种氢燃料电池混合动力系统能量管理方法，其为：
[0006]该方法将混合动力系统的功率需求看作低频信号与高频噪音的叠加，通过频率分离方法将高低频信号进行分离；低频与高频是一组相对的概念，高频指的是动力系统运行中随机工况对功率波动的影响，是需消除的部分；低频指的是满足动力系统平稳运行的波动频率，理论上波动频率越低越好；
[0007]所述频率分离方法包括两个主要步骤；
[0008](1)首先采用局部多项式加权滑动窗口滤波方法，对功率需求的趋势走向进行跟踪，从而完成对功率需求的预处理，为傅立叶滤波方法做铺垫；该步骤以多项式阶数和窗口长度为控制变量，对局部多项式进行最小二乘法拟合得到权重因子，从而对滑动窗口内数据进行加权滤波处理；
[0009](2)然后采用傅立叶滤波方法，对功率需求的高频噪音进行滤除，实现输出功率的平滑化，该步骤以截止频率为控制变量；
[0010]所述频率分离方法根据动力系统在不同工况下输出的统计学特征构建评价因子，采用的统计特征是氢燃料电池输出功率的标准差和锂电池输出能量的均值；
[0011]所述频率分离方法根据最优的评价因子调整对应的滤波参数，从而实现对不同工况的自适应过程。
[0012]作为优选方式，所述方法进一步为：将需求功率输入滤波算法中，首先由局部多项式加权滑动窗口滤波方法对需求功率的趋势进行跟踪，然后再由傅立叶滤波方法FFT对残留的高频噪音进行滤除，然后根据实际情况进行优化调整，得到初步的滤波结果，在这个初步滤波的基础上计算氢燃料电池输出功率的标准差和锂电池的输出能量的均值，然后根据
如公式(8)所示的评价因子公式得到当前的评价因子，再根据如公式(9)所示的评价因子约束条件和如公式(10)所示的最优化标准选取最优的评价因子，再根据最优化评价因子对应的滤波参数去处理功率需求数据，即可得到自适应的滤波效果，
[0013]S(L)＝λ0L
·
λ1A
mean
(L)+λ2B
mse
(L)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0014]式中：L为窗口长度，S(L)为窗口长度为L时的评价因子，λ0、λ1和λ2为加权系数，A
mean
(L)表示窗口长度为L时均值曲线对应的值。B
mse
(L)表示窗口长度为L时标准差曲线对应的值。
[0015][0016]式中：K(L)为窗口长度为L时标准差曲线的斜率，ΔL为窗口长度的步长，K
s
表示标准差曲线的斜率阈值。
[0017][0018]式中：S(L0)代表最优的评价因子。
[0019]最后，将本方法得到的功率分配方案输出到动力执行单元即可实现氢燃料电池混合动力系统的能量管理策略。
[0020]作为优选方式，氢燃料电池混合动力系统是指以氢燃料电池为主要能量源的混合动力系统。
[0021]作为优选方式，工况是指城市客车标准循环工况和某城市客车实际工况。
[0022]作为优选方式，低频信号与高频噪音是针对氢燃料电池输出特性而言，动力系统的平稳运行状态下产生的信号为低频信号，动力系统的随机性工况下产生的信号为高频信号。
[0023]作为优选方式，评价因子采用氢燃料电池输出功率的均值A
mean
(L)和B
mse
(L)所构成的公式为：
[0024]S(L)＝λ0L
·
λ1A
mean
(L)+λ2B
mse
(L)
[0025]式中:L为窗口长度；S(L)为窗口长度为L时的评价因子；λ0、λ1和λ2为加权系数；A
mean
(L)表示窗口长度为L时均值曲线对应的值；B
mse
(L)表示窗口长度为L时标准差曲线对应的值。
[0026]作为优选方式，评价因子最优化的判定公式为：
[0027][0028]式中：S(L0)代表最优的评价因子。
[0029]即评价因子对应的数值在小于0且此时窗口长度对应的标准差曲线斜率小于设定阈值K
s
时，评价因子越接近0代表该评价因子对应参数下的滤波性能越好，对应的窗口长度表示该滤波算法的最佳参数；其中，
[0030][0031]式中:K(L)表示窗口长度为L时标准差曲线的斜率；B
mse
(L)表示窗口长度为L时标准差曲线对应的值；ΔL为窗口长度的步长；K
s
表示标准差曲线的斜率阈值。
[0032]本专利技术的优点在于：
[0033]通过频率分离的方法，能够在满足系统动力性要求的前提下，有效的降低混合动力系统中氢燃料电池输出功率的波动程度，从而延长氢燃料电池的剩余使用寿命，具有较高的实际应用意义。
[0034]通过频率分离的方法，能够使氢燃料电池在输出低频波动功率的同时，承担系统的大部分能量输出，在提高系统整体能量利用效率的同时，也能够降低系统对于锂电池的容量要求，对于动力系统的长巡航性能有较高的实际意义。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的氢燃料电池混合动力系统能量管理方法整体思路示意图；
[0036]图2为本专利技术的氢燃料电池混合动力系统能量管理方法中自适应滤波策略的流程图。
具体实施方式
[0037]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0038]实施例1
[0039]本实施例提供一种氢燃料电池混合动力系统能量管理方法，该方法将混合动力系统的功率需求看作低频信号与高频噪音的叠加，通过频率分离方法将高低频信号进行分离；低频与高频是一组相对的概念，高频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池混合动力系统能量管理方法，其特征在于：该方法将混合动力系统的功率需求看作低频信号与高频噪音的叠加，通过频率分离方法将高低频信号进行分离；低频与高频是一组相对的概念，高频指的是动力系统运行中随机工况对功率波动的影响，是需消除的部分；低频指的是满足动力系统平稳运行的波动频率，理论上波动频率越低越好；所述频率分离方法包括两个主要步骤；(1)首先采用局部多项式加权滑动窗口滤波方法，对功率需求的趋势走向进行跟踪，从而完成对功率需求的预处理，为傅立叶滤波方法做铺垫；该步骤以多项式阶数和窗口长度为控制变量，对局部多项式进行最小二乘法拟合得到权重因子，从而对滑动窗口内数据进行加权滤波处理；(2)然后采用傅立叶滤波方法，对功率需求的高频噪音进行滤除，实现输出功率的平滑化，该步骤以截止频率为控制变量；所述频率分离方法根据动力系统在不同工况下输出的统计学特征构建评价因子，采用的统计特征是氢燃料电池输出功率的标准差和锂电池输出能量的均值；所述频率分离方法根据最优的评价因子调整对应的滤波参数，从而实现对不同工况的自适应过程。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池混合动力系统能量管理方法，其特征在于：将需求功率输入滤波算法中，首先由局部多项式加权滑动窗口滤波方法对需求功率的趋势进行跟踪，然后再由傅立叶滤波方法FFT对残留的高频噪音进行滤除，然后根据实际情况进行优化调整，得到初步的滤波结果，在这个初步滤波的基础上计算氢燃料电池输出功率的标准差和锂电池的输出能量的均值，然后根据如公式(8)所示的评价因子公式得到当前的评价因子，再根据如公式(9)所示的评价因子约束条件和如公式(10)所示的最优化标准选取最优的评价因子，再根据最优化评价因子对应的滤波参数去处理功率需求数据，即可得到自适应的滤波效果，S(L)＝λ0L
·
λ1A
mean
(L)+λ2B
mse
(L)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式中：L为窗口长度，S(L)为窗口长度为L时的评价因子，λ0、λ1和λ2为加权系数，A
mean
(L)表示窗口长度为L时均值曲线对应的值。B
mse
(L)表示窗口长度为L时...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐自强，朱洪涛，丁晨光，吴孟强，梁洪豪，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：