【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其是涉及一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法。
技术介绍
1、燃料电池混合动力汽车依赖于氢气，其正在成为汽车行业替代传统混合动力汽车的有竞争力的产品。然而，燃料电池混合动力汽车的性能很大程度上取决于能量管理策略，即通过在燃料电池系统和储能系统之间合理分配电力需求达到优化氢耗和延长燃料电池寿命的目的。所以，必须开发更先进的能量管理策略，以提高燃料电池混合动力汽车的性能效率和使用寿命。
2、燃料电池混合动力系统一般是由燃料电池系统和储能系统组成，两者同时为负载提供动力。燃料电池系统由电堆和辅助系统组成，辅助系统包括氢气供给系统、空气供给系统、增湿系统、冷却系统等。水含量是影响质子交换膜燃料电池性能退化的关键因素，因为质子交换膜燃料电池运行过程只有水这一种产物，燃料电池运行过程中水含量的不合理会加速燃料电池退化，缩短使用寿命。
3、现有的能量管理策略大都只考虑燃料电池的电特性，通过减小其功率变化率来延长使用寿命，未考虑到燃料电池运行过程中的水含量。然而，燃料电池的运行状态是热、电、气、液多物理场耦合的过程，只考虑电特性的波动无法从根本上缓解燃料电池衰退。
技术实现思路
1、为解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术采取的技术方案为：
2、一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，包括如下步骤：
3、s1、通过仿真获得燃料电池运行状态的最佳水含量范围；
4、s2、利用神经网络预测汽车行驶速度；
5
6、s4、根据步骤s3中得到的由燃料电池承担的需求功率，计算得到未来一段时间内燃料电池反应生成水的量；
7、s5、依据步骤s4中得到的未来一段时间内的生成水的量，结合步骤s1中获取的水含量最佳范围，对燃料电池的增湿系统进行控制，使得燃料电池的水含量位置在最佳范围内。
8、在一些实施例中，在步骤s1中，以燃料电池输出电压为评判标准，通过仿真对比不同水含量λ值下的燃料电池极化曲线，确定燃料电池运行状态水含量的最佳范围[λmin，λmax]。
9、在一些实施例中，步骤s1中，通过仿真对比不同水含量λ值下的燃料电池极化曲线时，具体采用如下方法：
10、燃料电池阴极催化层中的孔隙用于供化学反应生成的水流动，孔隙占阴极催化层的比例称为孔隙率，孔隙率影响催化层中的水含量；
11、考虑铂粒子团聚对水含量的影响，依据燃料电池阴极催化层中铂粒子团聚对水含量影响的机理进行建模，建立铂粒子团聚对孔隙率的影响的公式如下：
12、εcl＝1-εpt/c-w (1)
13、其中，εcl为燃料电池阴极催化层的孔隙率，εpt/c表示支撑铂的碳载体的体积分数，w表示电解质体积分数；
14、碳载体体积分数εpt/c通过公式(2)求得：
15、
16、其中，mpt表示阴极单位面积铂粒子的质量载荷，δcl表示催化层厚度，ρpt表示铂的密度，ratiopt/c表示单位体积内pt和c的比例，由公式(3)求得：
17、ratiopt/c＝mpt/(mpt+mc) (3)
18、其中，mc表示阴极单位面积碳的质量载荷；
19、公式(1)中的电解质体积分数w由以下公式(4)和(5)求得：
20、
21、
22、其中，wagg表示团聚体体积分数，为定值，δm表示催化层中电解质膜厚度，n表示单位体积的团聚体积数量，ragg表示团聚体半径，团聚体半径ragg根据公式(6)求得：
23、
24、其中，rt_agg指t时刻团聚体半径，r0_agg表示团聚体初始半径，r0_pt表示铂粒子初始半径，kd由如下公式(7)求得：
25、
26、其中，ωpt表示铂的摩尔体积，dpt，i表示铂粒子单体相中的铂扩散系数，r为气体摩尔常数，t为温度，c∞_pt表示离子聚物相中稳定铂粒子的溶质浓度，由公式(8)求得：
27、
28、其中，rt，pt表示t时刻铂粒子半径，一般可认为：如果由两个最初的铂粒子形成一个新的铂粒子，那么rt，pt＝21/3*r0，pt，如果由三个铂粒子形成新粒子，则rt，pt＝31/3*r0，pt；γpt表示铂的界面能量表面密度；vave表示平均电压；表示铂分解反应的可逆电压，是温度的函数，由如下公式(9)求得：
29、
30、结合公式(1)至公式(9)，建立铂粒子团聚对孔隙率的影响后，基于此结合燃料电池衰退机理搭建燃料电池衰退模型，以燃料电池输出电压为评判标准，通过仿真对比不同水含量λ值下的燃料电池极化曲线，通过仿真获得燃料电池运行状态的最佳水含量范围。
31、在一些实施例中，在步骤s2中，具体地，将历史行驶速度、加速度和平均速度作为神经网络的输入，汽车未来的行驶速度作为输出；为了预测未来n时间长度的行驶速度，将现有的汽车行驶工况划分为时长度为n的区间，将每个区间的速度、加速度、平均速度作为训练集对神经网络进行训练。
32、在一些实施例中，步骤s3中，预测得到汽车行驶速度v后，其需求功率pvehicle由公式(10)至(13)计算得到：
33、
34、
35、fr＝mcrg cos(α) (12)
36、fg＝mg sin(α) (13)
37、其中，fa为空气动力摩擦力，fr为滚动摩擦力，fg为重力引起的反向力，m为车辆的质量，ρ为行驶过程车辆周围的空气密度，a为车辆前表面积，g为重力加速度，cx为空气阻力系数，cr为滚动摩擦系数，α为道路坡度角度；
38、优化分配燃料电池和锂电池的功率的目标函数如公式(14)所示：
39、
40、且满足pvehicle(t)＝pfc(t)+pbat(t)
41、0≤pfc(t)≤pfc_max
42、socmin≤soc(t)≤socmax
43、其中，pfc和pbat分别表示燃料电池和锂电池的功率，ω1、ω2、ω3为权重系数，δpfc为燃料电池功率变化率，soc为锂电池荷电状态，δsoc为优化区间内锂电池荷电状态的最大变化范围，为总的氢气消耗量，目标函数f以减小燃料电池功率变化率δpfc、降低混动系统总氢气消耗量减小锂电池荷电状态soc波动范围为目标；
44、并且δsoc与采用下式计算：
45、δsoc＝soc(t)max-soc(t)mon (15)
46、
47、其中hhv为氢气的热值。
48、在一些实施例中，步骤s4中，根据下式计算燃料电池反应生成水的量：
49、
50、其中，wwater_generate是化学反应生成水的量，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，其特征在于，在步骤S1中，以燃料电池输出电压为评判标准，通过仿真对比不同水含量λ值下的燃料电池极化曲线，确定燃料电池运行状态水含量的最佳范围[λmin,λmax]。
3.根据权利要求2所述的一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，其特征在于，步骤S1中，通过仿真对比不同水含量λ值下的燃料电池极化曲线时，具体采用如下方法：
4.根据权利要求2所述的一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，其特征在于，在步骤S2中，具体地，将历史行驶速度、加速度和平均速度作为神经网络的输入，汽车未来的行驶速度作为输出；为了预测未来N时间长度的行驶速度，将现有的汽车行驶工况划分为时长度为N的区间，将每个区间的速度、加速度、平均速度作为训练集对神经网络进行训练。
5.根据权利要求4所述的一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，其特征在于，步骤S3中，预测得到汽车行驶速度v后，其需求功率Pvehicle由公式(10)至(13)计算得到：
6.根据权利要求5所述的一种磁电编码器的在线补偿方法，其特征在于，步骤S4中，根据下式计算燃料电池反应生成水的量：
7.根据权利要求4所述的一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，其特征在于，步骤S5中，具体地，根据步骤S1中确定的燃料电池运行状态水含量的最佳范围[λmin,λmax]，以平均值λaverage＝(λmin+λmax)/2为标准进行优化控制，根据以下公式求在预测区间{t+1,t+2,…,t+N}内的最优进气湿度：
...【技术特征摘要】
1.一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，其特征在于，在步骤s1中，以燃料电池输出电压为评判标准，通过仿真对比不同水含量λ值下的燃料电池极化曲线，确定燃料电池运行状态水含量的最佳范围[λmin,λmax]。
3.根据权利要求2所述的一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，其特征在于，步骤s1中，通过仿真对比不同水含量λ值下的燃料电池极化曲线时，具体采用如下方法：
4.根据权利要求2所述的一种考虑燃料电池水管理的能量管理方法，其特征在于，在步骤s2中，具体地，将历史行驶速度、加速度和平均速度作为神经网络的输入，汽车未来的行驶速度作为输出；为了预测未来n时间长度的行驶速度，将现有的汽车行驶工况划分为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李曦，单新凯，许元武，向芸，
申请(专利权)人：武汉华夏智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。