一种燃料电池的发电控制方法和装置与流程

本技术涉及电池控制领域，尤其涉及一种燃料电池的发电控制方法和装置。

背景技术：

1、目前，环境污染和资源短缺的问题日益严重，开发清洁高效的新能源具有重要意义。燃料电池作为一种新型环保高效发电装置，发电效率高、污染物排放少，非常适合分布式发电应用。燃料电池系统的控制策略直接影响着其发电效率和稳定性。因此，研究燃料电池的发电控制方法，对提高其发电性能具有重要作用。

2、在相关技术中，已经提出了各种燃料电池的发电控制策略。例如，采用负载跟踪控制策略，根据负载变化情况动态调节燃料电池系统的输出电压和电流，从而提高发电效率。还有基于模型预测控制的策略，通过建立精确的燃料电池模型，预测电池的电压响应，实现系统状态的预测控制。

3、然而，相关技术中燃料电池的发电控制方法难以控制发电稳定性。在燃料电池应用于清扫车、重型卡车等设备时，对于一些启停频繁、功率梯度变化大的工况，电池需要进行负载变化的快速响应，这样会引起燃料电池的电压电流的大幅波动，降低发电稳定性的同时，影响电池健康。

技术实现思路

1、本技术提供了一种燃料电池的发电控制方法和装置，通过预测功率需求、进行优化拆解、协调控制燃料电池和锂离子电池两种电池的输出，能够提高燃料电池发电的效率和稳定性，在燃料电池应用于启停频繁场景中时，能够改善电压电流大幅波动的问题，实现稳定的发电控制，保障电池健康。

2、第一方面，本技术提供了一种燃料电池的发电控制方法，应用于控制装置，该方法包括：收集目标车辆的历史功率输出数据，并训练得到功率预测模型；实时采集目标车辆的车辆运行数据；车辆运行数据包括车载质量、车速、加速度、预计行驶路线、环境温度、电池状态；将车辆运行数据输入到功率预测模型中，得到目标车辆在未来的预设时间段内的功率需求曲线；基于预设约束条件对功率需求曲线进行算法拆解，分别得到目标车辆的燃料电池和锂离子电池在预设时间段内的燃料功率需求曲线和锂电功率需求曲线；预设约束条件包括在功率需求变化率大于预设变化阈值时，由锂离子电池分担功率的变化输出、在功率需求变化率小于或等于预设变化阈值时，由燃料电池分担预设功率的输出；根据燃料功率需求曲线和锂电功率需求曲线，分别控制燃料电池和锂离子电池在预设时间段内的功率输出。

3、在上述实施例中，控制装置通过训练得到功率预测模型，对车辆的历史功率输出数据进行分析，可针对性地预测目标车辆的功率需求曲线，再进行曲线拆解算法，将功率需求合理分配给燃料电池和锂电池，使两种电池的功率输出协同合作、相互补充。这种方法充分利用了机器学习模型的预测功能，进行科学控制和优化配置，不仅能提高车载电池的综合效率，也能平滑电池之间的功率转换，有效减少功率变化带来的电压电流波动，保证稳定的电力供给，节约了资源、提升了发电质量、延长了电池使用寿命。

4、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，收集目标车辆的历史功率输出数据，并训练得到功率预测模型，具体包括：收集目标车辆的历史功率输出数据并进行预处理，去除其中的离散值；基于预设规则，划分历史功率输出数据为训练数据和验证数据；将训练数据输入到机器学习模型中训练，得到功率预测模型；使用验证数据验证功率预测模型，得到预测性能指数；在预测性能指数低于预设期望值时，调整机器学习模型的训练参数，再次训练得到改进后的功率预测模型。

5、在上述实施例中，控制装置通过收集车辆历史功率数据、进行数据预处理、划分训练和验证数据集、多次训练调参等步骤，可得到预测准确性较高的模型。这种训练流程符合机器学习的一般过程，能够充分利用算法自动学习和模型优化的优势，取得较好的预测性能。相比人工经验预测，这种数据驱动的预测方式更具科学性，也更适合不同车型、不同负载的功率曲线预测，进一步提升了整体控制策略的智能化、精准化水平。

6、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，基于预设约束条件对功率需求曲线进行算法拆解，分别得到目标车辆的燃料电池和锂离子电池在预设时间段内的燃料功率需求曲线和锂电功率需求曲线，具体包括：分析功率需求曲线，确定多个时间段的多个平均功率需求；分别确定燃料电池与平均功率需求相差不超过预设差值阈值的多个优化输出功率；规划曲率为零，数值为优化输出功率的曲线，为燃料电池在预设时间段内的燃料功率需求曲线；计算功率需求曲线与燃料功率需求曲线的功率差；拟合功率差中的正值为锂离子电池在预设时间段内的锂电功率需求曲线。

7、在上述实施例中，控制装置提供了具体的功率曲线拆解算法，通过分析平均功率、确定优化输出功率等技术手段，将复杂的功率需求合理分解为燃料电池需求曲线和锂电需求曲线，避免电池功率变化过急，也防止电池长期处于高负载状态，对电池进行保护。这种拆解逻辑设置了较为合理的约束条件，能够发挥两种电池的长处，提高它们的协同效率。这种模型预测与优化组合的拆解策略，可实现更高效稳定的电池协同控制，同时又保证了节能、安全、高效。

8、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在计算功率需求曲线与燃料功率需求曲线的功率差的步骤之后，该方法还包括：在功率差为负值时，使用功率差的绝对值作为锂离子电池的充电功率；在锂离子电池的当前电量低于或等于预设最高电量阈值时，使用充电功率对锂离子电池进行充电。

9、在上述实施例中，控制装置针对功率差值为负的情况，提出了使用该负值对锂离子电池充电的技术方案。在车辆起步加速时，燃料电池常有功率溢出的情况，这时可以对锂离子电池进行充电。合理利用了燃料电池的功率冗余，对电池进行智能充放电管理，既提高了电池充电效率，也实现了车辆的节能减排。同时，该方案还设置电量阈值条件，防止过充，保护电池。能够合理调配各类电源，发挥其应有功能，节约了资源、延长了使用寿命。

10、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在计算功率需求曲线与燃料功率需求曲线的功率差的步骤之后，该方法还包括：计算功率差为负值的差值区间内，燃料电池的溢出功率产能；基于锂离子充电效率，确定溢出功率产能对应的锂电充电电量；若锂电充电电量大于锂离子电池的剩余电量空间，则修正燃料功率需求曲线，降低燃料电池的功率输出。

11、在上述实施例中，控制装置针对燃料电池功率溢出的情况，提供了确定溢出功率、计算对应锂电充电电量的技术手段。与直接对锂电池充电不同，该方案计算充电上限，防止溢出功率过度充电。充分考虑了锂电池的剩余空间、充电效率等因素，可以避免电池过充过放、产生安全隐患。通过修正燃料电池输出曲线来实现可控的合理充电，不仅提高电池使用安全性，也实现资源的合理利用和节能目标。

12、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在收集目标车辆的历史功率输出数据，并训练得到功率预测模型的步骤之前，该方法还包括：获取目标车辆在过去预设时间段内的行驶里程信息；根据行驶里程信息，确定目标车辆的用车类型；基于不同的用车类型，确定不同的车辆运行的数据采集频率和功率预测频率。

13、在上述实施例中，控制装置采用不同的数据采集和预测频率的技术方案。这种区分式管理可对不同用车类型实施定制化策略，例如出租车需要更频繁的数据监测，而私家车可以通过日常学习获得预测模型。该方案充分考虑了应用场景的差异，实现精细化智能管理，既可提高学习效率，也可节省存储和计算资源，对资源利用进行了优化。这种分场景的数据策略更加智能和高效，可有效提升系统的自主适应能力。

14、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在根据燃料功率需求曲线和锂电功率需求曲线，分别控制燃料电池和锂离子电池在预设时间段内的功率输出的步骤之后，该方法还包括：监测燃料电池和锂离子电池在预设时间段内的实时功率输出数据；确定实时功率输出数据与功率需求曲线的功率偏差；在功率偏差的变化率超过预设变化率阈值时，进行功率偏差预测，得到功率偏差在未来预设时间段内的偏差预测曲线；根据偏差预测曲线，确定调整燃料电池和锂离子电池的功率输出的调整时间点和调整幅度。

15、在上述实施例中，控制装置提供了闭环反馈控制的技术方案，可对电池的功率输出进行实时监测与校正。通过预测功率偏差变化趋势，可提前确定输出调整的时间和幅度，实现动态闭环控制。可对电池输出与需求的偏差进行快速补偿，避免误差累积扩大，保证高精度、稳定的发电控制。

16、第二方面，本技术实施例提供了一种控制装置，该控制装置包括：模型训练模块，用于收集目标车辆的历史功率输出数据，并训练得到功率预测模型；数据采集模块，用于实时采集目标车辆的车辆运行数据；车辆运行数据包括车载质量、车速、加速度、预计行驶路线、环境温度、电池状态；曲线模拟模块，用于将车辆运行数据输入到功率预测模型中，得到目标车辆在未来的预设时间段内的功率需求曲线；曲线拆解模块，用于基于预设约束条件对功率需求曲线进行算法拆解，分别得到目标车辆的燃料电池和锂离子电池在预设时间段内的燃料功率需求曲线和锂电功率需求曲线；预设约束条件包括在功率需求变化率大于预设变化阈值时，由锂离子电池分担功率的变化输出、在功率需求变化率小于或等于预设变化阈值时，由燃料电池分担预设功率的输出；功率控制模块，用于根据燃料功率需求曲线和锂电功率需求曲线，分别控制燃料电池和锂离子电池在预设时间段内的功率输出。

17、第三方面，本技术实施例提供了一种控制装置，该控制装置包括：一个或多个处理器和存储器；该存储器与该一个或多个处理器耦合，该存储器用于存储计算机程序代码，该计算机程序代码包括计算机指令，该一个或多个处理器调用该计算机指令以使得该控制装置执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

18、第四方面，本技术实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当上述计算机程序产品在控制装置上运行时，使得上述控制装置执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

19、第五方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当上述指令在控制装置上运行时，使得上述控制装置执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

20、可以理解地，上述第二方面、第三方面提供的控制装置，第四方面提供的计算机程序产品和第五方面提供的计算机存储介质均用于执行本技术实施例所提供的方法。因此，其所能达到的有益效果可参考对应方法中的有益效果，此处不再赘述。

21、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

22、1、由于采用了训练得到功率预测模型并进行曲线拆解与优化配置的技术手段，所以能够合理预测车辆的功率需求，并进行科学分配，有效解决了相关技术中简单线性分配易造成电压电流大幅波动的问题，进而实现了提高燃料电池与锂离子电池的协同效率与发电稳定性。相比简单线性分配，这种模型预测与优化组合的拆解策略，可以实现更精细和智能的电池协同控制，有效减少电压电流的大幅波动，保证稳定和高效的发电，达到节能、环保、延长使用寿命的技术效果。

23、2、由于采用了计算溢出功率并限定合理的充电电量上限的技术手段，所以可以控制充电电量，避免对锂离子电池的过充，有效解决了相关技术中存在电池过充安全隐患的问题，进而实现了提高电池使用安全性与延长寿命。与直接对电池充电不同，这种方式可严格控制充电上限，避免电池过充过放。在满足利用溢出功率的基础上，确保电池充电安全性，避免产生安全事故，进而达到延长电池使用寿命、节约资源的技术效果。

24、3、由于采用了功率偏差预测与闭环反馈调节的技术手段，所以可以实现实时监控与快速补偿，有效解决了相关技术中电池控制存在误差累积的问题，进而实现了提高发电控制的稳定性与精确度。实时监测与预测调整的策略增强了方法的鲁棒性，有效提升了电池协同控制的稳定性与准确度，确保高效精准的发电，避免系统震荡，达到了节约资源、延长电池使用寿命的技术效果。