基于功率耦合的混合动力系统的能效优化方法及装置与流程

本申请涉及能效控制的，特别是涉及一种基于功率耦合的混合动力系统的能效优化方法及装置。

背景技术：

1、随着经济全球化的不断加快，航运所具备的运载量大、成本低等特点显得愈发重要。由于传统柴油动力船舶在航行中会消耗大量化石能源，从而造成污染。燃料电池的出现通过直接将化学能转化为电能而不需要机械过程，相比充电电池的不同之处在于，只要燃料和氧化剂供应为它就能连续发电。由于其工作温度低、启动快、高效、零发射、低噪声、寿命长等优点，已在各种应用中成功应用。

2、当然燃料电池也同样有很多缺点，例如无法储能，氢气作为燃料其安全性也需要考虑，因此为了使其应用更加广泛，通常采用和超级电容并联的方式，将超级电容并联到母线上，这样可以对燃料电池的功率进行更加精确的控制。由于引进了超级电容且两种动力源组成的混合能源系统，导致其复杂程度极大的提升，因此，如何协调混合动力系统的不同动态特性，提高电池和超电容器相结合的燃料电池混合动力设备的能源管理效率，成为了当下亟需解决的问题。

3、基于上述场景下的实际需要，本申请提出一种基于功率耦合的混合动力系统的能效优化方法及装置。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于功率耦合的混合动力系统的能效优化方法及装置，以根据混合动力系统的不同动态特性，提高电池和超电容器相结合的燃料电池混合动力设备的能源管理效率。

2、本申请第一方面提供一种基于功率耦合的能效优化方法，应用于混合动力系统中，混合动力系统包括锂电池以及燃料电池，方法包括：采用预设能耗管理优化算法处理锂电池的第一剩余电量，得到第一剩余电量下燃料电池的优化功率和优化母线电压，优化功率为燃料电池供给锂电池的供电功率；根据优化功率和混合动力系统的负载功率，得到燃料电池的第一输出功率；采用预设低通滤波器对第一输出功率进行功率解耦，得到燃料电池的指令功率；根据指令功率，调整混合动力系统的输出电流；根据优化母线电压，调整混合动力系统的工作电压。

3、本申请通过采用上述方法，根据燃料电池混合动力系统的结构特点，对能效最大化策略进行改进和优化，优化了燃料电池供给锂电池的供电功率和母线电压，并根据优化功率和优化母线电压，调整混合动力系统的输出电流和工作电压，提高了燃料电池混合动力设备的能源管理效率。

4、可选的，根据优化母线电压，调整混合动力系统的工作电压，具体包括：根据优化母线电压和预设直流母线电压，得到母线电压差值；根据母线电压差值和锂电池的实际电压，得到混合动力系统的电压调整量；根据电压调整量，调整混合动力系统的工作电压。

5、通过采用上述方法，根据母线电压差值和锂电池的实际电压，得到混合动力系统的电压调整量；根据电压调整量，调整混合动力系统的工作电压，保证了整个混合动力系统在最合适的电压下工作。

6、可选的，采用预设能耗管理优化算法处理锂电池的第一剩余电量，得到第一剩余电量下的优化功率和优化母线电压，具体包括：将第一剩余电量和锂电池的最小电量作为预设能耗管理优化算法的输入，得到优化功率；根据燃料电池极化特性曲线，查询优化功率对应的第一剩余电量下燃料电池的优化电流；根据优化电流，得到第一剩余电量下燃料电池的优化燃料消耗量；根据优化功率、优化电流以及优化燃料消耗量，得到优化母线电压。

7、可选的，预设低通滤波器为巴特沃兹低通滤波器。

8、通过采用上述方法，采用巴特沃兹低通滤波器对波动的第一输出功率进行功率解耦，平抑第一输出功率波形中的波动并减少波形尖锐，得到低频率的燃料电池的指令功率。

9、可选的，混合动力系统的电压调整量为母线电压差值加上锂电池的实际电压再减去预设直流母线电压。

10、可选的，方法还包括：获取混合动力系统的实时母线电压；根据实时母线电压调整预设低通滤波器的时间常数。

11、可选的，根据实时母线电压调整预设低通滤波器的时间常数，具体包括：当实时母线电压在预设母线电压范围之内时，维持时间常数为初始时间常数；当实时母线电压在预设母线电压范围之外时，根据滤波时间常数的变化率，对滤波时间常数进行修正。

12、通过采用上述方法，对滤波时间常数进行修正，使得预设低通滤波器实现更好的滤波效果。

13、本申请第二方面提供一种基于功率耦合的混合动力系统的能效优化装置，装置包括算法优化单元、功率调整单元、功率解耦单元以及输出控制单元。

14、算法优化单元，用于采用预设能耗管理优化算法处理锂电池的第一剩余电量，得到第一剩余电量下燃料电池的优化功率和优化母线电压，优化功率为燃料电池供给锂电池的供电功率。

15、功率调整单元，用于根据优化功率和混合动力系统的负载功率，得到燃料电池的第一输出功率。

16、功率解耦单元，用于采用预设低通滤波器对第一输出功率进行功率解耦，得到燃料电池的指令功率。

17、输出控制单元，用于根据指令功率，调整混合动力系统的输出电流；根据优化母线电压，调整混合动力系统的工作电压。

18、本申请第三方面提供一种电子设备，电子设备包括处理器、存储器、用户接口及网络接口，存储器用于存储指令，用户接口和网络接口用于给其他设备通信，处理器用于执行存储器中存储的指令，以使电子设备执行上述中任一项的方法。

19、本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有指令，当指令被执行时，执行上述中任一项的方法。

20、与相关技术相比，本申请的有益效果是：

21、1、本申请通过采用上述方法，根据燃料电池混合动力系统的结构特点，对能效最大化策略进行改进和优化，优化了燃料电池供给锂电池的供电功率和母线电压，并根据优化功率和优化母线电压，调整混合动力系统的输出电流和工作电压，提高了燃料电池混合动力设备的能源管理效率。

22、 2、通过采用上述方法，根据母线电压差值和锂电池的实际电压，得到混合动力系统的电压调整量；根据电压调整量，调整混合动力系统的工作电压，保证了整个混合动力系统在最合适的电压下工作。

23、 3、通过采用上述方法，采用巴特沃兹低通滤波器对波动的第一输出功率进行功率解耦，平抑第一输出功率波形中的波动并减少波形尖锐，得到低频率的燃料电池的指令功率。

技术特征：

1.一种基于功率耦合的能效优化方法，其特征在于，所述方法应用于混合动力系统中，所述混合动力系统包括锂电池以及燃料电池，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述优化母线电压，调整所述混合动力系统的工作电压，具体包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用预设能耗管理优化算法处理所述锂电池的第一剩余电量，得到所述第一剩余电量下的优化功率和优化母线电压，具体包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设低通滤波器为巴特沃兹低通滤波器。

5.根据权利要求2所述的方法，所述混合动力系统的电压调整量为所述母线电压差值加上所述锂电池的实际电压再减去所述预设直流母线电压。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述实时母线电压调整所述预设低通滤波器的时间常数，具体包括：

8.一种基于功率耦合的混合动力系统的能效优化装置，其特征在于，所述装置包括算法优化单元、功率调整单元、功率解耦单元以及输出控制单元；

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、用户接口、网络接口及存储器，所述存储器用于存储指令，所述用户接口和所述网络接口用于给其他设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述电子设备执行如权利要求1-7任意一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有指令，当所述指令被执行时，执行如权利要求1-7中任意一项所述的方法。

技术总结
本申请提供一种基于功率耦合的能效优化方法及装置，应用于混合动力系统中，方法包括：采用预设能耗管理优化算法处理锂电池的第一剩余电量，得到第一剩余电量下燃料电池的优化功率和优化母线电压，优化功率为燃料电池供给锂电池的供电功率；根据优化功率和混合动力系统的负载功率，得到燃料电池的第一输出功率；采用预设低通滤波器对第一输出功率进行功率解耦，得到燃料电池的指令功率；根据指令功率，调整混合动力系统的输出电流；根据优化母线电压，调整混合动力系统的工作电压。以根据混合动力系统的不同动态特性，提高电池和超电容器相结合的燃料电池混合动力设备的能源管理效率。

技术研发人员：李宗韬,姚海湘,董佳怡
受保护的技术使用者：上海杰宁新能源科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/17