一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法与流程

本发明涉及氢燃料电池控制领域,尤其涉及一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法。

背景技术：

1、氢燃料电池由于材料的老化和所受不同工况的影响等，不可避免的会发生寿命衰减，并在到一定程度后，使得燃料电池无法继续使用。同时，单个燃料电池的输出功率有限，在某些大功率应用场景，无法使用单个燃料电池满足负载功率需求，因此，在这些场景会将多个燃料电池并联使用，从而提升整体输出功率。同时，从燃料电池生产厂商的角度来看，将燃料电池模块化的生产，在收到不同功率等级的应用需求时，可将不同数量的模块化的燃料电池并联，从而满足应用需求，降低了生产和应用成本。

2、在多个燃料电池并联的系统中，由于生产工艺的差异，不同的燃料电池不可避免的会产生不同的寿命衰减程度，而如果无法对该寿命衰减的程度加以控制，可能导致已经衰减程度比较深的燃料电池进一步衰减。于是，部分燃料电池还健康可用的时候，部分燃料电池已经衰减到无法使用，从而使得整体多燃料电池系统无法使用。因此，需要合理的方式使得多燃料电池并联系统中的各个燃料电池能够寿命均衡一致。

3、目前，针对多燃料电池系统的寿命均衡的控制策略，主要是基于虚拟阻抗调节各个燃料电池输出功率的大小，从而达到寿命均衡的目的。然而该方法需要将各个燃料电池的特性输入同一个主控制中对比，从而确定各个燃料电池输出功率的配比，并依此确定虚拟阻抗的设计。但是该方案无法实现模块化燃料电池即插即用的目的。因此，需要合理的方式使得多燃料电池并联系统中的各个燃料电池能够寿命均衡一致。本发明一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法。本方案主要基于下垂控制的技术调节多燃料电池系统中各个燃料电池的输出。该方法包括：

2、步骤1：利用燃料电池的输出电流和电压信号估算出燃料电池的输出特性v-i曲线，对传感器获得的电流和电压进行预处理；

3、步骤2：利用步骤1中获得的v-i特性曲线与线下标定的健康燃料电池的v-i曲线对比，确定燃料电池寿命衰减程度；

4、步骤3：根据步骤2中获得的燃料电池寿命衰减程度，通过下垂控制调节各个燃料电池的输出功率。

5、进一步地，所述步骤1，预处理利用低通滤波器，去除传感器原始信号中的噪声干扰，滤波后的信号利用最小二乘法或者卡尔曼滤波器来估算v-i曲线。

6、进一步地，所述步骤2，健康燃料电池的v-i曲线在线下针对该款燃料电池进行标定，并且将数据或拟合的公式存储在燃料电池的控制器中。

7、进一步地，所述燃料电池寿命衰减程度，表达式为：

8、

9、其中，d表示燃料电池寿命衰减程度，vo_deg和vo_new分别表示寿命衰减后的燃料电池与健康的燃料电池的输出电压，燃料电池的寿命衰减程度数值越大，表示燃料电池寿命衰减越严重。

10、进一步地，所述步骤3，下垂控制通过调节一个虚拟电阻的大小来调节燃料电池输出的功率，其中，虚拟电阻的大小，表达式为：

11、r＝rbased

12、其中，r表示虚拟电阻，rbase是一个基础的虚拟电阻数值。

13、进一步地，所述虚拟电阻在实际情况下是寿命衰减程度乘以该基数获得，当燃料电池寿命衰减数值越大，其虚拟电阻越大，输出功率越小，抑制进一步寿命衰减。

14、进一步地，所述步骤3，该步骤获得的虚拟电阻用于计算一个电压参考值，通过闭环控制燃料电池的dc/dc变换器使得输出电压等于下垂控制生成的电压参考值。

15、有益效果：

16、本发明针对多燃料电池系统的寿命均衡策略提出了一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法。基于本方案，单独一个燃料电池可以进行模块化设计，无需增加额外的通信线路或整体系统的控制器，并且可以主动根据燃料电池的寿命衰减程度调节器输出，从而使得寿命衰减程度较深的燃料电池输出更高的功率，而程度较低的燃料电池输出较低的功率。于是，多燃料电池系统中的各个燃料电池模块可以达到寿命均衡。

技术特征：

1.一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法，其特征在于,该方法包括：

2.如权利要求1所述的一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法，其特征在于，所述步骤1，预处理利用低通滤波器，去除传感器原始信号中的噪声干扰，滤波后的信号利用最小二乘法或者卡尔曼滤波器来估算v-i曲线。

3.如权利要求1所述的一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法，其特征在于，所述步骤2，健康燃料电池的v-i曲线在线下针对该款燃料电池进行标定，并且将数据或拟合的公式存储在燃料电池的控制器中。

4.如权利要求1所述的一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法，其特征在于，所述燃料电池寿命衰减程度，表达式为：

5.如权利要求1所述的一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法，其特征在于，所述步骤3，下垂控制通过调节一个虚拟电阻的大小来调节燃料电池输出的功率，其中，虚拟电阻的大小，表达式为：

6.如权利要求5所述的一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法，其特征在于，所述虚拟电阻在实际情况下是寿命衰减程度乘以该基数获得，当燃料电池寿命衰减数值越大，其虚拟电阻越大，输出功率越小，抑制进一步寿命衰减。

7.如权利要求1所述的一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法，其特征在于，所述步骤3，该步骤获得的虚拟电阻用于计算一个电压参考值，通过闭环控制燃料电池的dc/dc变换器使得输出电压等于下垂控制生成的电压参考值。

技术总结
本发明公开了一种基于下垂控制的多燃料电池寿命均衡方法，步骤1：利用燃料电池的输出电流和电压信号估算出燃料电池的输出特性V‑I曲线，对传感器获得的电流和电压进行预处理；步骤2：利用步骤1中获得的V‑I特性曲线与线下标定的健康燃料电池的V‑I曲线对比，确定燃料电池寿命衰减程度；步骤3：根据步骤2中获得的燃料电池寿命衰减程度，通过下垂控制调节各个燃料电池的输出功率。本发明单独一个燃料电池可以进行模块化设计，无需增加额外的通信线路或整体系统的控制器，并且可以主动根据燃料电池的寿命衰减程度调节器输出，从而使得寿命衰减程度较深的燃料电池输出更高的功率，而程度较低的燃料电池输出较低的功率。

技术研发人员：董震,王刘超,鲁忠沛,董清华
受保护的技术使用者：苏州溯驭技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27