[发明专利]电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统

权利要求书

1.一种电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统，其特征在于，包括：信号采集单元、状态预测单元、功率预测单元以及能量管理单元；其中：

所述信号采集单元，用于采集电池、超级电容与燃料电池混合储能装置的电压与电流数据；

所述状态预测单元，用于通过所述信号采集单元所采集到的电压与电流数据，来预测电池与超级电容的荷电状态；

所述功率预测单元，用于结合所述信号采集单元所采集到的电压与电流数据，以及所述状态预测单元预测到的电池与超级电容的荷电状态，来预测电池与超级电容的充放电功率；

所述能量管理单元，用于根据外部电机功率需求，结合状态预测单元与功率预测单元的预测结果对电池、超级电容与燃料电池混合储能装置的功率进行分配；

所述能量管理单元根据外部电机功率需求Pm，并结合状态预测单元预测的电池与超级电容的荷电状态，以及功率预测单元预测的电池和超级电容充放电功率，利用基于有限状态机的混合储能装置能量管理策略实现电池、超级电容与燃料电池的功率分配；

所述基于有限状态机的混合储能装置能量管理策略包含16种有限状态，依次记为S1到S16，状态间的转换通过以下逻辑实现：

A、当能量回收时，外部电机功率需求Pm0：

若电池荷电状态SOCb与超级电容荷电状态SOCsc均低于相应的上限阈值SOCb,max与SOCsc,max，即SOCbSOCb,max，SOCscSOCsc,max，则进入S5，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝0，Pb＝-|Pb,min_chg|，Psc＝-|Pm-Pb,min_chg|；

若电池荷电状态SOCb充电后高于上限阈值SOCb,max，即SOCbSOCb,max，则电池停止充电并进入S2，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝0，Pb＝0，Psc＝-|Pm|；

若超级电容荷电状态SOCsc充电后高于上限阈值SOCsc,max，即SOCscSOCsc,max，则超级电容停止充电并进入S3或S4，判定条件为：如果外部电机功率需求Pm小于电池最小充电功率Pb,min_chg，即PmPb,min_chg，则进入S4，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝0，Pb＝-|Pb,min_chg|，Psc＝0；否则进入S3，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝0，Pb＝-|Pm|，Psc＝0；

若电池荷电状态SOCb与超级电容荷电状态SOCsc均高于相应的上限阈值SOCb,max与SOCsc,max，即SOCbSOCb,max，SOCscSOCsc,max，则进入S1，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝0，Pb＝0，Psc＝0；

B、当外部电机功率需求Pm0，且高于燃料电池最大输出功率Pfc,max的情况下，即PmPfc,max，燃料电池输出最大功率：

若电池荷电状态SOCb与超级电容荷电状态SOCsc均低于相应的下限阈值SOCb,min与SOCsc,min，即SOCbSOCb,min，SOCscSOCsc,min，则进入S6，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝0，Psc＝0；

若电池荷电状态SOCb高于下限阈值SOCb,min，同时超级电容荷电状态SOCsc低于下限阈值SOCsc,min，即SOCbSOCb,min，SOCscSOCsc,min，则进入S7或者S8，判定条件为：如果Pm-Pfc,max大于电池的最大放电功率Pb,max_dchg，则进入S7，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝Pb,max_dchg，Psc＝0；否则进入S8，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝Pm-Pfc,max，Psc＝0；

若电池荷电状态SOCb低于下限阈值SOCb,min，同时超级电容荷电状态SOCsc高于下限阈值SOCsc,min，即SOCbSOCb,min，SOCscSOCsc,min，则进入S9，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝0，Psc＝Pm-Pfc,max；

若电池荷电状态SOCb与超级电容荷电状态SOCsc均高于相应的下限阈值SOCb,min与SOCsc,min，即SOCbSOCb,min，SOCscSOCsc,min，则进入S8或者S10，判定条件为：如果Pm-Pfc,max小于电池的最大放电功率Pb,max_dchg，则进入S8，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝Pm-Pfc,max，Psc＝0；否则进入S10，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝Pb,max_dchg，Psc＝Pm-Pb,max_dchg-Pfc,max；

C、当Pm为正并且低于燃料电池最大输出功率Pfc,max时：

若电池荷电状态SOCb与超级电容荷电状态SOCsc均低于相应的下限阈值SOCb,min与SOCsc,min，即SOCbSOCb,min，SOCscSOCsc,min，燃料电池不仅要对外输出Pm，还需要优先给超级电容充电，这种条件下进入S11，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝0，Psc＝-|Pfc,max-Pm|；若超级电容和电池充电完成，则由超级电容对外输出Pm，进入S16，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝0，Pb＝0，Psc＝Pm；

若电池荷电状态SOCb低于下限阈值SOCb,min，同时超级电容荷电状态SOCsc高于下限阈值SOCsc,min，即SOCbSOCb,min，SOCscSOCsc,min，此时由超级电容对外输出Pm，由燃料电池给电池充电，则进入S12或者S13，判定条件为：若Pfc,max大于电池最大放电功率Pb,max_dchg，则进入S12，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pb,max_dchg，Pb＝-|Pb,max_dchg|，Psc＝Pm；否则进入S13，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝-|Pfc,max|，Psc＝Pm；

若电池荷电状态SOCb高于下限阈值SOCb,min，同时超级电容荷电状态SOCsc低于下限阈值SOCsc,min，即SOCbSOCb,min，SOCscSOCsc,min，此时由电池对外输出Pm，由燃料电池给超级电容充电，则进入S14或者S15，判定条件为：若电池最大放电功率Pb,max_dchg大于Pm，则进入S14，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝Pm，Psc＝-|Pfc,max|；否则进入S15，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝Pb,max_dchg，Psc＝-|Pfc,max-(Pm-Pb,max_dchg)|。