[发明专利]一种电-电混合电源系统的燃料电池效率优化方法

权利要求书

1.一种电-电混合电源系统的燃料电池效率优化方法，其特征在于，提供一种电-电混合电源系统，采用燃料电池与变结构蓄电池作为电源，将燃料电池与变结构蓄电池直接并联接入母线并经直流/交流逆变器与负载电机相连，具体方法包括以下步骤：

步骤S1:通过离线测量和计算获取燃料电池电源的特定工作点的相关参数，并通过多项式拟合的形式获取燃料电池电源的电压、电流、功率与效率之间的函数关系；

步骤S2:根据燃料电池电源的电压、电流、功率与效率之间的函数关系，通过函数逆运算获取燃料电池电源最大效率点的电压与功率；

步骤S3:根据实时测量获取的蓄电池单体电压与燃料的最大效率点功率，匹配蓄电池电源的串并联分组结构；

步骤S4:根据燃料电池最大效率点的输出电压与实时测量获取的蓄电池单体电压，计算变结构蓄电池每个支路所需串联单体数L_S,同时，根据负载功率的大小计算并联支路数L_P，实时增加或减少变结构蓄电池并联支路的数量，保证每条支路蓄电池的电流在不超过电流放电限制的条件下，使变结构蓄电池电源安全稳定供电；

所述步骤S1具体为：

步骤S11:通过离线测量,获取燃料电池电堆在各个特定工作点的电流,电压与实际氢气消耗流量；

步骤S12:通过式(1)计算燃料电池在各个工作点的功率

P＝U·I         (1)

其中：P为燃料电池的功率；U为燃料电池的电压；I为流过燃料电池的电流；

步骤S13:计算燃料电池在各个特定工作点的效率：

其中：Q(H₂)为燃料电池电源的实际氢气消耗流量(g/s)；M_H2为氢气的摩尔质量(g/mol)；ΔH为燃料电池中氢气反应的焓变(kJ/mol)；η为燃料电池电源的效率；

步骤S14:根据计算得到的燃料电池电源的效率与该工作点的燃料电池的电压值与功率值，通过多项式拟合燃料电池电压—效率，功率—效率曲线，如式(3)(4)所示：

η＝G(U)＝a₁+a₂·U¹+a₃·U²+……a_N·U^N    (3)

η＝F(P)＝b₁+b₂·P¹+b₃·P²+……b_N·P^N    (4)

其中：a₁,a₂,a₃,…a_N为燃料电池电源电压--效率多项式的拟合系数,b₁,b₂,b₃…b_N为燃料电池电源功率--效率多项式的拟合系数,G、F分别为电压—效率和功率—效率的函数映射关系。

2.根据权利要求1所述的一种电-电混合电源系统的燃料电池效率优化方法，其特征在于，所述燃料电池的最高效率点对应的燃料电池的工作电压U_m，工作功率P_m：

U_m＝G^-1(max(η))    (5)

P_m＝F^-1(max(η))    (6)

其中：max(η)为取η的最大值函数，U_m为燃料电池最高效率点电压,P_m为燃料电池最高效率点对应的功率。

3.根据权利要求2所述的一种电-电混合电源系统的燃料电池效率优化方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

步骤S41:预设串联连接L_S个蓄电池单体作为一个蓄电池支路，使变结构蓄电池电源端电压与燃料电池电源最大效率点电压趋于一致，当L_S为小数时取比L_S大的最小整数：

其中：L_S为变结构蓄电池电源每个支路蓄电池模组所需串联蓄电池单体个数，U_s为蓄电池单体实时电压；

步骤S42:计算变结构蓄电池电源所需并联支路数L_p，即闭合L_p条并联支路，当L_p为小数时，取比L_p大的最小整数，如式(8)所示：

其中：L_p为变结构蓄电池电源所需并联支路数，P_s为蓄电池单体电压为U_s时且电流为蓄电池达到放电限定电流时的功率，P_e为总需求功率。