[发明专利]一种燃料电池集群健康状态的协调控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池集群健康状态的协调控制方法，其特征在于，包括步骤：

S10，确定燃料电池集群健康状态的在线检测方法的拓扑连接方式，燃料电池集群包括多个燃料电池电堆并联构成且多个燃料电池系统经过各自的主功率单向DC/DC变换器和并联的小功率辅助单向DC/DC变换器接入母线；

S20，通过向小功率辅助单向DC/DC变换器添加扰动微电流信号，并测量相应工作中主功率单向DC/DC变换器的供电回路中每个燃料电池输出端的电压信号和电流信号；

S30，对获得的每个燃料电池的电压信号和电流信号做快速傅里叶分解，并从中提取出燃料电池内阻的特征量，完成对燃料电池永久性故障、可恢复性故障以及辅机系统故障的自诊断检测；

S40，结合主动式容错控制策略实现自主切除故障态燃料电池，并根据燃料电池特征量定义出燃料电池老化程度的比值实现燃料电池功率的自适应分配，从而完成对燃料电池集群的健康管理；在步骤S40中，结合主动式容错控制策略实现自主切除故障态燃料电池，即通过对在线检测结果的判断经由控制器实现对燃料电池级联的主功率单向DC/DC变换器输出功率的控制从而完成对出现故障态电堆自主切除；

其中，所述燃料电池集群健康状态的在线检测方法的拓扑连接方式包括燃料电池集群、光耦隔离调理电路、数据处理和系统策略控制中心；

所述燃料电池集群由多个燃料电池电堆并联构成，多个燃料电池系统经过各自的主功率单向DC/DC变换器和并联的小功率辅助单向DC/DC变换器接入母线，为负载提供需求功率；其中三个小功率辅助单向DC/DC变换器只用于添加扰动微电流信号便于在线快速电化学阻抗谱的分析；

所述光耦隔离调理电路采集燃料电池集群中各燃料电池输出端的实时电压信号与电流信号；

所述数据处理和系统策略控制中心将采集的电压信号与电流信号经过A/D转换电路做模数转换后送入控制器中做在线傅里叶分解通过其分解的特征量用以求解各燃料电池阻抗并判断此次测量下燃料电池的性能状态，最后通过各燃料电池阻抗变化和运行性能状态制定多堆协调控制策略经PWM控制电路为各变换器提供相应脉冲信号，控制不同燃料电池功率的输出；

判断此次检测下各燃料电池电堆运行状态的好坏，包括步骤：

计及燃料电池阻抗剩余残差为R_res，且有下式：

其中，R_ref为燃料电池参考欧姆内阻值，R_real为燃料电池实际测试计算得到的欧姆内阻值；

根据燃料电池阻抗剩余残差判断各燃料电池电堆运行状态：

若剩余残差R_res超过设定阈值时确定为永久性故障或辅机系统故障，立即切除故障燃料电池，然后再执行下一步；

若剩余残差R_res在设定阈值内时判断为可恢复性故障，则采用与之对应的恢复性策略，在燃料电池恢复正常过后再执行下一步；

在步骤S40中，根据燃料电池特征量定义出燃料电池老化程度的比值实现燃料电池功率的自适应分配，从而完成对燃料电池集群的健康管理，包括步骤：

S41，计及燃料电池老化程度的量化指标为λ_{R_dec}，且有下式：

依据燃料电池参考欧姆内阻值和燃料电池实际测试计算得到的欧姆内阻值确定各燃料电池老化程度并为其出力进行顺序标号；

S42，结合每次采样下负载需求功率变化增量ΔP_load，根据燃料电池老化程度的比值实时求解各燃料电池对应的功率输出增量ΔP_fci，并随时间逐渐累加；即燃料电池参考输出功率就是根据燃料电池老化程度的比值自适应分配相应输出功率；

S43，根据各个功率增量占比求解分配系数：

S44，根据分配系数调节相应主功率变换器的输入PWM。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池集群健康状态的协调控制方法，其特征在于，控制器通过光耦隔离调理电路采集到各燃料电池输出端电压信号与电流信号，做快速傅里叶分解，并从中提取出燃料电池内阻的特征量，最后根据不同燃料电池阻抗变化来表征燃料电池的老化程度以此为依据分配各电堆功率。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池集群健康状态的协调控制方法，其特征在于，在向小功率辅助单向DC/DC变换器添加扰动微电流信号前，先对各燃料电池电堆按照平均分配原则分配负载需求功率；然后，再由控制器通过小功率辅助单向DC/DC变换器按照额定电流输出的10％添加扰动微交流小信号并测量相应工作中主功率单向DC/DC变换器的供电回路中每个燃料电池输出端的电压信号和电流信号；执行做快速傅里叶分解并从中提取出燃料电池内阻的特征量，通过分析燃料电池内部特征量计算各燃料电池欧姆阻抗值并判断此次检测下各燃料电池电堆运行状态的好坏。