[发明专利]基于凸函数的燃料电池和电池混合动力系统能量控制方法

说明书

本发明涉及一种基于凸函数的燃料电池和电池混合动力系统能量控制方法，包括以下步骤：步骤1：控制任意时刻的燃料电池和电池的功率输出满足负载的功率需求；步骤2：控制电池初始和最终的充电状态；步骤3：计算燃料电池的功率损耗Psubgt;loss_fc/subgt;；步骤4：计算电池的功率损耗Psubgt;loss_ba/subgt;；步骤5：结合步骤3和步骤4燃料电池和电池的功率损耗，得到两者整体的功率损耗Psubgt;loss/subgt;；步骤6：利用凸优化和考虑降低燃料电池输出功率变化率，计算燃料电池电流参考值。本发明是实时能量控制，获得系统功率损耗最小化，并且达到降低燃料电池功率输出的变化率，从而提升燃料电池的寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池和电池混合动力的领域，尤其涉及一种基于凸函数的燃料电池和电池混合动力系统能量控制方法。

背景技术

混合动力系统的能量管理主要目的是在满足负载功率需求的前提下，给出不同能量源的输出功率参考值，从而使得整个系统运行稳定并且在给定目标下最优化。燃料电池和电池的混合动力系统的给定目标一般为，燃料电池的耗氢量最低、燃料电池输出的变化率低和电池不会过充过放，从而使得整体系统最优化运行。

现有的技术主要分为两类：离线优化和在线实时的能量管理策略。离线优化的前提是能量管理系统提前知道全部的负载变化，从而可以针对全部的负载，进行全局优化。而在线实时的能量管理是不知道未来的负载变化，需要在系统运行时，根据系统的状态实时给出燃料电池和电池的功率输出，无法采用优化算法，是实际工程应用中的能量管理策略。

在现有的能量管理方案中，离线优化的方案，虽然能够给出全局的最优能量分配，但是需要提前知道全部的负载变换，在实际工程应用中不可能实现，即使采用一定的负载预测方法也不可能知道准确的负载变化。因此，离线优化的方案无法在实际实时运行的系统中应用，只能提供一个最优的参考。

而传统在线实时的能量管理系统，因为无法知道全部的负载变化，从而不能给出全局的最优化。传统在线实时的方案无法利用优化算法，所以实时的能量管理系统一般采用经验设计方法，如基于规则的或模糊控制的方案，具体的控制参数选择，取决于设计者的经验和知识，无法保证结果的最优。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于凸函数的燃料电池和电池混合动力系统能量控制方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于凸函数的燃料电池和电池混合动力系统能量控制方法，包括以下步骤：

步骤1：控制任意时刻的燃料电池和电池的功率输出后针对负载的功率，其中负载功率公式如下：

P_load＝P_{load_fc}+P_{load_ba}         (1)

其中，负载的功率为P_load，

燃料电池和电池的输出功率分别为P_{load_fc}和P_{load_ba}；

步骤2：控制电池初始和最终的充电状态，即以转化为电池在一次运行后功率的积分等于0，公式如下：

步骤3：计算燃料电池的功率损耗P_{loss_fc}，其公式如下：

其中，

m_fc为燃料电池dc/dc变换器的变比；

v_dc和i_fc分别为直流母线电压和燃料电池输出电流；