CN111038336A - 一种并联燃料电池***控制方法及装置 - Google Patents

一种并联燃料电池***控制方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111038336A
CN111038336A CN201911382628.1A CN201911382628A CN111038336A CN 111038336 A CN111038336 A CN 111038336A CN 201911382628 A CN201911382628 A CN 201911382628A CN 111038336 A CN111038336 A CN 111038336A
Authority
CN
China
Prior art keywords
output
fuel cell
current
efficiency
cell system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911382628.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111038336B (zh
Inventor
胡刚毅
高文进
徐亚美
李军营
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weichai Power Co Ltd
Original Assignee
Weichai Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weichai Power Co Ltd filed Critical Weichai Power Co Ltd
Priority to CN201911382628.1A priority Critical patent/CN111038336B/zh
Publication of CN111038336A publication Critical patent/CN111038336A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111038336B publication Critical patent/CN111038336B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/04902—Current of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/0491—Current of fuel cell stacks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/32—Waterborne vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/36—Vehicles designed to transport cargo, e.g. trucks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本申请提供了一种并联燃料电池***控制方法及装置，首先根据油门控制信号计算需求电流，将并联燃料电池***总输出电流等于所述需求电流作为输出约束条件；然后再根据并联燃料电池***总效率和所述第一输出电流之间的关系，计算满足所述输出约束条件且所述并联燃料电池***总效率最高时，所述多个燃料电池的理论输出电流；最后向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致。如此，通过控制每个燃料电池的第一输出电流都等于各自的理论输出电流，可以在保证并联燃料电池***输出的电流可以满足当前需求的前提下，获得最高的电能转化效率，从而起到节约燃料，节约能源的作用。

Description

一种并联燃料电池***控制方法及装置
技术领域
本申请涉及燃料电池领域，尤其涉及一种并联燃料电池***控制方法及装置。
背景技术
随着传统能源的消耗，重型汽车、舰船等大型设备的动力来源由石油、煤等化石能源转向燃料电池等清洁能源成为了未来的趋势。但是受限于燃料电池高昂的成本，目前只能采用多个燃料电池并联后，再为大型设备提供电力。如此，多个燃料电池之间的功率分配，即每个燃料电池分别提供多少功率，成为了并联燃料电池***控制***的关键。
目前，并联燃料电池***主要采用平均分配策略，每个燃料电池输出相同的功率，但是这种策略低功率区间有明显的缺陷，而且容易造成燃料的浪费。因此，亟需一种能提高并联燃料电池***工作效率的控制方法，减少燃料的消耗。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种并联燃料电池***控制方法及装置，旨在提高由多个燃料电池组成的并联燃料电池***的电能转化效率，减少燃料的消耗。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
一种并联燃料电池***控制方法，所述并联燃料电池***包括多个燃料电池，每个燃料电池包括一个燃料电堆和一个升压模块；所述燃料电堆的输出端和所述升压模块的输入端相连，所述升压模块的输出端为燃料电池的输出端；将所述燃料电堆的输出电压作为第二输出电压，所述升压模块的输出端输出的电流作为第一输出电流；
所述方法包括：
根据油门控制信号计算需求电流，将并联燃料电池***总输出电流等于所述需求电流作为输出约束条件，所述并联燃料电池***总输出电流为多个第一输出电流之和；
根据并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系，计算所述并联燃料电池***总效率最高且满足所述输出约束条件时，所述多个燃料电池的理论输出电流；其中，所述并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系是预先根据并联燃料电池***总输出功率、燃料电堆消耗功率、第一输出电流之间的数学关系进行推导计算得到的；
向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致。
可选地，所述并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系是通过以下方法得到的，所述方法包括：
根据预设效率电流曲线，得到燃料电堆消耗功率关于第一输出电流的数学表达式；将所述表达式带入燃料电堆消耗功率与并联燃料电池***总效率之间的关系，得到并联燃料电池***总效率和所述第一输出电流之间的关系。
可选地，所述预设效率电流曲线包括：电堆效率曲线和不同第二输出电压下的升压效率曲线；所述电堆效率曲线为所述燃料电堆的工作效率和所述第一输出电流之间的关系曲线；所述升压效率曲线包括不同第二输出电压下，升压模块效率和所述第一输出电流之间的关系曲线。
可选地，所述根据预设效率电流曲线，得到燃料电堆消耗功率关于第一输出电流的数学表达式包括：
将所述电堆效率曲线转换为数学表达式；
获取所述第一输出电流和第二输出电压之间的关系并带入所述升压效率曲线，得到所述升压模块效率关于第一输出电流之间的数学表达式；
将所述升压模块效率关于第一输出电流之间的数学表达式与电堆效率曲线的数学表达式相乘，得到燃料电堆消耗功率关于第一输出电流的数学表达式。
可选地，所述向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致包括：
根据所述第二输出电压对应的升压效率曲线，查找当所述第一输出电流为理论输出电流时升压模块的工作效率，将所述升压模块的工作效率作为第一工作效率；
根据所述第一工作效率和理论输出电流，计算所述第一输出电流为理论输出电流时，所述燃料电堆输出的理论发电电流；
调节所述燃料电堆的输出电流等于所述理论发电电流。
可选地，所述根据油门控制信号计算需求电流包括：
获取油门控制信号，根据所述油门控制信号计算需求转矩；
根据所述需求转矩计算电机驱动电流；
根据所述电机驱动电流计算需求电流。
可选地，当所述并联燃料电池***还与储能***连接时，所述根据油门控制信号计算需求电流还包括：
获取储能***剩余电量；
根据所述储能***剩余电量计算修正电流；
利用所述修正电流对所述需求电流进行修正。
一种并联燃料电池***控制装置，所述并联燃料电池***包括多个燃料电池，每个燃料电池包括一个燃料电堆和一个升压模块；所述燃料电堆的输出端和所述升压模块的输入端相连；所述升压模块的输出端为燃料电池的输出端；将所述燃料电堆的输出电压作为第二输出电压，所述升压模块的输出端输出的电流作为第一输出电流；
所述装置包括：
约束确定模块，用于根据油门控制信号计算需求电流，将并联电池***总输出电流等于所述需求电流作为输出约束条件，所述并联电池***总输出电流为多个第一输出电流之和；
输出计算模块，用于根据并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系，计算满足所述输出约束条件且所述并联燃料电池***总效率最高时，所述多个燃料电池的理论输出电流；其中，所述并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系是预先根据并联燃料电池***总输出功率、燃料电堆消耗功率、第一输出电流之间的数学关系进行推导计算得到的；
指令下发模块，用于向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致。
可选地，所述约束确定模块包括：
转矩计算模块，用于获取油门控制信号，根据所述油门控制信号计算需求转矩；
驱动计算模块，用于根据所述需求转矩计算电机驱动电流；
电流计算模块，用于根据所述电机驱动电流计算需求电流。
可选地，当所述并联燃料电池***还与储能***连接时，所述装置还包括：
电量获取模块，用于获取储能***剩余电量；
修正计算模块，用于根据所述储能***剩余电量计算修正电流；
修正模块，用于利用所述修正电流对所述需求电流进行修正。
本申请提供了一种并联燃料电池***控制方法及装置，首先根据油门控制信号计算需求电流，将并联燃料电池***总输出电流等于所述需求电流作为输出约束条件；然后再根据并联燃料电池***总效率和所述第一输出电流之间的关系，计算满足所述输出约束条件且所述并联燃料电池***总效率最高时，所述多个燃料电池的理论输出电流；最后向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致。如此，通过控制每个燃料电池的第一输出电流都等于各自的理论输出电流，可以在保证并联燃料电池***输出的电流可以满足当前需求的前提下，获得最高的电能转化效率，从而起到节约燃料，节约能源的作用。
附图说明
为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的并联燃料电池***示意图。
图2为本申请实施例提供的并联燃料电池***控制方法示意图。
图3为本申请实施例提供的电堆效率电流曲线图。
图4为本申请实施例提供的多个输出电压下的升压效率曲线图。
图5为本申请实施例提供的并联燃料电池***控制装置的一种结构示意图。
图6为本申请实施例提供的并联燃料电池***控制装置的一种结构示意图。
图7为本申请实施例提供的并联燃料电池***控制装置的一种结构示意图。
具体实施方式
随着化石能源的日趋枯竭和环境污染的加重，燃料电池作为清洁能源成为了未来的一种主要发展方向。对于重型汽车、舰船等大型设备，由于其自身重量较大，要求能源***可以提供较高的输出功率，所以现有的单个燃料电池***无法满足这些大型设备的需求。而能够满足其输出需求的单个燃料电池成本极高，因此可以采用包含多个燃料电池的并联燃料电池***为大型设备提供能源。
如图1所示，并联燃料电池***是通过将多个燃料电池输出端并联在一起得到的。图1中每个虚线框代表一个燃料电池，其中包括一个燃料电堆和一个升压模块。燃料电堆可以将燃料(如氢气)的化学能转化为电能，再由升压模块进行升压，最终通过升压模块的输出端输出。多个燃料电池输出电流相加就是并联燃料电池***的总输出电流，可以用来供给电机驱动***和可能存在的动力电池、超级电容等储能***。
对于并联燃料电池***，各个燃料电池的发电量是相对独立的，因此需要单独的控制***对并联燃料电池***进行控制。例如，可以通过控制燃料电堆的输出电流来控制燃料电池的发电量，从而确保并联燃料电池***的总输出可以满足电机驱动***的需求。
目前，并联燃料电池***主要采用平均分配策略，控制每个燃料电池提供相同的功率。但是，在电机驱动***需求功耗较低时，每个燃料电池都处于低功率工作状态。而燃料电池在低功率状态下的能量转化效率较低，会产生燃料浪费的现象。另外，对于燃料电池，已有的控制技术直接控制燃料电池的输出功率，会导致燃料电堆输出的电流、电压存在较大波动，损坏燃料电池本身。
为了给出在并联燃料电池***的基础上，能够更好地控制并联燃料电池***的技术方案，本申请提供了一种并联燃料电池***控制方法及装置，以下将从车辆电子控制***的角度对本申请优选实施例进行说明。需要特别指出的是，本申请可以用于车辆电子控制***，也可以用于其他使用并联燃料电池***的设备的控制***。
参见图2，图2为本实施例提供的并联燃料电池***控制方法流程图，包括：
S201：根据油门控制信号计算需求电流，将并联燃料电池***总输出电流等于所述需求电流作为输出约束条件。
对于并联燃料电池***，其输出端直接与电机驱动***相连，多个燃料电池通过并联的方法共同为电机驱动***提供能源。因此，控制***可以根据油门控制信号计算需求电流，将“并联燃料电池***总输出电流等于所述需求电流”作为输出约束条件。其中，所述并联燃料电池***总输出电流为多个第一输出电流之和，所述第一输出电流为一个燃料电池的输出电流，进一步地，可以将所述燃料电堆的输出电压作为第二输出电压，所述升压模块的输出端输出的电压作为第一输出电压。
具体地，控制***可以先获取油门控制信号并根据所述油门控制信号计算需求转矩，再根据所述需求转矩计算电机驱动电流，最后利用电机驱动电流和电机驱动***的工作效率计算需求电流。如此，通过油门控制信号计算当前电机的输出负载，从而得到电机驱动模块提供给电动机或其他用电设备的电机驱动电流，接着根据电机驱动电流计算电机驱动模块需求的电流，以此确定输出约束条件。当并联燃料电池***总输出电流满足电机驱动模块的需求时，可以确保用电设备的正常工作。因此，控制***确保并联燃料电池***输出满足第一约束条件，就可以确保用电设备的正常工作。
在一些可能的实现方式中，用电设备还具有储能模块，可以是车载/舰载动力电池或超级电容等，用于存储制动时产生的能量或在需求电流突变时为电机驱动模块提供额外的电能。这种情况下，控制***可以根据储能***的情况对需求电流进行修正。例如，控制***可以先获取储能***剩余电量；接着根据所述储能***剩余电量计算修正电流；最后利用所述修正电流对所述需求电流进行修正。如此，通过根据储能***的电能储备情况对需求电流进行修正，考虑到了一些特殊应用场景，使得输出约束条件更加符合实际情况，扩大了本实施例技术方案的适用范围。
S202：根据并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系，计算所述并联燃料电池***总效率最高且满足所述输出约束条件时，所述多个燃料电池的理论输出电流。
在得到输出约束条件后，控制***可以计算能够保证输出约束条件，当并联燃料电池提供总效率最高时，并联燃料电池***中多个燃料电池的理论输出电流。具体地，控制***可以通过并联燃料电池提供总效率和多个第一输出电流之间的关系进行计算，所述并联燃料电池***总效率的计算公式是预先根据并联燃料电池***总输出功率、燃料电堆消耗功率、第一输出电流之间的数学关系进行推导计算得到的。
在一些实施例中，可以通过曲线拟合的方式得到关于并联燃料电池提供总效率和多个第一输出电流的函数表达式。例如，可以先根据预设效率电流曲线，得到燃料电堆消耗功率关于第一输出电流的数学表达式；接着将所述数学表达式带入多个燃料电堆消耗功率之和与并联燃料电池***总效率之间的关系，得到并联燃料电池***总效率和所述第一输出电流之间的关系。
具体地，所示预设效率电流曲线表示燃料电堆消耗功率随着第一输出电流变化的改变情况，可以通过实验标定得到，用如下公式表示：
Figure BDA0002342669460000071
其中，QFC(n)、IDCout(n)、UDCout(n)分别表示某个燃料电堆的消耗功率、第一输出电流和第一输出电压，函数f(IDCout(j))是通过曲线拟合的方法得到的。所述多个燃料电堆消耗功率之和与并联燃料电池***总输出功率之间的关系可以用如下公式表示：
Figure BDA0002342669460000072
其中，η总表示并联燃料电池***总效率，右侧部分的分母表示多个燃料电堆消耗功率之和，分子表示多个燃料电池输出功率之和，为第一输出电压和第一输出电流的乘积的总和。将QFC(n)带入η总的计算公式可以得到最终的计算公式：
Figure BDA0002342669460000081
如此，得到了并联燃料电池提供总效率和多个第一输出电流的函数表达式，控制***在使用时可以使用约束条件下的最优化方法求解出理论输出电流，将复杂的工程问题转化为最优控制问题，使用拉格朗日法、变分法或动态规划等方法进行计算。
在一些其他的实现方式中，所述预设效率电流曲线包括：电堆效率曲线和不同第二输出电压下的升压效率曲线，其中，所述电堆效率曲线如图3所示，为所述燃料电堆的工作效率和所述第一输出电流之间的关系曲线，即燃料电堆将化学能转化为电能的效率与第一输出电流之间的关系；所述升压效率曲线如图4所示，包括不同第二输出电压下，升压模块效率和所述第一输出电流之间的关系曲线。对应地，预设效率电流曲线对应的函数表达式f(IDCout(j))可以拆分为电堆效率曲线对应的函数表达式g(IDCout(j))和升压效率曲线对应的函数表达式h(UDCin(j),IDCout(j))。
因此在根据预设效率电流曲线得到燃料电堆消耗功率关于第一输出电流的数学表达式时，可以先将电堆效率曲线转换为数学表达式,即函数g(IDCout(j))。然后获取预先标定得到的所述第一输出电流和第二输出电压之间的关系，即UDCin(j)和IDCout(j)之间的关系，将这个关系转换为数学表达式并带入所述升压效率曲线，得到所述升压模块效率关于第一输出电流之间的数学表达式，将升压模块效率曲线从二元函数h(UDCin(j),IDCout(j))。转化为一元函数h(IDCout(j))。接着将两个数学表达式相乘，最终得到燃料电堆消耗功率关于第一输出电流的数学表达式。
S203：向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致。
在计算得到理论输出电流后，控制***可以向多个燃料电池发动控制指令，对每个燃料电池的第一输出电流进行控制，确保每个燃料电池的第一输出电流和其对应的理论输出电流一致，从而保证并联燃料电池***可以在满足电机驱动***需求的前提下，具有最高的能量转化效率，从而节省燃料的消耗。
在一些其他的实现方式中，控制***可以根据升压模块、燃料电堆的效率进行反推。具体地，可以选择第二输出电压对应的升压效率曲线，从所述升压效率曲线中查找和理论输出电流时，升压效率模块具有的第一工作效率；然后再根据所述第一工作效率和理论输出电流，计算所述第一输出电流为理论输出电流时，所述燃料电堆输出的理论发电电流；最后调节所述燃料电堆的输出电流等于所述理论发电电流。如此，通过直接调整多个燃料电堆的输出电流对多个燃料电池的第一输出电流进行控制，可以保证并联燃料电池***可以在满足电机驱动***需求的前提下，具有最高的能量转化效率，节省燃料消耗。
本申请提供了一种并联燃料电池***控制方法，首先根据油门控制信号计算需求电流，将并联燃料电池***总输出电流等于所述需求电流作为输出约束条件；然后再根据并联燃料电池***总效率和所述第一输出电流之间的关系，计算满足所述输出约束条件且所述并联燃料电池***总效率最高时，所述多个燃料电池的理论输出电流；最后向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致。如此，通过控制每个燃料电池的第一输出电流都等于各自的理论输出电流，可以在保证并联燃料电池***输出的电流可以满足当前需求的前提下，获得最高的电能转化效率，从而起到节约燃料，节约能源的作用。
以上为本申请实施例提供并联燃料电池***控制方法的一些具体实现方式，基于此，本申请还提供了对应的装置。下面将从功能模块化的角度对本申请实施例提供的上述装置进行介绍。
参见图5所示的并联燃料电池***控制装置的结构示意图，该装置500包括：
约束确定模块510，用于根据油门控制信号计算需求电流，将并联电池***总输出电流等于所述需求电流作为输出约束条件，所述并联电池***总输出电流为多个第一输出电流之和。
输出计算模块520，用于根据并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系，计算所述并联燃料电池***总效率最高且满足所述输出约束条件时，所述多个燃料电池的理论输出电流；其中，所述并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系是预先根据并联燃料电池***总输出功率、燃料电堆消耗功率、第一输出电流之间的数学关系进行推导计算得到的。
指令下发模块530，用于向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致。
本申请提供了一种并联燃料电池***控制装置，首先根据油门控制信号计算需求电流，将并联燃料电池***总输出电流等于所述需求电流作为输出约束条件；然后再根据并联燃料电池***总效率和所述第一输出电流之间的关系，计算满足所述输出约束条件且所述并联燃料电池***总效率最高时，所述多个燃料电池的理论输出电流；最后向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致。如此，通过控制每个燃料电池的第一输出电流都等于各自的理论输出电流，可以在保证并联燃料电池***输出的电流可以满足当前需求的前提下，获得最高的电能转化效率，从而起到节约燃料，节约能源的作用。
可选地，参见图6，在图5所示装置的基础上，所述约束确定模块510包括：
转矩计算模块511，用于获取油门控制信号，根据所述油门控制信号计算需求转矩。
驱动计算模块512，用于根据所述需求转矩计算电机驱动电流。
电流计算模块513，用于根据所述电机驱动电流计算需求电流。
如此，通过油门控制信号计算当前电机的输出负载，从而得到电机驱动模块提供给电动机或其他用电设备的电机驱动电流，接着根据电机驱动电流计算电机驱动模块需求的电流，以此确定输出约束条件。当并联燃料电池***总输出电流满足电机驱动模块的需求时，可以确保用电设备的正常工作。因此，控制***确保并联燃料电池***输出满足第一约束条件，就可以确保用电设备的正常工作。
可选地，参见图7，在图6所示装置的基础上，所述装置还包括：
电量获取模块540，用于获取储能***剩余电量。
修正计算模块550，用于根据所述储能***剩余电量计算修正电流。
修正模块560，用于利用所述修正电流对所述需求电流进行修正。
如此，通过根据储能***的电能储备情况对需求电流进行修正，考虑到了一些特殊应用场景，使得输出约束条件更加符合实际情况，扩大了本实施例技术方案的适用范围。
本申请实施例中提到的“第一输出电流”、“第二输出电流”等名称中的“第一”、“第二”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一、第二。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-only memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及***实施例仅仅是示意性的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本申请示例性的实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种并联燃料电池***控制方法，其特征在于，所述并联燃料电池***包括多个燃料电池，每个燃料电池包括一个燃料电堆和一个升压模块；所述燃料电堆的输出端和所述升压模块的输入端相连，所述升压模块的输出端为燃料电池的输出端；将所述燃料电堆的输出电压作为第二输出电压，所述升压模块的输出端输出的电流作为第一输出电流；
所述方法包括：
根据油门控制信号计算需求电流，将并联燃料电池***总输出电流等于所述需求电流作为输出约束条件，所述并联燃料电池***总输出电流为多个第一输出电流之和；
根据并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系，计算所述并联燃料电池***总效率最高且满足所述输出约束条件时，所述多个燃料电池的理论输出电流；其中，所述并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系是预先根据并联燃料电池***总输出功率、燃料电堆消耗功率、第一输出电流之间的数学关系进行推导计算得到的；
向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系是通过以下方法得到的，所述方法包括：
根据预设效率电流曲线，得到燃料电堆消耗功率关于第一输出电流的数学表达式；将所述表达式带入燃料电堆消耗功率与并联燃料电池***总效率之间的关系，得到并联燃料电池***总效率和所述第一输出电流之间的关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设效率电流曲线包括：电堆效率曲线和不同第二输出电压下的升压效率曲线；所述电堆效率曲线为所述燃料电堆的工作效率和所述第一输出电流之间的关系曲线；所述升压效率曲线包括不同第二输出电压下，升压模块效率和所述第一输出电流之间的关系曲线。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据预设效率电流曲线，得到燃料电堆消耗功率关于第一输出电流的数学表达式包括：
将所述电堆效率曲线转换为数学表达式；
获取所述第一输出电流和第二输出电压之间的关系并带入所述升压效率曲线，得到所述升压模块效率关于第一输出电流之间的数学表达式；
将所述升压模块效率关于第一输出电流之间的数学表达式与电堆效率曲线的数学表达式相乘，得到燃料电堆消耗功率关于第一输出电流的数学表达式。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致包括：
根据所述第二输出电压对应的升压效率曲线，查找当所述第一输出电流为理论输出电流时升压模块的工作效率，将所述升压模块的工作效率作为第一工作效率；
根据所述第一工作效率和理论输出电流，计算所述第一输出电流为理论输出电流时，所述燃料电堆输出的理论发电电流；
调节所述燃料电堆的输出电流等于所述理论发电电流。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据油门控制信号计算需求电流包括：
获取油门控制信号，根据所述油门控制信号计算需求转矩；
根据所述需求转矩计算电机驱动电流；
根据所述电机驱动电流计算需求电流。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述并联燃料电池***还与储能***连接时，所述根据油门控制信号计算需求电流还包括：
获取储能***剩余电量；
根据所述储能***剩余电量计算修正电流；
利用所述修正电流对所述需求电流进行修正。
8.一种并联燃料电池***控制装置，其特征在于，所述并联燃料电池***包括多个燃料电池，每个燃料电池包括一个燃料电堆和一个升压模块；所述燃料电堆的输出端和所述升压模块的输入端相连；所述升压模块的输出端为燃料电池的输出端；将所述燃料电堆的输出电压作为第二输出电压，所述升压模块的输出端输出的电流作为第一输出电流；
所述装置包括：
约束确定模块，用于根据油门控制信号计算需求电流，将并联电池***总输出电流等于所述需求电流作为输出约束条件，所述并联电池***总输出电流为多个第一输出电流之和；
输出计算模块，用于根据并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系，计算满足所述输出约束条件且所述并联燃料电池***总效率最高时，所述多个燃料电池的理论输出电流；其中，所述并联燃料电池***总效率和多个所述第一输出电流之间的关系是预先根据并联燃料电池***总输出功率、燃料电堆消耗功率、第一输出电流之间的数学关系进行推导计算得到的；
指令下发模块，用于向所述多个燃料电池发送控制指令，确保多个第一输出电流和所述理论输出电流一致。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述约束确定模块包括：
转矩计算模块，用于获取油门控制信号，根据所述油门控制信号计算需求转矩；
驱动计算模块，用于根据所述需求转矩计算电机驱动电流；
电流计算模块，用于根据所述电机驱动电流计算需求电流。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，当所述并联燃料电池***还与储能***连接时，所述装置还包括：
电量获取模块，用于获取储能***剩余电量；
修正计算模块，用于根据所述储能***剩余电量计算修正电流；
修正模块，用于利用所述修正电流对所述需求电流进行修正。
CN201911382628.1A 2019-12-27 2019-12-27 一种并联燃料电池***控制方法及装置 Active CN111038336B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911382628.1A CN111038336B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种并联燃料电池***控制方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911382628.1A CN111038336B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种并联燃料电池***控制方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111038336A true CN111038336A (zh) 2020-04-21
CN111038336B CN111038336B (zh) 2021-06-22

Family

ID=70240005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911382628.1A Active CN111038336B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种并联燃料电池***控制方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111038336B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111755718A (zh) * 2020-05-15 2020-10-09 广东鸿力氢动科技有限公司 一种燃料电池***集群的功率分配方法及装置
CN112078566A (zh) * 2020-08-13 2020-12-15 北汽福田汽车股份有限公司 车辆及控制车辆的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3300153A1 (en) * 2015-05-21 2018-03-28 Nissan Motor Co., Ltd. Power adjustment system and control method therefor
CN208014809U (zh) * 2018-03-27 2018-10-26 安徽明天氢能科技股份有限公司 一种燃料电池活化***
CN108987770A (zh) * 2018-07-18 2018-12-11 西南交通大学 一种多堆燃料电池发电***的协调优化控制方法
CN109159657A (zh) * 2018-07-24 2019-01-08 中国第汽车股份有限公司 燃料电池整车热管理***
CN110525237A (zh) * 2019-08-30 2019-12-03 奇瑞商用车（安徽）有限公司 电动汽车燃料电池的热电联供***及其控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3300153A1 (en) * 2015-05-21 2018-03-28 Nissan Motor Co., Ltd. Power adjustment system and control method therefor
CN208014809U (zh) * 2018-03-27 2018-10-26 安徽明天氢能科技股份有限公司 一种燃料电池活化***
CN108987770A (zh) * 2018-07-18 2018-12-11 西南交通大学 一种多堆燃料电池发电***的协调优化控制方法
CN109159657A (zh) * 2018-07-24 2019-01-08 中国第汽车股份有限公司 燃料电池整车热管理***
CN110525237A (zh) * 2019-08-30 2019-12-03 奇瑞商用车（安徽）有限公司 电动汽车燃料电池的热电联供***及其控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111755718A (zh) * 2020-05-15 2020-10-09 广东鸿力氢动科技有限公司 一种燃料电池***集群的功率分配方法及装置
CN112078566A (zh) * 2020-08-13 2020-12-15 北汽福田汽车股份有限公司 车辆及控制车辆的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111038336B (zh) 2021-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Das et al. Recent advances and challenges of fuel cell based power system architectures and control–A review
Kisacikoglu et al. Load sharing using fuzzy logic control in a fuel cell/ultracapacitor hybrid vehicle
JP3657582B2 (ja) 燃料電池制御システム
US11424620B2 (en) Three-phase expandable AC system based on battery reconfiguration and control method thereof
CN111038336B (zh) 一种并联燃料电池***控制方法及装置
MX2012014737A (es) Planta hibrida de energia para mejorar la eficacia y el desempeño dinamico.
CN106911139B (zh) 基于遗传算法的超级电容rtg能量优化管理方法
EP2509182A2 (en) Power control method and device
Kisacikoglu et al. Fuzzy logic control of a fuel cell/battery/ultra-capacitor hybrid vehicular power system
US10069303B2 (en) Power generation system and method with energy management
CN102545391A (zh) 利用太阳能的汽车储能***和方法
US20220173612A1 (en) System for supplying energy to electrically operated mining machines
CN102555830B (zh) 基于双储能单元的汽车供电***和汽车供电控制方法
EP1692736B1 (en) Electric storage augmentation of fuel cell system transient response
CN102570905B (zh) 利用太阳能的汽车供电***和汽车供电控制方法
US20160167545A1 (en) Control method of fuel cell system, fuel cell automobile, and fuel cell system
CN217642738U (zh) 基于风光氢储多能互补的综合能源***
CN103683349A (zh) 一种备用稳压氢能电源***
CN102064594A (zh) 再生能源供电***及其供电方法
Kisacikoglu et al. Fuzzy logic control of a fuel cell/ultra-capacitor hybrid vehicular power system
KR102550179B1 (ko) 수소연료전지, 배터리, 슈퍼캐패시터 및 태양광 패널을 동력원으로 사용하는 차량의 전력 제어방법 및 제어장치
Pany et al. Power management of fuel cell and battery fed DC motor drive for electric vehicle application
Tahri et al. A Lyapunov based power management for a fuel cell hybrid power source for electric vehicle
CN113561855B (zh) 燃料电池多能源控制方法及装置、车辆
JP4876831B2 (ja) コンバータ制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant