CN115473329B - 氢燃料电池备用电源能量管理方法和装置 - Google Patents

氢燃料电池备用电源能量管理方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种氢燃料电池备用电源能量管理方法和装置。其中，氢燃料电池备用电源能量管理方法，用于管理备用电源***，该***包括锂电池、氢燃料电池、储能变流器和交流负载，所述交流负载通过储能变流器分别与锂电池和氢燃料电池电连接，所述锂电池和氢燃料电池电连接，所述交流负载与市电电连接，所述方法包括：检测储能变流器，当储能变流器满足设定条件时，开启氢燃料电池；获取交流负载的需求功率P0；基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值；基于目标功率值控制氢燃料电池运行。达到避免燃料电池频繁变载，既响应交流负载变化，又提高氢燃料电池寿命的目的。

Description

氢燃料电池备用电源能量管理方法和装置
技术领域
本发明属于电源管理技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池备用电源能量管理方法和装置。
背景技术
传统的备用电源使用内燃机作为发电机，具有效率低、污染环境的缺点。氢能是一种绿色可再生能源，氢气和氧气反应的生成物为水，氢燃料电池采用氢气和氧气反应，无任何污染，是备用电源未来发展的趋势。氢燃料电池作为备用电源首先要解决的便是能量管理问题，因为如果燃料电池频繁变载会使燃料电池的寿命降低。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种氢燃料电池备用电源能量管理方法和装置，至少部分的解决现有技术中存在的氢燃料电池频繁变载造成的氢燃料电池的寿命降低问题。
第一方面，本公开实施例提供了一种氢燃料电池备用电源能量管理方法，用于管理备用电源***，该***包括锂电池、氢燃料电池、储能变流器和交流负载，所述交流负载通过储能变流器分别与锂电池和氢燃料电池电连接，所述锂电池和氢燃料电池电连接，所述交流负载与市电电连接，所述方法包括：
检测储能变流器，当储能变流器满足设定条件时，开启氢燃料电池；
获取交流负载的需求功率P0；
基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值；
基于目标功率值控制氢燃料电池运行。
可选的，检测储能变流器，当储能变流器满足设定条件时，开启氢燃料电池，包括：
检测储能变流器是否运行中，当储能变流器运行中时，检测储能变流器是否离网运行状态，当储能变流器为离网运行状态时，开启氢燃料电池。
可选的，获取交流负载的需求功率P0，包括：
通过检测交流负载连接的交流回路的电流获取需求功率P0。
可选的，所述基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值，包括：
当锂电池SOC低于第一设定值时，在需求功率P0上增加设定功率ΔP1给锂电池充电，基于需求功率P0和设定功率ΔP1得到目标功率值；
当锂电池SOC高于第二设定值时，控制锂电池放电，放电功率为ΔP2，基于需求功率P0和放电功率ΔP2得到目标功率值。
可选的，所述基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值，包括：当锂电池SOC变化时，锂电池输出电压发生变化，利用氢燃料电池的直流输出电压给锂电池充电，经过设定时间t后，获取负载的需求功率P0，基于实时的锂电池SOC和获取的负载的需求功率P0得到目标功率值。
可选的，所述设定时间t为30s、1min、2min或5min。
可选的，所述基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值，包括：
检测负载电流的变化，基于负载电流的变化控制锂电池电流，基于锂电池电流得到锂电池SOC。
可选的，基于负载电流的变化控制锂电池电流，包括：
当负载电流增大时，增大锂电池的输出电流，从而增大锂电池的输出功率，锂电池增大的输出功率用于补充负载电流增大产生的瞬时功率；
当负载电流减小时，减小锂电池的输出电流，从而减小锂电池的输出功率，锂电池减小的输出功率用于响应负载电流减小产生的瞬时功率变化。
第二方面，本公开实施例还提供了一种氢燃料电池备用电源能量管理装置，用于管理备用电源***，该***包括锂电池、氢燃料电池、储能变流器和交流负载，所述交流负载通过储能变流器分别与锂电池和氢燃料电池电连接，所述锂电池和氢燃料电池电连接，所述交流负载与市电电连接，装置包括：
开启模块，用于检测储能变流器，当储能变流器满足设定条件时，开启氢燃料电池；
功率获取模块，用于获取交流负载的需求功率P0；
目标功率值模块，用于基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值；
控制模块，用于基于目标功率值控制氢燃料电池运行。
可选的，所述目标功率值模块，还用于，
当锂电池SOC低于第一设定值时，在需求功率P0上增加设定功率ΔP1给锂电池充电，基于需求功率P0和设定功率ΔP1得到目标功率值；
当锂电池SOC高于第二设定值时，控制锂电池放电，放电功率为ΔP2，基于需求功率P0和放电功率ΔP2得到目标功率值。
本发明提供的氢燃料电池备用电源能量管理方法和装置。其中该氢燃料电池备用电源能量管理方法，通过结合交流负载变化的特点，利用锂电池平衡负载变化，通过设置的锂电池增加燃料电池负载变化的延时时间，从而达到避免燃料电池频繁变载，既响应交流负载变化，又提高氢燃料电池寿命的目的。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本公开实施例提供的备用电源***的原理框图；
图2为本公开实施例提供氢燃料电池备用电源能量管理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
燃料电池：燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。
逆变器：逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成定频定压或调频调压交流电（一般为220V,50Hz正弦波）的转换器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
DC/DC：将直流电转化为直流电。
DC/AC：将直流电转化为交流电。
本实施例公开了一种氢燃料电池备用电源能量管理方法，用于管理备用电源***，该***包括锂电池、氢燃料电池、储能变流器和交流负载，所述交流负载通过储能变流器分别与锂电池和氢燃料电池电连接，所述锂电池和氢燃料电池电连接，所述交流负载与市电电连接，所述方法包括：
检测储能变流器，当储能变流器满足设定条件时，开启氢燃料电池；
获取交流负载的需求功率P0；
基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值；
基于目标功率值控制氢燃料电池运行。
可选的，检测储能变流器，当储能变流器满足设定条件时，开启氢燃料电池，包括：
检测储能变流器是否运行中，当储能变流器运行中时，检测储能变流器是否离网运行状态，当储能变流器为离网运行状态时，开启氢燃料电池。
可选的，获取交流负载的需求功率P0，包括：
通过检测交流负载连接的交流回路的电流获取需求功率P0。
可选的，所述基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值，包括：
当锂电池SOC低于第一设定值时，在需求功率P0上增加设定功率ΔP1给锂电池充电，基于需求功率P0和设定功率ΔP1得到目标功率值；
当锂电池SOC高于第二设定值时，控制锂电池放电，放电功率为ΔP2，基于需求功率P0和放电功率ΔP2得到目标功率值。
可选的， 所述基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值，包括：当锂电池SOC变化时，锂电池输出电压发生变化，利用氢燃料电池的直流输出电压给锂电池充电，经过设定时间t后，获取负载的需求功率P0，基于实时的锂电池SOC和获取的负载的需求功率P0得到目标功率值。
可选的，所述设定时间t为30s、1min、2min或5min。
可选的，所述基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值，包括：
检测负载电流的变化，基于负载电流的变化控制锂电池电流，基于锂电池电流得到锂电池SOC。
可选的，基于负载电流的变化控制锂电池电流，包括：
当负载电流增大时，增大锂电池的输出电流，从而增大锂电池的输出功率，锂电池增大的输出功率用于补充负载电流增大产生的瞬时功率；
当负载电流减小时，减小锂电池的输出电流，从而减小锂电池的输出功率，锂电池减小的输出功率用于响应负载电流减小产生的瞬时功率变化。
在一个具体的应用场景中，氢燃料电池备用电源***的***架构如图1所示，氢燃料电池备用电源装置，在电网断电时候，可快速响应为负载供电；当无电网时可由此***独立持续为负载供电。***由电源切换开关（含进线开关）、储能变流器PCS、氢燃料电池及锂电池组等组成。
氢燃料电池备用电源***的管理方法如图2所示，具体如下：
S1：启动燃料电池备用电源；
S2：检测PCS是否运行中，若是，则进入S4，若否则进入S3；
S3：检测到PCS不在运行则关闭氢燃料电池；
S4：检测PCS控制器是否反馈离网状态，若是则进入S6，若否则进入S5；
S5：若检测到不在离网运行状态，则不满足燃料电池发动机开启条件，需关闭发动机；
S6：给燃料电池发送开机命令，开启燃料电池；
S7： PCS控制器实时反馈负载大小，可得到负载需求功率P0，即通过检测交流回路的电流确认负载大小，电流大则负载功率大。因为锂电池内阻较小，所以锂电池电压几乎恒定，所以负载变化时电压变化不大。
S8：燃料电池随负荷功率变化调节输出功率，锂电池提供负载变化瞬间的补充功率。锂电池平衡直流母线电压，当锂电池SOC变化较大时，输出电压也会变化，此时利用燃料电池DC输出电压和锂电池的电压差ΔV给锂电池充电。经过时间t后生成新的目标功率值，燃料电池输出功率除了要响应负载功率，还要兼顾锂电池SOC，锂电池SOC较低时目标功率在负载功率上增加一定功率ΔP1给锂电池充电，SOC较高时目标功率减少ΔP2给锂电池放电。利用锂电池平衡负载变化，而增加燃料电池负载变化的延时时间t，避免了燃料电池频繁变载，具体的，t可以为30s，1min，2min或5min。
S9：根据所述目标功率值控制燃料电池和锂电池运行；
S10：检测负载电流是否增大，若是则跳入S11，若否则跳入S12。
S11：因为锂电池电压变化较小，所以增大锂电池电流，电流增大时输出功率增大，补充瞬时功率。
S12：因为锂电池电压变化较小，所以减小锂电池电流，电流减小时输出功率减小，响应瞬时功率变化。
本实施例还公开了一种氢燃料电池备用电源能量管理装置，用于管理备用电源***，该***包括锂电池、氢燃料电池、储能变流器和交流负载，所述交流负载通过储能变流器分别与锂电池和氢燃料电池电连接，所述锂电池和氢燃料电池电连接，所述交流负载与市电电连接，装置包括：
开启模块，用于检测储能变流器，当储能变流器满足设定条件时，开启氢燃料电池；
功率获取模块，用于获取交流负载的需求功率P0；
目标功率值模块，用于基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值；
控制模块，用于基于目标功率值控制氢燃料电池运行。
可选的，所述目标功率值模块，还用于，
当锂电池SOC低于第一设定值时，在需求功率P0上增加设定功率ΔP1给锂电池充电，基于需求功率P0和设定功率ΔP1得到目标功率值；
当锂电池SOC高于第二设定值时，控制锂电池放电，放电功率为ΔP2，基于需求功率P0和放电功率ΔP2得到目标功率值。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，本公开中涉及的器件、装置、设备、***的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、***。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC（即A和B和C）。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
还需要指出的是，在本公开的***和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (8)

1.一种氢燃料电池备用电源能量管理方法，用于管理备用电源***，该***包括锂电池、氢燃料电池、储能变流器和交流负载，所述交流负载通过储能变流器分别与锂电池和氢燃料电池电连接，所述锂电池和氢燃料电池电连接，所述交流负载与市电电连接，其特征在于，所述方法包括：
检测储能变流器，当储能变流器满足设定条件时，开启氢燃料电池；
获取交流负载的需求功率P0；
基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值；
基于目标功率值控制氢燃料电池运行;
所述基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值，包括：
当锂电池SOC低于第一设定值时，在需求功率P0上增加设定功率ΔP1给锂电池充电，基于需求功率P0和设定功率ΔP1得到目标功率值；
当锂电池SOC高于第二设定值时，控制锂电池放电，放电功率为ΔP2，基于需求功率P0和放电功率ΔP2得到目标功率值。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池备用电源能量管理方法，其特征在于，检测储能变流器，当储能变流器满足设定条件时，开启氢燃料电池，包括：
检测储能变流器是否运行中，当储能变流器运行中时，检测储能变流器是否离网运行状态，当储能变流器为离网运行状态时，开启氢燃料电池。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池备用电源能量管理方法，其特征在于，获取交流负载的需求功率P0，包括：
通过检测交流负载连接的交流回路的电流获取需求功率P0。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池备用电源能量管理方法，其特征在于，所述基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值，包括：当锂电池SOC变化时，锂电池输出电压发生变化，利用氢燃料电池的直流输出电压给锂电池充电，经过设定时间t后，获取负载的需求功率P0，基于实时的锂电池SOC和获取的负载的需求功率P0得到目标功率值。
5.根据权利要求4所述的氢燃料电池备用电源能量管理方法，其特征在于，所述设定时间t为30s、1min、2min或5min。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池备用电源能量管理方法，其特征在于，所述基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值，包括：
检测负载电流的变化，基于负载电流的变化控制锂电池电流，基于锂电池电流得到锂电池SOC。
7.根据权利要求6所述的氢燃料电池备用电源能量管理方法，其特征在于，基于负载电流的变化控制锂电池电流，包括：
当负载电流增大时，增大锂电池的输出电流，从而增大锂电池的输出功率，锂电池增大的输出功率用于补充负载电流增大产生的瞬时功率；
当负载电流减小时，减小锂电池的输出电流，从而减小锂电池的输出功率，锂电池减小的输出功率用于响应负载电流减小产生的瞬时功率变化。
8.一种氢燃料电池备用电源能量管理装置，用于管理备用电源***，该***包括锂电池、氢燃料电池、储能变流器和交流负载，所述交流负载通过储能变流器分别与锂电池和氢燃料电池电连接，所述锂电池和氢燃料电池电连接，所述交流负载与市电电连接，其特征在于，装置包括：
开启模块，用于检测储能变流器，当储能变流器满足设定条件时，开启氢燃料电池；
功率获取模块，用于获取交流负载的需求功率P0；
目标功率值模块，用于基于需求功率P0和锂电池的SOC得到目标功率值；
控制模块，用于基于目标功率值控制氢燃料电池运行;
所述目标功率值模块，还用于，
当锂电池SOC低于第一设定值时，在需求功率P0上增加设定功率ΔP1给锂电池充电，基于需求功率P0和设定功率ΔP1得到目标功率值；
当锂电池SOC高于第二设定值时，控制锂电池放电，放电功率为ΔP2，基于需求功率P0和放电功率ΔP2得到目标功率值。
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