一种用于氢电混合动力系统的容量优化配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于氢电混合动力系统的容量优化配置方法，包括根据氢电混合动力系统的约束条件，确定燃料电池额定功率P0的可行域和动力电池额定容量Q0的可行域；建立目标函数确定P0和Q0在各自可行域内使目标函数最小的P0和Q0的值，并根据其分配氢电混合动力系统的燃料电池额定功率和动力电池额定容量，其方法包括设置粒子群组数为和迭代次数为M，计算每组粒子群的目标函数值并比较得到其中的最小值，从而更新局部最小值和全局最小值，并得到当前全局最小值所对应的粒子位置判断当前迭代次数j是否达到M，若是，则令且本发明专利技术能够大幅降低系统运行过程中的损耗，提高系统的经济性。提高系统的经济性。提高系统的经济性。

A capacity optimization method for hydrogen electric hybrid power system

【技术实现步骤摘要】
一种用于氢电混合动力系统的容量优化配置方法


[0001]本专利技术涉及氢电混合动力
，特别涉及一种用于氢电混合动力系统的容量优化配置方法。

技术介绍

[0002]化石能源的日渐匮乏以及尾气排放问题使得新型清洁能源逐步进入人们的视野，其中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有零排放、功率密度高、启动速度快、工作温度低以及能量转化效率高等诸多优势，在交通领域各类动力系统中得到广泛关注和应用。
[0003]目前，PEMFC应用于交通领域时，由于运行工况的随机性，其负载功率中含有大量高频部分，而PEMFC动态响应较慢，且频繁的变载将导致PEMFC寿命的快速衰减，因此通常配合动力电池而共同组成氢电混合动力系统，从而PEMFC和动力电池联合供电以满足动力系统的负载需求。在氢电混合动力系统中，燃料电池和动力电池的容量配比对系统动力性能以及运行经济性有着显著的影响，不合理的容量配置不仅会增加系统的运行氢耗，还会加速燃料电池以及动力电池的寿命衰减，使得系统运行成本大幅增加，同时，氢电混合动力系统的功率分配策略以容量配置为基础，使用不合理的容量配置将导致功率分配策略优化困难。
[0004]因此，寻求一种氢电混合动力系统的容量优化配置方法对提高系统经济性具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种降低系统运行损耗的氢电混合动力系统的容量优化配置方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种用于氢电混合动力系统的容量优化配置方法，其包括：
[0008]根据所述氢电混合动力系统的约束条件，确定燃料电池额定功率P0的可行域[P
0_min
,P
0_max
]和动力电池额定容量Q0的可行域[Q
0_min
,Q
0_max
]；
[0009]基于系统氢耗燃料电池寿命损耗L
fc_loss
及动力电池损耗L
bat_loss
建立目标函数c1为氢气单价，c2为燃料电池单价，c3为动力电池单价；
[0010]确定P0和Q0在各自可行域内使所述目标函数最小的P0和Q0的值，并根据其分配所述氢电混合动力系统的燃料电池额定功率和动力电池额定容量，其方法包括：
[0011]设置粒子群组数为N和迭代次数为M，并初始化局部最小值为正无穷、全局最小值为正无穷以及当前迭代次数j为0，同时初始化粒子初始位置和粒子速度
[0012]计算每组粒子群的目标函数值并比较得到其中的最小值从而根据所述更新和并得到当前全局最小值所对应的粒子位置
[0013]判断当前迭代次数j是否达到M，若是，则令且否则，令j＝j+1，更新粒子位置和速度，并重新计算每组粒子群的目标函数值，直至当前迭代次数j达到M。
[0014]进一步地，所述氢电混合动力系统的约束条件包括系统平均功率需求约束条件、系统装配空间限制条件、动力电池SOC波动限制条件及系统瞬时需求功率约束条件；
[0015]所述系统平均功率需求约束条件为：
[0016][0017]式中，P0为燃料电池额定功率，为系统平均功率；
[0018]所述系统装配空间限制条件为：
[0019][0020][0021]式中，P0为燃料电池额定功率，ρ
V_fc
为燃料电池比功率，V
conf_fc
为系统预留燃料电池装配空间，Q0为动力电池额定容量，ρ
V_bat
为动力电池比能量，V
conf_bat
为系统预留动力电池装配空间；
[0022]所述动力电池SOC波动限制条件为：
[0023][0024]ΔE
max
＝E
max
‑
E
min
[0025][0026]式中，Q0为动力电池额定容量，η
dischar
为动力电池平均放电效率，SOC
H
为动力电池允许的SOC最高值，SOC
L
为动力电池允许的SOC最低值，ΔE
max
为波动能量的最大变化值，E
max
为测试工况下的波动能量E的最大值，E
min
为测试工况下的波动能量E的最小值，E为测试工况下的波动能量，k为历史数据总时长，P
req
为系统需求功率，为系统平均功率；
[0027]所述系统瞬时需求功率约束条件为：
[0028][0029]式中，P0为燃料电池额定功率，Q0为动力电池额定容量，η
dischar
为动力电池平均放电效率，I
c_max
为动力电池最大放电倍率，P
req_max
为需求功率最大值。
[0030]进一步地，所述容量优化配置方法还包括：根据下式初始化粒子初始位置
[0031][0032][0033]式中，P
0_min
和P
0_max
来自于燃料电池额定功率的可行域[P
0_min
,P
0_max
]，Q
0_min
和Q
0_max
来自于动力电池额定容量的可行域[Q
0_min
,Q
0_max
]，rand(0,1)为随机函数，i为N组粒子群中的第i组粒子群；
[0034]根据下式初始化粒子速度
[0035][0036][0037]式中，v
min
为粒子最小速度，v
max
为粒子最大速度，rand(0,1)为随机函数，i为N组粒子群中的第i组粒子群。
[0038]进一步地，所述容量优化配置方法还包括：根据的值配置所述燃料电池额定功率P0，且根据的值配置所述动力电池额定容量Q0，并基于k个小时的历史需求功率数据运行氢电混合动力系统模型以得到k个小时的系统氢耗燃料电池寿命损耗L
fc_loss
、动力电池寿命损耗L
bat_loss
，从而计算每组粒子群的目标函数值。
[0039]进一步地，所述更新和的方法包括：
[0040]若则令并得到当前局部最小值所对应的粒子位置
[0041]若则令并得到当前全局最小值所对应的粒子位置混合动力系统的燃料电池额定功率和动力电池额定容量，其方法包括：
[0042]设置粒子群组数为N和迭代次数为M，并初始化局部最小值为正无穷、全局最小值为正无穷以及当前迭代次数j为0，同时初始化粒子初始位置和粒子速度
[0043]计算每组粒子群的目标函数值并比较得到其中的最小值从而根据所述更新和并得到当前全局最小值所对应的粒子位置
[0044]判断当前迭代次数j是否达到M，若是，则令且否则，令j＝j+1，更新粒子位置和速度，并重新计算每组粒子群的目标函数值，直至当前迭代次数j达到M。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氢电混合动力系统的容量优化配置方法，其特征在于，包括：根据所述氢电混合动力系统的约束条件，确定燃料电池额定功率P0的可行域[P
0_min
,P
0_max
]和动力电池额定容量Q0的可行域[Q
0_min
,Q
0_max
]；基于系统氢耗燃料电池寿命损耗L
fc_loss
及动力电池损耗L
bat_loss
建立目标函数c1为氢气单价，c2为燃料电池单价，c3为动力电池单价；确定P0和Q0在各自可行域内使所述目标函数最小的P0和Q0的值，并根据其分配所述氢电混合动力系统的燃料电池额定功率和动力电池额定容量，其方法包括：设置粒子群组数为N和迭代次数为M，并初始化局部最小值为正无穷、全局最小值为正无穷以及当前迭代次数j为0，同时初始化粒子初始位置和粒子速度计算每组粒子群的目标函数值并比较得到其中的最小值从而根据所述更新和并得到当前全局最小值所对应的粒子位置判断当前迭代次数j是否达到M，若是，则令且否则，令j＝j+1，更新粒子位置和速度，并重新计算每组粒子群的目标函数值，直至当前迭代次数j达到M。2.根据权利要求1所述的用于氢电混合动力系统的容量优化配置方法，其特征在于，所述氢电混合动力系统的约束条件包括系统平均功率需求约束条件、系统装配空间限制条件、动力电池SOC波动限制条件及系统瞬时需求功率约束条件；所述系统平均功率需求约束条件为：式中，P0为燃料电池额定功率，为系统平均功率；所述系统装配空间限制条件为：所述系统装配空间限制条件为：式中，P0为燃料电池额定功率，ρ
V_fc
为燃料电池比功率，V
conf_fc
为系统预留燃料电池装配空间，Q0为动力电池额定容量，ρ
V_bat
为动力电池比能量，V
conf_bat
为系统预留动力电池装配空间；所述动力电池SOC波动限制条件为：ΔE
max
＝E
max
‑
E
min
式中，Q0为动力电池额定容量，η
dischar
为动力电池平均放电效率，SOC
H
为动力电池允许的SOC最高值，SOC
L
为动力电池允许的SOC最低值，ΔE
max
为波动能量的最大变化值，E
max
为测试工况下的波动能量E的最大值，E
min
为测试工况下的波动能量E的最小值，E为测试工况下的波动能量，k为历史数据总时长，P
req
为系统需求功率，为系统平均功率；所述系统瞬时需求功率约束条件为：式中，P0为燃料电池额定功率，Q0为动力电池额定容量，η
dischar
为动力电池平均放电效率，I
c_max
为动力电池最大放电倍率，P
req_max
为需求功率最大值。3.根据权利要求1所述的用于氢电混合动力系统的容量优化配置方法，其特征在于，还包括：根据下式初始化粒子初始位置包括：根据下式初始化粒子初始位置包括：根据下式初始化粒子初始位置式中，P
0_min
和P
0_max
来自于燃料电池额定功率的可行域[P
0_min
,P
0_max
]，Q
0_...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，耿锟，孙涛，
申请(专利权)人：苏州市华昌能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：