【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及箭载氢氧燃料电池混合能源系统参数评价方法，属于氢氧燃料电池系统。
技术介绍
1、目前重型运载火箭一般采用液氢、液氧作为推进剂，低温推进剂不可避免的会受热蒸发，直接排出不仅会造成浪费还会影响火箭飞行姿态。因此可以在火箭上氢氧燃料电池，将气化的氢氧气中的化学能转化为电能，实现箭载推进-发电一体化设计，在未来空间任务活动中具有巨大的应用前景。
2、燃料电池混合能源系统参数配置是一个设计多目标的优化问题，现有的混合能源系统参数配置方法只是针对地面应用或船舰应用，而箭载系统与之不同。受限于火箭有效载荷和有限空间，箭载氢氧燃料电池系统对总质量和体积要求很严格，因此要实现氢氧燃料电池混合能源系统在火箭的应用，需要建立一套针对于火箭应用的混合动力系统参数配置方法及有效评价准则，满足负载使用需求的前提下，合理分配燃料电池输出功率和锂电池输出功率，使得燃料电池和锂电池能够发挥各自的优势减少降低运行过程中的硬件损耗和能量损耗，提高燃料电池的氢气利用率和动力系统的效率，减少氢氧燃料电池混合能源系统总质量。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供箭载氢氧燃料电池混合能源系统参数评价方法，该方法将充分发挥燃料电池比能量高、锂电池动态响应快的特点，在满足负载使用需求的前提下，综合考虑氢气利用率、系统效率、锂电池soc及使用寿命等因素，建立针对箭载氢氧燃料电池混合能源系统参数配置及评价函数，根据负载特点合理分配燃料电池功率和锂电池容量，优化混合能源系统总质
2、本专利技术的技术解决方案是：
3、本专利技术公开了箭载氢氧燃料电池混合能源系统参数评价方法，包含以下步骤：
4、s1、给出几组燃料电池片数和锂电池容量范围；
5、s2、选取一组燃料电池片数和锂电池容量参数；
6、s3、根据选取的燃料电池片数和锂电池容量参数，采用燃料电池极化模型与输出效率公式，计算氢氧燃料电池混合动力系统初始参数配置；
7、s4、根据所述初始参数配置，对系统运行情况进行仿真，计算并记录系统工作周期内的电池参数；
8、s5、判断所述电池参数能否满足箭上负载用电需求，若否，进入步骤s6，否则，得到配置参数，并记录所述选取的燃料电池片数和锂电池容量参数，进入步骤s6；
9、s6、选取下一组燃料电池片数和锂电池容量参数，重复步骤s3～s5，直到遍历完所述几组燃料电池片数和锂电池容量范围，在条件范围内，得到满足负载用电需求的多组配置参数以及对应的多组燃料电池片数和锂电池容量参数；
10、s7、根据所述多组配置参数和多组燃料电池片数和锂电池容量参数，得到多组评价参数；
11、s8、利用评价函数对所述多组评价参数进行评价，得到评价函数最小值对应的燃料电池片数和锂电池容量参数，即为氢氧燃料电池混合能源系统的最优配置结果。
12、进一步地，在上述建立方法中，所述计算氢氧燃料电池混合动力系统初始参数配置，具体为：
13、pfcmin＝0.9*n*i*a
14、pfcmax＝0.7*n*i*a
15、其中，pfcmin为燃料电池系统输出功率最小值，pfcmax为燃料电池系统输出功率最大值，n为燃料电池单片个数，i为燃料电池电流密度，a为燃料电池活化面积。
16、进一步地，在上述建立方法中，所述电池参数，包括实时燃料电池输出功率、燃料电池效率、燃料电池单片电压、锂电池输出功率和锂电池电量soc最小值。
17、进一步地，在上述建立方法中，根据所述初始参数配置，对系统运行情况进行仿真，计算并记录系统工作周期内的电池参数，具体为：
18、pfc＝n·uout(t)·i·a
19、pb＝pl-pfcηdc
20、
21、uout(t)＝e(t)-vact(t)-vohm(t)-vconc(t)
22、
23、其中，pfc为实时燃料电池输出功率，uout为燃料电池单片电压，n为燃料电池单片个数，i为燃料电池电流密度，a为燃料电池活化面积，pb为锂电池输出功率，pl为负载需求功率，ηfc为燃料电池效率；soc为锂电池剩余电量，pfc0为燃料电池功率初始值，cli0为锂电池容量初始值；e(t)为燃料电池能斯特电压v，vact(t)为燃料电池能活化电压损失，vohm(t)为燃料电池欧姆电压损失，vconc(t)为燃料电池浓差电压损失；为燃料电池氢气消耗率，ηdc为直流变压器效率，elhv为氢气的低热值。
24、进一步地，在上述建立方法中，所述条件范围，具体为：
25、pfcmin≤pfc≤pfcmax
26、socmin≤soc≤socmax
27、其中，pfc为燃料电池输出功率，pfcmax为燃料电池最大输出功率，pfcmin为燃料电池最小输出功率；socmin为锂电池最小剩余电量，socmax为锂电池最大剩余电量，soc为当前锂电池的剩余电量。
28、进一步地，在上述建立方法中，所述判断所述电池参数能否满足箭上负载用电需求，得到配置参数，具体方法为：
29、若pl≥pfcmax时，锂电池对外放电，直到soc＝socl，配置参数为：
30、pb＝pl-pfcηdc
31、pfc＝pfcmax
32、若soc<socl，则该组电池参数不满足负载用电需求；
33、若soc≥socl，则该组电池参数满足负载用电需求，配置参数为：
34、pfc＝(pl+pb)/ηdc
35、
36、
37、其中，pfc为燃料电池输出功率，pb为锂电池功率，pl为负载需求功率；soc为当前锂电池的剩余电量，soc*为锂电池的理想剩余电量，ηdc为直流变压器效率；pfcmin为燃料电池输出功率最小值，pfcmax为燃料电池输出功率最大值。
38、进一步地，在上述建立方法中，所述评价函数，具体为：
39、h＝λ1mli+fc+λ2mh2+o2+λ3nli+λ4sli
40、其中，λ1为系统总质量在评价函数中的权重，λ2为系统氢氧消耗量在评价函数中的权重，λ3为锂电池充放电循环次数在评价函数中的权重，λ4为锂电池放电深度在评价函数中的权重；mli+fc＝为系统总质量；mh2+o2为氢氧消耗量，nli为锂电池充放电循环次数，sli为锂电池放电深度。
41、进一步地，在上述建立方法中，所述系统总质量和氢氧消耗量为：
42、mli+fc＝cli/zli+pfc/zfc
43、
44、
45、其中，mli+fc＝为系统总质量，为氢气分子和氧气分子的摩尔质量；ucell为燃料电池组的单本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.箭载氢氧燃料电池混合能源系统参数评价方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：所述计算氢氧燃料电池混合动力系统初始参数配置，具体为：
3.根据权利要求1所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：所述电池参数，包括实时燃料电池输出功率、燃料电池效率、燃料电池单片电压、锂电池输出功率和锂电池电量SOC最小值。
4.根据权利要求3所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：根据所述初始参数配置，对系统运行情况进行仿真，计算并记录系统工作周期内的电池参数，具体为：
5.根据权利要求1所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：所述条件范围，具体为：
6.根据权利要求1所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：所述判断所述电池参数能否满足箭上负载用电需求，得到配置参数，具体方法为：
7.根据权利要求1所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在
8.根据权利要求7所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：所述系统总质量和氢氧消耗量为：
9.根据权利要求7所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：所述锂电池充放电循环次数和锂电池放电深度为：
10.根据权利要求1所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：所述评价参数，包括系统总质量Mli+fc；氢气和氧气的消耗量MH2+O2，锂电池充放电循环次数Nli，锂电池放电深度Sli。
...【技术特征摘要】
1.箭载氢氧燃料电池混合能源系统参数评价方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：所述计算氢氧燃料电池混合动力系统初始参数配置，具体为：
3.根据权利要求1所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：所述电池参数，包括实时燃料电池输出功率、燃料电池效率、燃料电池单片电压、锂电池输出功率和锂电池电量soc最小值。
4.根据权利要求3所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：根据所述初始参数配置，对系统运行情况进行仿真，计算并记录系统工作周期内的电池参数，具体为：
5.根据权利要求1所述的箭载氢氧燃料电池混合能源系统评价函数建立方法，其特征在于：所述条件范围，具体为：
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：马菡，安灿灿，闫千倩，朱文若，王绍成，吴绍伟，杨鑫磊，
申请(专利权)人：北京航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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