CN103198206B - 一种基于综合性能得分模型的燃料电池系统性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于综合性能得分模型的燃料电池系统性能评价方法，包括以下步骤：第一步，建立综合性能得分模型；第二步，将一个或多个待评价燃料电池系统置于燃料电池试验平台上，并使其稳定工作；第三步，实时采集待评价燃料电池系统的工作状态数据和工作环境数据，并将这些试验数据输入综合性能得分模型：第四步，采用综合性能得分模型根据试验数据计算待评价燃料电池系统的综合性能得分；第五步，根据综合性能得分高低对一个或多个待评价燃料电池系统进行评价。与现有技术相比，本发明是针对车用质子交换膜燃料电池系统，进行综合评价的有效方法，该方法计算简单、结果准确可靠、实用性强、能够对多种燃料电池系统进行综合评价等优点。

Description

一种基于综合性能得分模型的燃料电池系统性能评价方法

技术领域

本发明涉及一种汽车新能源技术及应用领域中的燃料电池系统评价方法，尤其是涉及一种基于综合性能得分模型的燃料电池系统性能评价方法。

背景技术

燃料电池电动汽车由于续驶里程长、燃料加注方便、性能与传统汽车相近等诸多优点，被认为是新能源汽车最终的发展方向。车用燃料电池系统是燃料电池汽车最关键的零部件，它的性能在很大程度上决定了燃料电池汽车的性能。由于车用燃料电池系统之复杂，表现出来的性能非常复杂。实际上，车用燃料电池系统的总的性能不取决于系统的一两个指标，而是由方方面面的性能指标所体现的。综合评价的难度在于建立一个全面的、合理的、能反映系统技术先进性的指标体系和打分规则，且这种评价方法要能够对于两种或多种不同燃料电池系统具有科学的评价尺度，即能通过综合评价得分，体现这两种或者多种车用燃料电池系统技术的先进性。

在公开的专利和科技文献中，发明专利(公开号CN102544551A)“燃料电池评价装置及燃料电池评价方法”公开了一种利用使用阻抗来评价系统电堆内部电极的性能，利用阻抗的频率特性，通过测定频率变化取得燃料电池塔菲区域内的规定电流值下的燃料电池阻抗从而提取使用阻抗，进而评价燃料电池电极性能；以及上述专利中提及的以电流密度对数为横坐标、以单元电池电压为纵坐标、利用直线斜率大小来评价燃料电池电堆的方法；该专利掌握燃料电池的发电状态，可以利用标准化阻抗的信息作为有用的分析数据，但该方法不能对燃料电池系统的综合性能进行评价，且存在方法复杂的不足。目前在所公开的文献中，并无其他针对车用燃料电池系统综合评价的方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法简单易行、适应范围广、实用性强、能够对多种燃料电池系统进行综合评价的基于综合性能得分模型的燃料电池系统性能评价方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于综合性能得分模型的燃料电池系统性能评价方法，包括以下步骤：

第一步，建立综合性能得分模型；

第二步，将一个或多个待评价燃料电池系统置于燃料电池试验平台上，并使其稳定工作；

第三步，实时采集待评价燃料电池系统的工作状态数据和工作环境数据，并将这些试验数据输入综合性能得分模型；

第四步，采用综合性能得分模型根据试验数据计算待评价燃料电池系统的综合性能得分；

第五步，根据综合性能得分高低对一个或多个待评价燃料电池系统进行评价。

所述的建立综合性能得分模型具体包括以下步骤：

101)制定燃料电池系统综合性能的特征方向，所述的特征方向包括动力性、经济性、环境适应性、可靠性、耐久性、稳定性、动态性、安全性及环保性；

102)定义各特征方向对燃料电池系统综合性能的影响因子；

103)定义每个特征方向所包含的分析指标及其权重。

所述的第四步具体包括以下步骤：

401)根据实时采集待的试验数据获得相对应的分析指标数值；

402)计算各分析指标得分g(x)：

$g\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x<a\\ \&lsqb;\frac{1}{2}+\frac{1}{2}sin(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\&CenterDot;\frac{2x-a-b}{b-a})\&rsqb;\&times;100& a\&le;x\&le;b\\ 100& x>b\end{array}\right.$

其中x为分析指标数值，a和b为设定的常数；

403)计算各特征方向的得分：

f_i＝∑g_j×α_j；j＝1,...,n

式中，f_i为第i个特征方向的得分，i＝1,2,...,9，g_j为该特征方向中第j个分析指标的得分，α_j为第j个分析指标的权重，n为该特征方向中所包含的分析指标的个数；

404)计算待评价燃料电池系统的综合性能得分F：

$F=\underset{i=1}{\overset{9}{\&Sigma;}}{f}_i{k}_i$

式中，k_i为第i个特征方向对应的影响因子。

与现有技术相比，本发明通过建立评价燃料电池系统综合性能的综合性能得分模型，对燃料电池系统综合性能进行评价，评价方法简单有效，实用性强，且能够对多种不同的燃料电池系统进行综合评价，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的步骤流程示意图；

图2为本发明得分计算模型中特征方向的示意图；

图3为实施例中利用本发明所提供的方法进行的特征方向得分及结果示意图；

图4为利用本发明所提供的方法进行的综合评价得分及结果示意图。

图中，FCE1～FCE5为五种燃料电池系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种基于综合性能得分模型的燃料电池系统性能评价方法，包括以下步骤：

第一步，建立综合性能得分模型；

第二步，将一个或多个待评价燃料电池系统置于燃料电池试验平台上，并使其稳定工作；

第三步，实时采集待评价燃料电池系统的工作状态数据和工作环境数据，并将这些试验数据输入综合性能得分模型；

第四步，采用综合性能得分模型根据试验数据计算待评价燃料电池系统的综合性能得分；

第五步，根据综合性能得分高低对一个或多个待评价燃料电池系统进行评价。

如图1所示，建立综合性能得分模型及采用综合性能得分模型根据试验数据计算待评价燃料电池系统的综合性能得分的具体步骤如下：

在步骤101中，制定综合性能的特征方向。

由于车用燃料电池系统的性能表现比较复杂，需要考虑的方面很多，首先将经常使用的性能指标制定为动力性、经济性、环境适应性、可靠性、耐久性、稳定性、动态性、安全性及环保性9个特征方向。动力性描述燃料电池系统能量转换速率与功率输出大小的特性，主要反映了燃料电池系统满足整车动力系统在各种行驶工况下功率需求的能力。经济性描述燃料电池系统如何在满足其他方面要求的前提下尽可能少地消耗能源和材料的性能，主要反映在燃料电池系统的成本和效率。环境适应性是指燃料电池系统适应周围环境的能力，主要反映了对于燃料电池系统在满足规定要求的条件下适应不同的环境条件。在设计燃料电池系统时必须考虑满足适应性指标，以保证燃料电池汽车能够在各种环境下正常行驶。可靠性是指燃料电池系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，主要反映了故障特性。耐久性是指燃料电池系统持续工作的性能，主要反映性能衰退和寿命方面的特性。耐久性是目前阻碍燃料电池系统和燃料电池汽车商业化的重要因素之一，必须达到足够的耐久性才能与传统内燃机汽车竞争。稳定性是指燃料电池系统在工作过程中电压平稳输出的性能，反映了燃料电池系统输出电压的波动特性，在采用基于DC/DC变换器的电电耦合结构中，稳定性影响到DC/DC的设计参数，在直接电电耦合结构中，它涉及到系统电压参数的匹配。动态性是指燃料电池系统在非稳态工况下的跟踪功率需求进行响应的能力。汽车工况复杂多变，要求燃料电池系统有好的动态性以满足整车动力需求。安全性是指燃料电池系统能够安全工作，避免对人、设备或自身造成伤害的能力和特性。环保性是指燃料电池系统满足环保要求的性能。氢气也是全球变暖的潜在因素，要求燃料电池系统尽可能少地造成大气和噪声污染。

在步骤102中，定义各特征方向对燃料电池系统综合性能的影响因子。

本实施例采用以下影响因子进行计算：

K＝[k₁,k₂,...,k₉]＝[0.074,0.216,0.130,0.074,0.0216,0.3043,0.074,0.130,0.043](1)

式中的数值k₁～k₉依次代表9个特征方向对车用燃料电池系统综合性能的影响因子。

在步骤103中，定义特征方向中的分析指标及其权重，即定义每一个特征方向所包含的分析指标以及每个分析指标在这个特征方向上的权重。

如表1所示，每个特征方向均包含有1～3项分析指标。目前从公开文献中获得的所有指标可能多达六十多个，本发明所提供的综合评价方法，在于对所有可能的车用燃料电池系统的指标进行了筛选和权重分配。表1最后一列显示了分析指标在对应特征方向上的权重。

表1特征方向上分析指标及其权重表

在步骤104中，根据实时采集待的试验数据获得相对应的分析指标数值，并计算各分析指标得分g(x)：

$g\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x<a\\ \&lsqb;\frac{1}{2}+\frac{1}{2}sin(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\&CenterDot;\frac{2x-a-b}{b-a})\&rsqb;\&times;100& a\&le;x\&le;b\\ 100& x>b\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中x为分析指标数值，a和b为设定的常数，一般来说，b取系统中上述分析指标的最优值，a取对应最劣值。即当该分析指标越大，则性能越好时，b取其中最大值a取最小值；反之则b取其中最小值a取最大值；一旦a和b的值取定，那么在本轮评价中就不能修改。需要说明的是，这些分析指标的定义在公开的文献中(比如国家标准、期刊论文、科技报告等)均可以获得。

在步骤105中，计算各特征方向的得分：

f_i＝∑g_j×α_j；j＝1,...,n

式中，f_i为第i个特征方向的得分，i＝1,2,...,9，g_j为该特征方向中第j个分析指标的得分，α_j为第j个分析指标的权重，n为该特征方向中所包含的分析指标的个数。

举例来说，对于动力性特征方向的得分，可通过以下公式来计算：

f₁＝α₁×g₁+α₂×g₂+α₃×g₃＝0.4·g₁+0.4·g₂+0.2·g₃

g₁～g₃为由公式(2)计算得到的分析指标得分；α₁～α₃为根据表1所定义的动力性的分析指标对应的权重。

在步骤106中，计算待评价燃料电池系统的综合性能得分F：

$F=\underset{i=1}{\overset{9}{\&Sigma;}}{f}_i{k}_i$

式中，k_i为第i个特征方向对应的影响因子。

重复上述步骤可以得到两种或多种车用燃料电池系统对应的综合性能得分。根据综合性能得分高低可对多个待评价燃料电池系统进行评价，分数高的性能好，在车上使用会带来更好的效果。

通过上述方法对五种燃料电池系统FCE1～FCE5进行综合评价，该五种车用燃料电池系统的特征方向机相关指标数据如表2所示，评价结果如图2-图3、以及表3所示。

表2五款车用燃料电池系统的指标数据

表3五款车用燃料电池系统的综合得分

Claims (2)

1.一种基于综合性能得分模型的燃料电池系统性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，建立综合性能得分模型，具体为：

101)制定燃料电池系统综合性能的特征方向；

102)定义各特征方向对燃料电池系统综合性能的影响因子；

103)定义每个特征方向所包含的分析指标及各分析指标的权重；

第二步，将一个或多个待评价燃料电池系统置于燃料电池试验平台上，并使其稳定工作；

第三步，实时采集待评价燃料电池系统的工作状态数据和工作环境数据，并将这些试验数据输入综合性能得分模型；

第四步，采用综合性能得分模型根据试验数据计算待评价燃料电池系统的综合性能得分，具体为：

401)根据实时采集的试验数据获得相对应的分析指标数值；

402)计算各分析指标得分g(x)：

$g\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x<a\\ \&lsqb;\frac{1}{2}+\frac{1}{2}sin(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\&CenterDot;\frac{2x-a-b}{b-a})\&rsqb;\&times;100& a\&le;x\&le;b\\ 100& x>b\end{array}\right.$

其中x为分析指标数值，a和b为设定的常数；

403)计算各特征方向的得分：

f_i＝Σg_j×α_j；j＝1,...,n

式中，f_i为第i个特征方向的得分，i＝1,2,...,9，g_j为该特征方向中第j个分析指标的得分，α_j为第j个分析指标的权重，n为该特征方向中所包含的分析指标的个数；

404)计算待评价燃料电池系统的综合性能得分F：

$F=\underset{i=1}{\overset{9}{\&Sigma;}}{f}_i{k}_i$

式中，k_i为第i个特征方向对应的影响因子；

第五步，根据综合性能得分高低对一个或多个待评价燃料电池系统进行评价。

2.根据权利要求1所述的一种基于综合性能得分模型的燃料电池系统性能评价方法，其特征在于，所述的特征方向包括动力性、经济性、环境适应性、可靠性、耐久性、稳定性、动态性、安全性及环保性。