CN112581314B - 一种用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法 - Google Patents

一种用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，多向量能源匹配方法包括，获取能源的种类；获取表征各能源的能量的特征参数；获取各能源的效率影响因素；获取各能源的影响因素的当前参数；获取各能源的作用目标；获取不同作用目标上的适用能源种类；逐一计算出，当前参数下，各个作用目标上的各个能源种类；选取同一作用目标上的最高效的能源，将该能源作为该作用目标的最佳能源。本发明能够提高能量的利用率。

Description

一种用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法
技术领域
本发明涉及燃料电池汽车技术领域，特别是一种用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法。
背景技术
燃料电池汽车技术的不断发展，使得燃料电池已经开始应用于实际。
对于燃料电池汽车上的能量回收，现有能量回收装置虽然可以应用于燃料电池汽车上，但并不能最大程度地回收能量。
由于燃料电池汽车上的能量种类较多，其中，包括高压空气、氢能、电能等，如何在不同的使用环境下，对能量进行分配，是本领域技术人员亟待解决的重要问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，以解决现有技术中的不足，它能够合理分配能量，最大程度地节约能量。
本发明提供了一种用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，用于氢氧燃料电池汽车，其中，所述混合储能系统包括，
氢罐，所述氢罐用于存储高压氢气，以供氢氧燃料电池汽车的氢氧燃料电池使用；
空气压缩机，用于将空气压缩成高压气体，以供所述氢氧燃料电池使用；
氢氧燃料电池，所述氢氧燃料电池与所述氢罐、所述空气压缩机连接，所述氢氧燃料电池用于通过氢气与氧气的反应产生电能；
蓄电池，所述蓄电池与所述氢氧燃料电池电连接，所述蓄电池用与存储所述氢氧燃料电池所产生多余电能，或经能量回收装置回收的电能；
超级电容，所述超级电容与所述氢氧燃料电池、所述蓄电池电连接；所述超级电容用于快速所述氧气燃料电池所产生的多余电能，或经能量回收装置回收的电能；
高压空气罐，所述高压空气罐与所述空气压缩机连接，所述高压空气罐用于在所述空气压缩机排出空气压力过大时，与所述空气压缩机连通，以存储高压空气，并在制动或转向时，通过气压管路实现转向或制动助力；
所述多向量能源匹配方法包括，
获取能源的种类；
获取表征各能源的能量的特征参数；
获取各能源的效率影响因素；
获取各能源的影响因素的当前参数；
获取各能源的作用目标；
获取不同作用目标上的适用能源种类；
逐一计算出，当前参数下，各个作用目标上的各个能源种类；
选取同一作用目标上的最高效的能源，将该能源作为该作用目标的最佳能源。
如上所述的用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，其中，可选的是，所述能源的种类包括氢能、蓄电池的能量、高压气罐的能量和超级电容的电能；
所述氢能的特征参数为氢罐内的压力；
所述蓄电池的特征参数为电池的电量；
所述超级电容的特征参数为超级电容的电量；
所述高压空气罐的特征参数为高压空气罐内的压力。
如上所述的用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，其中，可选的是，所述氢能的影响因素为燃料电池的发电效率；
所述发电效率由氢能转化为电能的效率来表示；
所述蓄电池的影响因素包括使用温度、充电效率和放电效率；由当前使用温度下的充电效率和放电效率的乘积来表示；
所述超级电容的影响因素包括充电效率和放电效率，由当前使用条件下的充电效率和放电效率的乘积来表示；
所述高压空气罐的影响因素，由高压空气释放时的能量有效率来表示。
如上所述的用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，其中，可选的是，所述作用目标包括车辆驱动电机、车载电器、空气压缩机电机、制动助力器、转向助力器；
车辆驱动电机的能源种类包括氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能；
供给车载电器使用的能源种类包括氢能、蓄电池的电能和超级电容的电能；
制动助力器的能源种类包括氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力；
转向助力器的能源种类包括氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力。
如上所述的用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，其中，可选的是，分别计算出蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力在当前参数下的效率，及氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力；
在所述氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力大于各自设计值的50％时，每一作用目标上的能源供应方式，按能源效率从大到小的优先级进行排序；
当有一种能源小于自身设计值的50％时，其供能的优先级为最低。
如上所述的用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，其中，可选的是，供能的优先级为至少两级。
如上所述的用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，其中，可选的是，所述混合储能系统还包括泄压罐；
所述泄压罐与连接所述空气压缩机和所述燃料电池的网管连接；
所述泄压罐用于在所述网管的压力大于所述空气压缩机出口的压力时，与所述网管连通；
所述泄压罐与所述网管的连接处，位于距离所述网管靠近所述空气压缩机一端的10厘米处；
所述泄压罐上设有排气管，所述排气管用于在所述泄压罐完成一次泄压后，与所述泄压罐连通，并在所述泄压罐内的压力与环境压力相等后关闭。
如上所述的用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，其中，可选的是，所述排气管远离所述泄压罐的一端与所述空气压缩机的进气口处连通。
与现有技术相比，本发明至少存在如下有益效果：
本发明通过对不同来源的能量进行特征参数的比对，进而计算出各个能量来源的效率。通过计算，并选用最高效的能源作为最佳能量，能够有效提高能量的利用率。
附图说明
图1是本发明整体结构框图；
图2是本发明提出的方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明的实施例：如图1-图2所示，本发明提出了一种用于混合储能系统的多向量能源系统匹配方法，用于氢氧燃料电池汽车，其中，所述混合储能系统包括，
氢罐，所述氢罐用于存储高压氢气，以供氢氧燃料电池汽车的氢氧燃料电池使用；空气压缩机，用于将空气压缩成高压气体，以供所述氢氧燃料电池使用。具体使用时，由于氢氧燃料电池对氧气的需求量较大，且空气中氧气的含量只有20％左右，对于空气的压缩量就进一步增大，也正是因此，对于空气压缩机的要求极高，通常达到数万转每分钟甚至十万转每分钟。由于空气压缩机转速极高，对于轴承的要求也及高，在调节其转速时，如果瞬间调节较大的转速范围，就会对空气压缩机造成内部扰动，进而对空气压缩机造成损坏。因此，现有技术中，通常较慢地对空气压缩机的转速进行调节，而这又会对空气造成过量压缩。因此，本发明设置高压空气罐，以存储多余的高压空气。
氢氧燃料电池，所述氢氧燃料电池与所述氢罐、所述空气压缩机连接，所述氢氧燃料电池用于通过氢气与氧气的反应产生电能；所述氢氧燃料电池产生的电能，作为汽车所有能量的基础来源。
蓄电池，所述蓄电池与所述氢氧燃料电池电连接，所述蓄电池用与存储所述氢氧燃料电池所产生多余电能，或经能量回收装置回收的电能；超级电容，所述超级电容与所述氢氧燃料电池、所述蓄电池电连接；所述超级电容用于快速所述氧气燃料电池所产生的多余电能，或经能量回收装置回收的电能。对于能量回收装置，可以是现有用于汽车上的制动能量回收装置。对此，本领域技术人员能够实现，在此不再赘述。
高压空气罐，所述高压空气罐与所述空气压缩机连接，所述高压空气罐用于在所述空气压缩机排出空气压力过大时，与所述空气压缩机连通，以存储高压空气，并在制动或转向时，通过气压管路实现转向或制动助力。高压空气罐的设置，是本发明的重要改进之一，其可以直接利用多余的高压空气，而无需将其转化为其他能量，以减少能量消耗。
本发明所提出的多向量能源匹配方法，应用于上述系统，具体地，所述多向量能源匹配方法包括，
获取能源的种类；本发明所指的能源的种类，是按能量的来源路径不同而进行分类的，并非是按能量的种类的不同而进行的分类。如，同样是电能，按其来源于燃料电池、蓄电池和超级电容的不同，分为三种；而实际上，由于以燃料电池为来源的电能，均是由氢能产生，这部分能量可以认为是氢能。而蓄电池的能量部分来源于氢能，另一部分来源于能量回收装置。因此，蓄电池中的电能直接视为一种能源。考虑到蓄电池能量来源的不同，在具体使用时，充电中的蓄电池应当作为一作用目标考虑。
具体地，获取表征各能源的能量的特征参数；特征参数应当是能够表示能量多少的参数，如对于高压空气，由于氢罐体积固定，可以以压力作为特征参数，对于蓄电池，可以将电量作为特征参数。
获取各能源的效率影响因素。能源的效率影响因数有多种，如，环境温度、使用的寿命阶段等。
获取各能源的影响因素的当前参数；比如，当前的环境温度值，部件的状态参数等。
获取各能源的作用目标；作用目标，是指能量的流向目标，具体是指能量消耗部件，如，驱动车辆的电机、带动空气压缩机的电机、车载用电器等。当然，在充电状态下，蓄电池、超级电容也作为作用目标。
获取不同作用目标上的适用能源种类。具体地，在使用时，由于一个能量消耗部件可以从多个能源上获取能量，而这些能量可以由一个或几个不同的能量来源。本发明的主要目的就是在不同的状态下，分别为各个能量消耗部件选取合适的能量来源，以提高能量的利用率。
在具体应用时，逐一计算出，当前参数下，各个作用目标上的各个能源种类的能量输出效率；即，一一计算出当前状态下的每个耗能部件上的能量来源的能量输出效率，此处所指的能量输出效率。
选取同一作用目标上的最高效的能源，将该能源作为该作用目标的最佳能源。如此，能够保证能量输出效率最高，从而保证能量传递过程始终沿效率最高的路径输出。
具体地，所述能源的种类包括氢能、蓄电池的能量、高压气罐的能量和超级电容的电能；具体实施时，所述氢能的特征参数为氢罐内的压力；由于氢罐的体积不变，因此，可以用氢罐的压力来表示氢罐内的氢能，这样，能便于对氢能的多少进行检测。
所述蓄电池的特征参数为电池的电量；所述超级电容的特征参数为超级电容的电量；与氢能的表示方式同理，所述高压空气罐的特征参数为高压空气罐内的压力。
更具体地，所述氢能的影响因素为燃料电池的发电效率；所述发电效率由氢能转化为电能的效率来表示；所述蓄电池的影响因素包括使用温度、充电效率和放电效率；由当前使用温度下的充电效率和放电效率的乘积来表示；所述超级电容的影响因素包括充电效率和放电效率，由当前使用条件下的充电效率和放电效率的乘积来表示；所述高压空气罐的影响因素，由高压空气释放时的能量有效率来表示。在应用时，可以预先设置各个效率值在不同环境下的数值表或Map图，在需要计算各效率值时，直接从数值表或Map图中查找。
更具体地，所述作用目标包括车辆驱动电机、车载电器、空气压缩机电机、制动助力器、转向助力器；进一步地，车辆驱动电机的能源种类包括氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能；
供给车载电器使用的能源种类包括氢能、蓄电池的电能和超级电容的电能；制动助力器的能源种类包括氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力；转向助力器的能源种类包括氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力。
具体地，考虑到最高效的能源可能存在能量不足的情况，本发明又作了进一步的改进。分别计算出蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力在当前参数下的效率，及氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力；在所述氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力大于各自设计值的50％时，每一作用目标上的能源供应方式，按能源效率从大到小的优先级进行排序；当有一种能源小于自身设计值的50％时，其供能的优先级为最低。供能的优先级为至少两级。具体实施时，供能的优先级的数量，可以根据需要来设置，如可以将优选先级设置为高、中、低三个优先级，第一种能源设置有两个比例值，也就是每个能源上设置的比例值的个数比优先级少1。以使两个比例值将能源分成与优先级一一对应的三段。在具体应用时，优先使用优先级高的能量作为能源，而在同一优先级下，优先选择效率最高的供能部件作为能量来源。
具体实施时，考虑到在不能及将排出多余高压空气时，可能存在的喘振问题，即，当网管的压力高于空气压缩机出口处的压力时，极有可能产生喘振的问题。本发明还作了如下改进：所述混合储能系统还包括泄压罐；所述泄压罐与连接所述空气压缩机和所述燃料电池的网管连接；所述泄压罐用于在所述网管的压力大于所述空气压缩机出口的压力时，与所述网管连通；所述泄压罐与所述网管的连接处，位于距离所述网管靠近所述空气压缩机一端的10厘米处；所述泄压罐上设有排气管，所述排气管用于在所述泄压罐完成一次泄压后，与所述泄压罐连通，并在所述泄压罐内的压力与环境压力相等后关闭。具体实施时，所述排气管远离所述泄压罐的一端与所述空气压缩机的进气口处连通。如此，能够将多余的高压空气排出到空气压缩机的进气口处，以减少空气压缩机两端的压力差，从而减小空气压缩机对于电能的需求。具体实施时，所述泄压罐与所述网管之间的连通与断开可以由电磁阀来控制，所述排气管上也设置有电磁阀。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于混合储能系统的多向量匹配方法，用于氢氧燃料电池汽车，其特征在于：所述混合储能系统包括，
氢罐，所述氢罐用于存储高压氢气，以供氢氧燃料电池汽车的氢氧燃料电池使用；
空气压缩机，用于将空气压缩成高压气体，以供所述氢氧燃料电池使用；
氢氧燃料电池，所述氢氧燃料电池与所述氢罐、所述空气压缩机连接，所述氢氧燃料电池用于通过氢气与氧气的反应产生电能；
蓄电池，所述蓄电池与所述氢氧燃料电池电连接，所述蓄电池用与存储所述氢氧燃料电池所产生多余电能，或经能量回收装置回收的电能；
超级电容，所述超级电容与所述氢氧燃料电池、所述蓄电池电连接；所述超级电容用于快速所述氧气燃料电池所产生的多余电能，或经能量回收装置回收的电能；
高压空气罐，所述高压空气罐与所述空气压缩机连接，所述高压空气罐用于在所述空气压缩机排出空气压力过大时，与所述空气压缩机连通，以存储高压空气，并在制动或转向时，通过气压管路实现转向或制动助力；
所述多向量匹配方法包括，
获取能源的种类；
获取表征各能源的能量的特征参数；
获取各能源的效率影响因素；
获取各能源的影响因素的当前参数；
获取各能源的作用目标；
获取不同作用目标上的适用能源种类；
逐一计算出，当前参数下，各个作用目标上的各个能源种类；
选取同一作用目标上的最高效的能源，将该能源作为该作用目标的最佳能源；
所述能源的种类包括氢能、蓄电池的能量、高压气罐的能量和超级电容的电能；
所述氢能的特征参数为氢罐内的压力；
所述蓄电池的特征参数为电池的电量；
所述超级电容的特征参数为超级电容的电量；
所述高压空气罐的特征参数为高压空气罐内的压力；
所述氢能的影响因素为燃料电池的发电效率；
所述发电效率由氢能转化为电能的效率来表示；
所述蓄电池的影响因素包括使用温度、充电效率和放电效率；由当前使用温度下的充电效率和放电效率的乘积来表示；
所述超级电容的影响因素包括充电效率和放电效率，由当前使用条件下的充电效率和放电效率的乘积来表示；
所述高压空气罐的影响因素，由高压空气释放时的能量有效率来表示；
所述作用目标包括车辆驱动电机、车载电器、空气压缩机电机、制动助力器、转向助力器；
车辆驱动电机的能源种类包括氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能；
供给车载电器使用的能源种类包括氢能、蓄电池的电能和超级电容的电能；
制动助力器的能源种类包括氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力；
转向助力器的能源种类包括氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力。
2.根据权利要求1所述的用于混合储能系统的多向量匹配方法，其特征在于：分别计算出蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力在当前参数下的效率，及氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力；
在所述氢能、蓄电池的电能、超级电容的电能和高压空气罐的压力大于各自设计值的50%时，每一作用目标上的能源供应方式，按能源效率从大到小的优先级进行排序；
当有一种能源小于自身设计值的50%时，其供能的优先级为最低。
3.根据权利要求2所述的用于混合储能系统的多向量匹配方法，其特征在于：供能的优先级为至少两级。
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