CN116314972B - 一种燃料电池的能量分配调度方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种燃料电池的能量分配调度方法，涉及燃料电池能量调度技术领域。该方法包括根据燃料电池类型采集燃料电池的电压电流性能数据，基于大数据分析确定电压电流性能数据，获取燃料电池的电压电流性能数据，并采集燃料电池的实际工作状态，获取燃料电池实际工作状态数据；结合燃料电池实际工作状态数据，建立分配调度模型；根据分配调度模型进行能量调度分配，对燃料电池进行实时工作状态监控，形成燃料电池实时状态监控数据；根据燃料电池实时状态监控数据对能量调度分配进行调整。其能够从分配调度的角度对燃料电池进行全生命周期的电能分配调度，实现对对燃料电池电能更加高效的利用，也能充分满足电能分配调度的需求。

Description

一种燃料电池的能量分配调度方法
技术领域
本申请涉及燃料电池能量调度技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池的能量分配调度方法。
背景技术
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发电装置，它没有机械传动部件，无有害气体排放，续航时间长，成为当下新能源研究的重要方向。通常人们会将燃料电池串联起来使用，形成燃料电池堆，以保证具有足够的电压输出。在燃料电池的整个使用寿命周期内，其提供的电压具有一定的波动性，目前针对燃料电池提供稳定的电压输出以方便进行能源的分配和调度已有相关研究，主要是进行稳压和对燃料电池的设计进行优化，并没有从电能的分配调度上进行调整。无论是采用稳压设计还是对燃料电池的设计进行优化，始终脱不开燃料电池的电压使用变化，如果只截用燃料电池稳定工作期间的输出电能，则不能够实现对燃料电池电能的高效利用。
因此，设计一种燃料电池的能量分配调度方法，能够从分配调度的角度对燃料电池进行全生命周期的电能分配调度，实现对对燃料电池电能更加高效的利用，也能充分满足电能分配调度的需求，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种燃料电池的能量分配调度方法，通过获取燃料电池堆中所有燃料电池的电压电流关系数据，并结合燃料电池当下所处的电能输出状态建立起在燃料电池全生命周期内进行高效的电能分配调度的方式，大大提高对燃料电池电能利用的效率。同时，对燃料电池的工作状态进行实时监控，以调整燃料电池实现燃料电池电能的实时高效利用，一定程度上优化了燃料电池堆的电能分配调度效率，提高了对燃料电池的电能的利用率，也充分满足电能分配调度的需求，节约资源。
第一方面，本申请实施例提供一种燃料电池的能量分配调度方法，包括确定燃料电池堆中燃料电池的类型，根据燃料电池类型采集每种类型的燃料电池的电压电流性能数据，根据每种类型的燃料电池的电压电流性能数据基于大数据分析确定每种类型的燃料电池的电压电流性能数据，进而获取燃料电池堆中每个燃料电池的电压电流性能数据，并采集每个燃料电池的实际工作状态，获取每个燃料电池的燃料电池实际工作状态数据；根据每个燃料电池的电压电流性能数据，并结合每个燃料电池的燃料电池实际工作状态数据，建立燃料电池堆的分配调度模型；根据燃料电池堆的分配调度模型对每个燃料电池进行能量调度分配，并对每个燃料电池进行实时工作状态监控，形成燃料电池实时状态监控数据；根据每个燃料电池的燃料电池实时状态监控数据对燃料电池堆的能量调度分配进行调整。
在本申请实施例中，该方法通过获取燃料电池堆中所有燃料电池的电压电流关系数据，并结合燃料电池当下所处的电能输出状态建立起在燃料电池全生命周期内进行高效的电能分配调度的方式，大大提高对燃料电池电能利用的效率。同时，对燃料电池的工作状态进行实时监控，以调整燃料电池实现燃料电池电能的实时高效利用，一定程度上优化了燃料电池堆的电能分配调度效率，提高了对燃料电池的电能的利用率，也充分满足电能分配调度的需求，节约资源。
作为一种可能的实现方式，获取燃料电池堆中每个燃料电池的电压电流性能数据，并采集每个燃料电池的实际工作状态，获取每个燃料电池的燃料电池实际工作状态数据，包括：根据燃料电池堆中各燃料电池的电压电流性能数据，对每个燃料电池的电压状态进行划分，并确定划分的边界值，形成每个燃料电池的调度电压划分数据；根据燃料电池实际工作状态数据，并结合调度电压划分数据对各燃料电池进行实际电压状态确认，形成实际电压状态确认数据。
在本申请实施例中，可以理解，燃料电池在使用寿命周期内，其电压和电流的变化是具有稳定的变化状态的。利用这种全寿命周期下的电流电压关系状态，基于输出电压稳定的考虑来建立对燃料电池堆中燃料电池的分类划分，一方面是对燃料电池在供电状态上进行分类划分，优化了电能输出的方式，能够满足更多不同的电压输出需求，也能实现对燃料电池的合理高效管理，同时还能够对燃料电池在使用的全寿命周期内进行高效的能量提取。另一方面，通过基于电压稳定性的划分，可以针对燃料电池所处的不同电压状态进行有针对性的维护以及电能输出的有效处理，在提高电能利用率的同时也能进一步延长燃料电池的使用周期，一定程度上节约能源。
作为一种可能的实现方式，根据燃料电池堆中各燃料电池的电压电流性能数据，对每个燃料电池的电压状态进行划分，并确定划分的边界值，形成每个燃料电池的调度电压划分数据，包括：获取每个燃料电池在寿命周期内的电流与电压关系数据，建立每个燃料电池的电流电压曲线图；以电流密度为参考，设定划分参考步长Jstep；以参考步长为基础，以时间顺序为步长增长方向，逐次确定参考步长下取得的电流密度值Jk，其中，k为步长增长的次数，且k为非零自然数，并根据电流电压曲线图确定电流密度值对应的电压值Vk；根据采集的电流密度值Jk和对应的电压值Vk，进行电压状态边界值的确定，并划分出不同的电压状态。
在本申请实施例中，针对燃料电池输出电压的变化所建立的电压状态划分方式，重要的就是如何进行划分以及划分的节点。对于能够获取到电流电压曲线图来说，由于电流电压曲线图的数据是经原始数据有效处理后形成的，所以根据电流电压曲线图能够更加明了的确定出燃料电池的电压状态变化情况，进而确定出有效且符合实际的划分方式。本方案提供一种划分电压状态的方式，通过建立单位步长来获取电流与电压的有效参考数值，进而利用这些参考数值进行状态边界点的确认。这样的处理方式由于有电压电流曲线图作为数据分析的基础，能够大大减少电压状态划分分析的工作量，提高电压状态划分的效率。
作为一种可能的实现方式，根据采集的电流密度值和对应的电压值，进行电压状态边界值的确定，并划分出不同的电压状态，包括：集合获取到的电流密度值Jk，形成电流密度集A={J1，J2，…，Jn}，其中n表示在燃料电池的寿命周期内所能取得的参考步长Jstep的次数；集合获取到的电流密度值Jk对应的电压值Vk，形成电压集B={V1，V2，…，Vn}；根据电流密度集A和电压集B，依次取得每个参考步长下相邻数据的电压变化率Rk，形成电压变化率集C0={R1，R2，…，Rn}，其中：；获取电压变化率集中的位于中心的电压变化率Rhalf，并根据电压变化率R，将电压变化率集C0分为前电压变化率集C1和后电压变化率集C2，其中：C1={R1，R2，…，Rhalf}，C2={Rhalf，Rhalf+1，…，Rn}，若n为偶数，则Rhalf=Rn/2，若n为奇数，则；在前电压变化率集C1中，以Rhalf为参考依次作差Rx-Rhalf，其中x∈[1，half]，并确定出在参考步长顺序下的第一个零数对应的相邻电压值，将参考步长顺序下的前一个电压值作为第一电压状态边界值Vx；在后电压变化率集C2中，以Rhalf为参考依次作差Ry-Rhalf，其中y∈[half，n]，并确定出在参考步长顺序下的第一个零数对应的相邻电压值，将参考步长顺序下的后一个电压值作为第二电压状态边界值Vy；将电压值小于第一电压状态边界值的电压状态确定为燃料电池的活化电压状态；将电压值处于第一电压状态边界值和第二电压状态边界值之间的电压状态确定为燃料电池的欧姆电压状态；将电压值大于第二电压状态边界值的电压状态确定为燃料电池的传输电压状态。
在本申请实施例中，提供一种确认电压状态划分边界值和进行电压状态划分的方法。根据从电流电压曲线图中获取到的电压和对应的电流数据，取得在电流电压曲线图下的电压变化率的数据。通常在根据变化率确定节点时都会采用求导或者基于大数据设置阈值进行判断的方式。由于本方案的电压变化率数据是在电流电压曲线图上进行的数据提取，所以本方案采用取中间数进行对比判断的方式，一方面相对常规方式更加简单方便，另一方面也能根据燃料电池在使用周期内的电压变化规律快速确定出电压状态划分节点。
作为一种可能的实现方式，根据燃料电池实际工作状态数据，并结合调度电压划分数据对各燃料电池进行实际电压状态确认，形成实际电压状态确认数据，包括：获取燃料电池堆中所有燃料电池的实际输出电压值，并将实际输出电压值处于第一电压状态边界值和第二电压状态边界值进行对比，确定燃料电池堆中所有燃料电池的实际电压状态。
在本申请实施例中，这里，使用实际输出电压值进行比较，能准确的确定燃料电池处于使用周期内的具体电压状态，进而根据情况更加准确的对燃料电池进行划分分组，为后续高效的进行能源分配调动奠定基础。需要说明的是，对于处于活化电压状态的燃料电池是刚并入到燃料电池堆的新燃料电池，对于处于欧姆电压状态的燃料电池是已经进入到稳定输出阶段的燃料电池，对于处于传输电压状态的燃料电池是使用接近尾声的燃料电池，其电性能逐渐下降。
作为一种可能的实现方式，根据每个燃料电池的电压电流性能数据，并结合每个燃料电池的燃料电池实际工作状态数据，建立燃料电池堆的分配调度模型，包括：将燃料电池堆中处于欧姆电压状态的燃料电池串联形成稳压输出调度组；将燃料电池堆中处于活化电压状态和传输电压状态的燃料电池有效串联形成变压稳压调度组。
在本申请实施例中，由于处于欧姆电压状态的燃料电池具有稳定的电压输出性能，将其串联起来形成稳压输出调度组，其输出电压可以不经过繁琐的稳压操作而快速的向用电需求对象输出能量，一定程度上降低了电能转化和稳压处理的消耗，节约资源的同时也充分满足分配调度的需求。当然，需要说明的是，进行稳压输出调度组的划分并非一个燃料电池堆中只具有一个，而是可以有多个，这样可以形成梯度行的电压电能，充分满足不同电压电能的需求。而对于处于活化电压状态和传输电压状态的燃料电池，在这种状态下其输出电压变化较大，将其进行串联并变压处理，能够对这种状态下的燃料电池进行合理的利用，提高对燃料电池电能的利用率，节约资源。当然，对于变压稳压调度组的电压电能，其变压调整可以是利用调压装置进行调压，也可以通过其他的电池进行辅助补压。
作为一种可能的实现方式，根据每个燃料电池的燃料电池实时状态监控数据对燃料电池堆的能量调度分配进行调整，包括：设定第一交叉偏离参数α，获取燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合第一电压状态边界值Vx，对燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整；设定第二交叉偏离参数β，获取燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合第二电压状态边界值Vy，对燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整。
在本申请实施例中，建立好合理的能量调度分配形式后，考虑燃料电池的使用和电压电能输出是一个动态的过程，燃料电池的电压状态发生变化也会影响已经建立的分配模型。所以对燃料电池进行实时的状态数据监控，以根据监控数据合理的对燃料电池的使用进行动态调整，进一步提高了对于燃料电池电能的利用率，同时也避免燃料电池的电压状态变化对不同分配调度组的运行影响。这里设置一个偏离参数，是考虑燃料电池的性能会随着时间和使用发生变化，预留一个偏离参数作为调整的参考数据一方面尽可能的消除掉燃料电池性能变化造成的判断失效的情况，另一方面也是为燃料电池变换电压状态后进行分配调度组的重新划分提供一个缓冲，避免燃料电池更换分配调度组后对输出产生影响。
作为一种可能的实现方式，设定第一交叉偏离参数α，获取燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合第一电压状态边界值Vx，对燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整，包括：当实时输出电压值Vtime到达第一电压状态边界值Vx时，向燃料电池堆引入新的燃料电池，并串联在变压稳压调度组中；对燃料电池的实时输出电压值Vtime继续进行监控，当实时输出电压值Vtime满足下式时，将燃料电池从变压稳压调度组中隔离出并入到稳压输出调度组中：Vtime=Vx+α。
在本申请实施例中，活化电压状态与欧姆电压状态的跨状态判断考虑第一电压状态边界值时第一时间发生变化的节点，这个时候燃料电池已经开始进入到欧姆电压状态，其输出电压不属于变压稳压调度组的形式，相当于现在的变压稳压调度组缺少了一个合适的燃料电池，所以在达到第一电压状态边界值时就需要新补充燃料电池以满足变压稳压调度组的输出需求。另一方面，由于燃料电池个体存在一定的差异性，达到第一电压状态边界值时不一定所有的燃料电池都是已经进入欧姆电压状态，所以给定一个偏离参数作为消除个体误差的容限。
作为一种可能的实现方式，设定第二交叉偏离参数β，获取燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合第二电压状态边界值Vy，对燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整，包括：当实时输出电压值Vtime到达Vy-β所确定的电压值时，从变压稳压调度组中引入刚划分为欧姆电压状态的燃料电池；对燃料电池的实时输出电压值Vtime继续进行监控，当实时输出电压值满足：Vtime=Vy时，将燃料电池从稳压输出调度组中隔离出并入到变压稳压调度组中。
在本申请实施例中，同样理解，由于存在燃料电池的个体差异，有可能某些燃料电池在第二电压状态边界值之前就已经进入到传输电压状态，所以给定一个偏离参数来进行容限处理。并且这个节点也就需要引入新的燃料电池来为稳压输出调度组进行补充。并在达到第二电压状态边界值时将燃料电池引入到变压稳压调度组中去。
作为一种可能的实现方式，在能量分配调度的调整中，若存在稳压输出调度组中的燃料电池数量饱和，则建立新的稳压输出调度组。
在本申请实施例中，可以理解，燃料电池堆中经过组别划分后，可以有多个稳压输出调度组以及比变压稳压调度组，考虑燃料电池处于欧姆电压状态的时间较长，所以稳压输出调度组的数量较多，可以根据电压电能的需求来设立不同的稳压输出调度组以满足不同的电压电能需求，进一步扩大了燃料电池堆的输出电压电能种类，提高了其功能的适用性。
本实施例提供的一种燃料电池的能量分配调度方法的有益效果有：
该方法通过获取燃料电池堆中所有燃料电池的电压电流关系数据，并结合燃料电池当下所处的电能输出状态建立起在燃料电池全生命周期内进行高效的电能分配调度的方式，大大提高对燃料电池电能利用的效率。同时，对燃料电池的工作状态进行实时监控，以调整燃料电池实现燃料电池电能的实时高效利用，一定程度上优化了燃料电池堆的电能分配调度效率，提高了对燃料电池的电能的利用率，也充分满足电能分配调度的需求，节约资源。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的燃料电池的能量分配调度方法的步骤图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
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发电装置，它没有机械传动部件，无有害气体排放，续航时间长，成为当下新能源研究的重要方向。通常人们会将燃料电池串联起来使用，形成燃料电池堆，以保证具有足够的电压输出。在燃料电池的整个使用寿命周期内，其提供的电压具有一定的波动性，目前针对燃料电池提供稳定的电压输出以方便进行能源的分配和调度已有相关研究，主要是进行稳压和对燃料电池的设计进行优化，并没有从电能的分配调度上进行调整。无论是采用稳压设计还是对燃料电池的设计进行优化，始终脱不开燃料电池的电压使用变化，如果只截用燃料电池稳定工作期间的输出电能，则不能够实现对燃料电池电能的高效利用。
参考图1，本申请实施例提供一种燃料电池的能量分配调度方法。该方法通过获取燃料电池堆中所有燃料电池的电压电流关系数据，并结合燃料电池当下所处的电能输出状态建立起在燃料电池全生命周期内进行高效的电能分配调度的方式，大大提高对燃料电池电能利用的效率。同时，对燃料电池的工作状态进行实时监控，以调整燃料电池实现燃料电池电能的实时高效利用，一定程度上优化了燃料电池堆的电能分配调度效率，提高了对燃料电池的电能的利用率，也充分满足电能分配调度的需求，节约资源。
燃料电池的能量分配调度方法包括以下主要步骤：
S1：确定燃料电池堆中燃料电池的类型，根据燃料电池类型采集每种类型的燃料电池的电压电流性能数据，根据每种类型的燃料电池的电压电流性能数据基于大数据分析确定每种类型的燃料电池的电压电流性能数据，进而获取燃料电池堆中每个燃料电池的电压电流性能数据，并采集每个燃料电池的实际工作状态，获取每个燃料电池的燃料电池实际工作状态数据。
获取燃料电池堆中每个燃料电池的电压电流性能数据，并采集每个燃料电池的实际工作状态，获取每个燃料电池的燃料电池实际工作状态数据，包括：根据燃料电池堆中各燃料电池的电压电流性能数据，对每个燃料电池的电压状态进行划分，并确定划分的边界值，形成每个燃料电池的调度电压划分数据；根据燃料电池实际工作状态数据，并结合调度电压划分数据对各燃料电池进行实际电压状态确认，形成实际电压状态确认数据。
可以理解，燃料电池在使用寿命周期内，其电压和电流的变化是具有稳定的变化状态的。利用这种全寿命周期下的电流电压关系状态，基于输出电压稳定的考虑来建立对燃料电池堆中燃料电池的分类划分，一方面是对燃料电池在供电状态上进行分类划分，优化了电能输出的方式，能够满足更多不同的电压输出需求，也能实现对燃料电池的合理高效管理，同时还能够对燃料电池在使用的全寿命周期内进行高效的能量提取。另一方面，通过基于电压稳定性的划分，可以针对燃料电池所处的不同电压状态进行有针对性的维护以及电能输出的有效处理，在提高电能利用率的同时也能进一步延长燃料电池的使用周期，一定程度上节约能源。
其中，根据燃料电池堆中各燃料电池的电压电流性能数据，对每个燃料电池的电压状态进行划分，并确定划分的边界值，形成每个燃料电池的调度电压划分数据，包括：获取每个燃料电池在寿命周期内的电流与电压关系数据，建立每个燃料电池的电流电压曲线图；以电流密度为参考，设定划分参考步长Jstep；以参考步长为基础，以时间顺序为步长增长方向，逐次确定参考步长下取得的电流密度值Jk，其中，k为步长增长的次数，且k为非零自然数，并根据电流电压曲线图确定电流密度值对应的电压值Vk；根据采集的电流密度值Jk和对应的电压值Vk，进行电压状态边界值的确定，并划分出不同的电压状态。
针对燃料电池输出电压的变化所建立的电压状态划分方式，重要的就是如何进行划分以及划分的节点。对于能够获取到电流电压曲线图来说，由于电流电压曲线图的数据是经原始数据有效处理后形成的，所以根据电流电压曲线图能够更加明了的确定出燃料电池的电压状态变化情况，进而确定出有效且符合实际的划分方式。本方案提供一种划分电压状态的方式，通过建立单位步长来获取电流与电压的有效参考数值，进而利用这些参考数值进行状态边界点的确认。这样的处理方式由于有电压电流曲线图作为数据分析的基础，能够大大减少电压状态划分分析的工作量，提高电压状态划分的效率。
根据采集的电流密度值和对应的电压值，进行电压状态边界值的确定，并划分出不同的电压状态，包括：集合获取到的电流密度值Jk，形成电流密度集A={J1，J2，…，Jn}，其中n表示在燃料电池的寿命周期内所能取得的参考步长Jstep的次数；集合获取到的电流密度值Jk对应的电压值Vk，形成电压集B={V1，V2，…，Vn}；根据电流密度集A和电压集B，依次取得每个参考步长下相邻数据的电压变化率Rk，形成电压变化率集C0={R1，R2，…，Rn}，其中：；获取电压变化率集中的位于中心的电压变化率Rhalf，并根据电压变化率R，将电压变化率集C0分为前电压变化率集C1和后电压变化率集C2，其中：C1={R1，R2，…，Rhalf}，C2={Rhalf，Rhalf+1，…，Rn}，若n为偶数，则Rhalf=Rn/2，若n为奇数，则/>；在前电压变化率集C1中，以Rhalf为参考依次作差Rx-Rhalf，其中x∈[1，half]，并确定出在参考步长顺序下的第一个零数对应的相邻电压值，将参考步长顺序下的前一个电压值作为第一电压状态边界值Vx；在后电压变化率集C2中，以Rhalf为参考依次作差Ry-Rhalf，其中y∈[half，n]，并确定出在参考步长顺序下的第一个零数对应的相邻电压值，将参考步长顺序下的后一个电压值作为第二电压状态边界值Vy；将电压值小于第一电压状态边界值的电压状态确定为燃料电池的活化电压状态；将电压值处于第一电压状态边界值和第二电压状态边界值之间的电压状态确定为燃料电池的欧姆电压状态；将电压值大于第二电压状态边界值的电压状态确定为燃料电池的传输电压状态。
根据从电流电压曲线图中获取到的电压和对应的电流数据，取得在电流电压曲线图下的电压变化率的数据。通常在根据变化率确定节点时都会采用求导或者基于大数据设置阈值进行判断的方式。由于本方案的电压变化率数据是在电流电压曲线图上进行的数据提取，所以本方案采用取中间数进行对比判断的方式，一方面相对常规方式更加简单方便，另一方面也能根据燃料电池在使用周期内的电压变化规律快速确定出电压状态划分节点。
另外，根据燃料电池实际工作状态数据，并结合调度电压划分数据对各燃料电池进行实际电压状态确认，形成实际电压状态确认数据，包括：获取燃料电池堆中所有燃料电池的实际输出电压值，并将实际输出电压值处于第一电压状态边界值和第二电压状态边界值进行对比，确定燃料电池堆中所有燃料电池的实际电压状态。
这里，使用实际输出电压值进行比较，能准确的确定燃料电池处于使用周期内的具体电压状态，进而根据情况更加准确的对燃料电池进行划分分组，为后续高效的进行能源分配调动奠定基础。需要说明的是，对于处于活化电压状态的燃料电池是刚并入到燃料电池堆的新燃料电池，对于处于欧姆电压状态的燃料电池是已经进入到稳定输出阶段的燃料电池，对于处于传输电压状态的燃料电池是使用接近尾声的燃料电池，其电性能逐渐下降。
S2：根据每个燃料电池的电压电流性能数据，并结合每个燃料电池的燃料电池实际工作状态数据，建立燃料电池堆的分配调度模型。
根据每个燃料电池的电压电流性能数据，并结合每个燃料电池的燃料电池实际工作状态数据，建立燃料电池堆的分配调度模型，包括：将燃料电池堆中处于欧姆电压状态的燃料电池串联形成稳压输出调度组；将燃料电池堆中处于活化电压状态和传输电压状态的燃料电池有效串联形成变压稳压调度组。
由于处于欧姆电压状态的燃料电池具有稳定的电压输出性能，将其串联起来形成稳压输出调度组，其输出电压可以不经过繁琐的稳压操作而快速的向用电需求对象输出能量，一定程度上降低了电能转化和稳压处理的消耗，节约资源的同时也充分满足分配调度的需求。当然，需要说明的是，进行稳压输出调度组的划分并非一个燃料电池堆中只具有一个，而是可以有多个，这样可以形成梯度行的电压电能，充分满足不同电压电能的需求。而对于处于活化电压状态和传输电压状态的燃料电池，在这种状态下其输出电压变化较大，将其进行串联并变压处理，能够对这种状态下的燃料电池进行合理的利用，提高对燃料电池电能的利用率，节约资源。当然，对于变压稳压调度组的电压电能，其变压调整可以是利用调压装置进行调压，也可以通过其他的电池进行辅助补压。
S3：根据燃料电池堆的分配调度模型对每个燃料电池进行能量调度分配，并对每个燃料电池进行实时工作状态监控，形成燃料电池实时状态监控数据。
该步骤主要是实施分配调度模型，并在完成分配后对燃料电池的状态进行监控，以为后续进行调整提供数据。
S4：根据每个燃料电池的燃料电池实时状态监控数据对燃料电池堆的能量调度分配进行调整。
该步骤需要根据燃料电池的电流电压关系建立两个调整方式：
根据每个燃料电池的燃料电池实时状态监控数据对燃料电池堆的能量调度分配进行调整，包括：设定第一交叉偏离参数α，获取燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合第一电压状态边界值Vx，对燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整；设定第二交叉偏离参数β，获取燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合第二电压状态边界值Vy，对燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整。
建立好合理的能量调度分配形式后，考虑燃料电池的使用和电压电能输出是一个动态的过程，燃料电池的电压状态发生变化也会影响已经建立的分配模型。所以对燃料电池进行实时的状态数据监控，以根据监控数据合理的对燃料电池的使用进行动态调整，进一步提高了对于燃料电池电能的利用率，同时也避免燃料电池的电压状态变化对不同分配调度组的运行影响。这里设置一个偏离参数，是考虑燃料电池的性能会随着时间和使用发生变化，预留一个偏离参数作为调整的参考数据一方面尽可能的消除掉燃料电池性能变化造成的判断失效的情况，另一方面也是为燃料电池变换电压状态后进行分配调度组的重新划分提供一个缓冲，避免燃料电池更换分配调度组后对输出产生影响。
其中，设定第一交叉偏离参数α，获取燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合第一电压状态边界值Vx，对燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整，包括：当实时输出电压值Vtime到达第一电压状态边界值Vx时，向燃料电池堆引入新的燃料电池，并串联在变压稳压调度组中；对燃料电池的实时输出电压值Vtime继续进行监控，当实时输出电压值Vtime满足下式时，将燃料电池从变压稳压调度组中隔离出并入到稳压输出调度组中：Vtime=Vx+α。
活化电压状态与欧姆电压状态的跨状态判断考虑第一电压状态边界值时第一时间发生变化的节点，这个时候燃料电池已经开始进入到欧姆电压状态，其输出电压不属于变压稳压调度组的形式，相当于现在的变压稳压调度组缺少了一个合适的燃料电池，所以在达到第一电压状态边界值时就需要新补充燃料电池以满足变压稳压调度组的输出需求。另一方面，由于燃料电池个体存在一定的差异性，达到第一电压状态边界值时不一定所有的燃料电池都是已经进入欧姆电压状态，所以给定一个偏离参数作为消除个体误差的容限。
另外，设定第二交叉偏离参数β，获取燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合第二电压状态边界值Vy，对燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整，包括：当实时输出电压值Vtime到达Vy-β所确定的电压值时，从变压稳压调度组中引入刚划分为欧姆电压状态的燃料电池；对燃料电池的实时输出电压值Vtime继续进行监控，当实时输出电压值满足：Vtime=Vy时，将燃料电池从稳压输出调度组中隔离出并入到变压稳压调度组中。
同样理解，由于存在燃料电池的个体差异，有可能某些燃料电池在第二电压状态边界值之前就已经进入到传输电压状态，所以给定一个偏离参数来进行容限处理。并且这个节点也就需要引入新的燃料电池来为稳压输出调度组进行补充。并在达到第二电压状态边界值时将燃料电池引入到变压稳压调度组中去。
可以理解，在能量分配调度的调整中，若存在稳压输出调度组中的燃料电池数量饱和，则建立新的稳压输出调度组。燃料电池堆中经过组别划分后，可以有多个稳压输出调度组以及比变压稳压调度组，考虑燃料电池处于欧姆电压状态的时间较长，所以稳压输出调度组的数量较多，可以根据电压电能的需求来设立不同的稳压输出调度组以满足不同的电压电能需求，进一步扩大了燃料电池堆的输出电压电能种类，提高了其功能的适用性。
综上所述，本申请实施例提供的燃料电池的能量分配调度方法的有益效果有：
该方法通过获取燃料电池堆中所有燃料电池的电压电流关系数据，并结合燃料电池当下所处的电能输出状态建立起在燃料电池全生命周期内进行高效的电能分配调度的方式，大大提高对燃料电池电能利用的效率。同时，对燃料电池的工作状态进行实时监控，以调整燃料电池实现燃料电池电能的实时高效利用，一定程度上优化了燃料电池堆的电能分配调度效率，提高了对燃料电池的电能的利用率，也充分满足电能分配调度的需求，节约资源。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a,b,或c中的至少一项（个），可以表示：a, b, c, a-b, a-c, b-c, 或a-b-c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（read-only memory，ROM）、随机存取存储器（random access memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种燃料电池的能量分配调度方法，其特征在于，包括：
确定燃料电池堆中燃料电池的类型，根据燃料电池类型采集每种类型的燃料电池的电压电流性能数据，根据每种类型的燃料电池的电压电流性能数据基于大数据分析确定每种类型的燃料电池的电压电流性能数据，进而获取所述燃料电池堆中每个燃料电池的电压电流性能数据，并采集每个所述燃料电池的实际工作状态，获取每个所述燃料电池的燃料电池实际工作状态数据；
根据每个所述燃料电池的所述电压电流性能数据，并结合每个所述燃料电池的所述燃料电池实际工作状态数据，建立燃料电池堆的分配调度模型；
根据燃料电池堆的所述分配调度模型对每个所述燃料电池进行能量调度分配，并对每个所述燃料电池进行实时工作状态监控，形成燃料电池实时状态监控数据；
根据每个所述燃料电池的所述燃料电池实时状态监控数据对所述燃料电池堆的能量调度分配进行调整；
其中，获取所述燃料电池堆中每个燃料电池的电压电流性能数据，并采集每个所述燃料电池的实际工作状态，获取每个所述燃料电池的燃料电池实际工作状态数据，包括：
根据燃料电池堆中各燃料电池的电压电流性能数据，对每个所述燃料电池的电压状态进行划分，并确定划分的边界值，形成每个所述燃料电池的调度电压划分数据：获取每个所述燃料电池在寿命周期内的电流与电压关系数据，建立每个所述燃料电池的电流电压曲线图；以电流密度为参考，设定划分参考步长Jstep；以所述参考步长为基础，以时间顺序为步长增长方向，逐次确定所述参考步长下取得的电流密度值Jk，其中，k为步长增长的次数，且k为非零自然数，并根据所述电流电压曲线图确定所述电流密度值对应的电压值Vk；根据采集的电流密度值Jk和对应的电压值Vk，进行电压状态边界值的确定，并划分出活化电压状态、欧姆电压状态以及传输电压状态；
根据所述燃料电池实际工作状态数据，并结合所述调度电压划分数据对各燃料电池进行实际电压状态确认，形成实际电压状态确认数据：获取燃料电池堆中所有所述燃料电池的实际输出电压值，并将所述实际输出电压值处于所述电压状态边界值进行对比，确定燃料电池堆中所有所述燃料电池的实际电压状态；
根据每个所述燃料电池的所述电压电流性能数据，并结合每个所述燃料电池的所述燃料电池实际工作状态数据，建立燃料电池堆的分配调度模型，包括：
将燃料电池堆中处于所述欧姆电压状态的所述燃料电池串联形成稳压输出调度组；将燃料电池堆中处于所述活化电压状态和所述传输电压状态的所述燃料电池有效串联形成变压稳压调度组。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的能量分配调度方法，其特征在于，所述根据采集的电流密度值和对应的电压值，进行电压状态边界值的确定，并划分出活化电压状态、欧姆电压状态以及传输电压状态，包括：
集合获取到的电流密度值Jk，形成电流密度集A={J1，J2，…，Jn}，其中n表示在所述燃料电池的寿命周期内所能取得的所述参考步长Jstep的次数；
集合获取到的电流密度值Jk对应的电压值Vk，形成电压集B={V1，V2，…，Vn}；
根据所述电流密度集A和所述电压集B，依次取得每个所述参考步长下相邻数据的电压变化率Rk，形成电压变化率集C0={R1，R2，…，Rn}，其中：；
获取所述电压变化率集中的位于中心的所述电压变化率Rhalf，并根据所述电压变化率R，将所述电压变化率集C0分为前电压变化率集C1和后电压变化率集C2，其中：
C1={R1，R2，…，Rhalf}，C2={Rhalf，Rhalf+1，…，Rn}，
若n为偶数，则Rhalf=Rn/2，若n为奇数，则；
在所述前电压变化率集C1中，以Rhalf为参考依次作差Rx-Rhalf，其中x∈[1，half]，并确定出在所述参考步长顺序下的第一个零数对应的相邻电压值，将所述参考步长顺序下的前一个所述电压值作为第一电压状态边界值Vx；
在所述后电压变化率集C2中，以Rhalf为参考依次作差Ry-Rhalf，其中y∈[half，n]，并确定出在所述参考步长顺序下的第一个零数对应的相邻电压值，将所述参考步长顺序下的后一个所述电压值作为第二电压状态边界值Vy；
将所述电压值小于所述第一电压状态边界值的电压状态确定为燃料电池的活化电压状态；
将所述电压值处于所述第一电压状态边界值和所述第二电压状态边界值之间的电压状态确定为燃料电池的欧姆电压状态；
将所述电压值大于所述第二电压状态边界值的电压状态确定为燃料电池的传输电压状态。
3.根据权利要求2所述的燃料电池的能量分配调度方法，其特征在于，所述根据每个所述燃料电池的所述燃料电池实时状态监控数据对所述燃料电池堆的能量调度分配进行调整，包括：
设定第一交叉偏离参数α，获取所述燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合所述第一电压状态边界值Vx，对所述燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整；
设定第二交叉偏离参数β，获取所述燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合所述第二电压状态边界值Vy，对所述燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整。
4.根据权利要求3所述的燃料电池的能量分配调度方法，其特征在于，所述设定第一交叉偏离参数α，获取所述燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合所述第一电压状态边界值Vx，对所述燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整，包括：
当所述实时输出电压值Vtime到达所述第一电压状态边界值Vx时，向燃料电池堆引入新的燃料电池，并串联在所述变压稳压调度组中；
对燃料电池的所述实时输出电压值Vtime继续进行监控，当所述实时输出电压值Vtime满足下式时，将所述燃料电池从所述变压稳压调度组中隔离出并入到所述稳压输出调度组中：
Vtime=Vx+α。
5.根据权利要求3所述的燃料电池的能量分配调度方法，其特征在于，所述设定第二交叉偏离参数β，获取所述燃料电池的实时输出电压值Vtime，并结合所述第二电压状态边界值Vy，对所述燃料电池进行跨状态判断，并根据跨状态判断结果进行能量调度分配的调整，包括：
当所述实时输出电压值Vtime到达Vy-β所确定的电压值时，从所述变压稳压调度组中引入刚划分为所述欧姆电压状态的燃料电池；
对燃料电池的所述实时输出电压值Vtime继续进行监控，当所述实时输出电压值满足：Vtime=Vy时，将所述燃料电池从所述稳压输出调度组中隔离出并入到所述变压稳压调度组中。
6.根据权利要求4或5所述的燃料电池的能量分配调度方法，其特征在于，在能量分配调度的调整中，若存在所述稳压输出调度组中的燃料电池数量饱和，则建立新的稳压输出调度组。
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