本申請涉及能量管理,特別是涉及一種混合動力系統的能量管理、裝置、設備及介質。
背景技術:
1、隨著新能源技術的不斷發展,燃料電池作為一種通過電化學反應將氫能直接轉化為電能的高效能源轉換裝置,憑借其具有高能量密度、零污染排放和快速響應的優點,已經應用于各個不同的領域的新能源動力系統中,例如軌道交通、汽車、船舶等。然而,在大功率工況下,單堆燃料電池系統受限于額定功率與散熱能力,長期運行過程中極易出現性能退化與壽命衰減問題,難以適配大功率、變負載工況需求,多模塊燃料電池與儲能電池組合形成的多模塊燃料電池系統混合動力架構應運而生,通過模塊間功率互補與能量回收,顯著提升系統綜合運行性能,其核心在于高效的能量管理策略。在混合動力系統的應用過程中,為了提升燃油經濟性、降低排放、延長電池壽命并優化整車性能,對混合動力系統進行能量管理的研究顯得尤為重要。
2、目前,相關技術中是以燃料電池效率或氫耗最小化為優化目標進行能量管理,但是該方案較為單一片面,在長期運行中無法有效避免高衰減工況的累積效應,使得系統耐久性下降且運行成本增加,并且缺乏對衰減規律的定量建模與經濟性評估機制,無法在能量效率與壽命衰減之間實現動態平衡。
技術實現思路
1、本申請的目的是提供一種混合動力系統的能量管理方法、裝置、設備及介質,以解決如何在能量效率與壽命衰減之間實現動態平衡的同時,降低衰減的累積效應和運行成本的技術問題。
2、為實現上述目的,本申請提供了如下方案:
3、第一方面,本申請提供了一種混合動力系統的能量管理方法,包括:
4、建立兩級能量管理架構;第一級能量管理架構用于配置混合動力系統中儲能電池與多模塊燃料電池系統之間的能量分配邏輯;第二級能量管理架構用于配置多個燃料電池間的功率分配與健康狀態約束機制;
5、基于所述第一級能量管理架構,對混合動力系統的功率請求信號進行頻率分解,得到低頻功率分量與高頻功率分量;
6、基于所述第二級能量管理架構,獲取所述多模塊燃料電池系統中各個燃料電池的運行工況參數與健康狀態信息;
7、根據所述運行工況參數和健康狀態信息,通過預設神經網絡模型對所述燃料電池的壽命衰減進行預測,得到基準電壓衰減率,并構建包含氫耗成本與衰減成本的廣義經濟性指標函數;
8、根據所述廣義經濟性指標函數與所述健康狀態信息,對所述低頻功率分量進行功率分配,得到廣義經濟成本最低的功率分配方案;
9、控制所述儲能電池按照高頻功率分量運行,并控制各個燃料電池按照所述功率分配方案運行,以實現各個所述燃料電池在衰減進程的均衡。
10、第二方面,本申請提供了一種混合動力系統的能量管理裝置,該裝置包括:
11、架構建立模塊,用于建立兩級能量管理架構;第一級能量管理架構用于配置混合動力系統中儲能電池與多個燃料電池之間的能量分配邏輯;第二級能量管理架構用于配置多個燃料電池間的功率分配與健康狀態約束機制;
12、信號分解模塊,用于基于所述第一級能量管理架構,對混合動力系統的功率請求信號進行頻率分解,得到低頻功率分量與高頻功率分量;
13、狀態獲取模塊,用于基于所述第二級能量管理架構,獲取混合動力系統中各個燃料模塊的運行工況參數與健康狀態信息;
14、衰減預測模塊,用于基于所述運行工況參數和健康狀態信息,通過預設神經網絡模型對所述燃料電池的壽命衰減進行預測,得到基準電壓衰減率,并構建包含氫耗成本與衰減成本的廣義經濟性指標函數;
15、分配優化模塊,用于根據所述廣義經濟性指標函數與所述健康狀態信息,對所述低頻功率分量進行功率分配,得到廣義經濟成本最低的功率分配方案;
16、運行控制模塊,用于控制儲能電池按照高頻功率分量運行,并控制各個燃料電池按照所述功率分配方案運行,以實現各個所述燃料電池在衰減進程的均衡。
17、第三方面,本申請提供了一種計算機設備,包括:存儲器、處理器以存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序,所述處理器執行所述計算機程序以實現上述中任一項所述的混合動力系統的能量管理方法的步驟。
18、第四方面,本申請提供了一種計算機可讀存儲介質,其上存儲有計算機程序,該計算機程序被處理器執行時,實現上述中任一項所述的混合動力系統的能量管理方法的步驟。
19、根據本申請提供的具體實施例,本申請公開了以下技術效果:
20、本申請提供了一種混合動力系統的能量管理方法、裝置、設備及介質,與現有技術相比,本方案中構建雙層級能量管理架構,通過第一層級明確儲能電池與多模塊燃料電池的功率分配邏輯,將高頻瞬態功率交由響應更快的儲能電池承擔,避免燃料電池頻繁應對負載波動而產生額外衰減,同時第二層級的健康狀態約束機制為多模塊功率分配提供了壽命保護的核心依據,從架構層面解決了傳統單一層級管理無法兼顧響應速度與壽命保護的問題;并且對功率請求信號進行頻率分解,精準地劃分出高頻與低頻功率分量,確保燃料電池僅承擔穩態的低頻功率需求,減少其運行工況的波動性,降低衰減誘因;通過獲取各燃料電池的運行工況參數與健康狀態信息,為后續壽命預測與成本建模提供了良好的數據支撐;將參數與健康信息輸入神經網絡預測基準電壓衰減率,并構建含氫耗成本與衰減成本的廣義經濟性指標函數,突破了相關技術僅以效率或氫耗為單一優化目標的局限,實現了能量效率與壽命衰減的量化權衡;進而基于廣義經濟性指標函數與健康狀態信息分配低頻功率分量,能夠在保障綜合成本最低的前提下,引導功率向健康狀態更優的燃料模塊傾斜,避免損耗型工況集中作用于單一模塊;控制儲能電池與各燃料電池按分配方案運行,最終實現各燃料電池衰減進程的均衡,有效降低衰減的累積效應,提升整個混合動力系統的整體耐久性的同時,也降低長期運行成本。
1.一種混合動力系統的能量管理方法,其特征在于,所述混合動力系統的能量管理方法包括:
2.根據權利要求1所述的混合動力系統的能量管理方法,其特征在于,基于所述第一級能量管理架構,對混合動力系統的功率請求信號進行頻率分解,得到低頻功率分量與高頻功率分量,包括:
3.根據權利要求1所述的混合動力系統的能量管理方法,其特征在于,基于所述第二級能量管理架構,獲取所述多模塊燃料電池系統中各個燃料電池的運行工況參數與健康狀態信息,包括:
4.根據權利要求1所述的混合動力系統的能量管理方法,其特征在于,所述神經網絡模型包括小波分解模塊、多個elman神經網絡與lstm神經網絡;
5.根據權利要求1所述的混合動力系統的能量管理方法,其特征在于,構建包含氫耗成本與衰減成本的廣義經濟性指標函數,包括:
6.根據權利要求1所述的混合動力系統的能量管理方法,其特征在于,根據所述廣義經濟性指標函數與所述健康狀態信息,對所述低頻功率分量進行功率分配,得到廣義經濟成本最低的功率分配方案,包括:
7.根據權利要求1所述的混合動力系統的能量管理方法,其特征在于,控制各個燃料電池按照所述功率分配方案運行,以實現各個所述燃料電池在衰減進程的均衡,包括:
8.一種混合動力系統的能量管理裝置,其特征在于,所述混合動力系統的能量管理裝置包括:
9.一種計算機設備,包括:存儲器、處理器以存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序,其特征在于,所述處理器執行所述計算機程序以實現權利要求1-7中任一項所述的混合動力系統的能量管理方法的步驟。
10.一種計算機可讀存儲介質,其上存儲有計算機程序,其特征在于,該計算機程序被處理器執行時,實現權利要求1-7中任一項所述的混合動力系統的能量管理方法的步驟。