一种燃料电池混合动力系统的参数匹配方法及装置与流程

本发明涉及能量管理，尤其涉及一种燃料电池混合动力系统的参数匹配方法及装置。

背景技术：

1、燃料电池是将氢能中的化学能直接转化为电能的发电装置，广泛应用于航空、工业和交通等领域，因其高效、清洁和成熟的技术优势。在轨道交通中，传统的接触网供电系统存在建设维护成本高的问题，而采用燃料电池混合动力系统可以有效避免这一问题。

2、在实际应用中，单体燃料电池由于功率不高、动态响应慢和输出特性软等缺陷，难以满足轨道交通车辆高功率和大能耗的需求。因此，需要采用多套燃料电池作为主动力源，并配备超级电容和锂电池作为辅助动力源的混合动力系统，从而有效提升燃料电池的功率等级。这种系统不仅能够在负载需求高时提供协助，还能在制动减速时回收再生制动能量，实现能量的有效管理。然而，现有的混合动力系统在设计中未考虑机车运行过程中负荷功率的分配，导致动力系统设计冗余过大，增加了装车设备和运维成本。

技术实现思路

1、本发明提供一种燃料电池混合动力系统的参数匹配方法及装置，用于保证搭载燃料电池的混合动力源结构最简、所配置的容量及功率最优。

2、第一方面，本发明提供了一种燃料电池混合动力系统的参数匹配方法，包括：

3、根据所获取轨道交通车辆的运营需求、目标线路条件及车辆基本参数，确定燃料电池混合动力系统的参数匹配联合可行域；

4、从所述参数匹配联合可行域中筛选出满足所述轨道交通车辆实际工况的备选参数组合，得到初步参数匹配离散备选方案集；

5、以所述车辆运行工况下的全寿命周期成本、服役时间和动力系统比功率，以及比能量为优化目标，搭建多目标优化函数；

6、采用群体智能优化算法，确定基于所述初步参数匹配离散备选方案集中参数组合，以所述多目标优化函数取最小值时的负荷分配为的最优分配结果；

7、遍历所述参数匹配初步备选方案集合中所有参数组合的所述最优分配结果，确定全局最优分配结果；所述全局最优分配结果对应的参数组合为最优参数组合。

8、可选地，根据所获取轨道交通车辆的运营需求、目标线路条件及车辆基本参数，确定燃料电池混合动力系统的参数匹配联合可行域，包括：

9、根据所述运营需求、所述目标线路条件及所述车辆基本参数，确定对应的车辆运行工况；

10、基于所述车辆运行工况，确定所述参数匹配联合可行域。

11、可选地，根据所述运营需求、所述目标线路条件及所述车辆基本参数，确定对应的车辆运行工况，包括：

12、基于所述车辆基本参数和所述目标线路条件，建立最优牵引特性曲线和最优制动特性曲线；

13、利用所述最优牵引特性曲线和所述最优制动特性曲线进行车辆牵引计算，得到所述车辆运行工况。

14、可选地，基于所述车辆运行工况，确定所述参数匹配联合可行域，包括：

15、基于所述车辆运行工况，以及预设的约束方程组，确定在所述约束方程组下的多个参数可行域；

16、对多个所述参数可行域进行交集操作，得到所述参数匹配联合可行域。

17、可选地，基于所述车辆运行工况，以及预设的约束方程组，确定在所述约束方程组下的多个参数可行域，包括：

18、取所述车辆运行工况中的需求功率最大值，以燃料电池的额定功率及储能设备中蓄电池与超级电容的平均功率为恒定值，所述蓄电池与所述超级电容的串并联总数为自变量，计算在第一约束方程下的第一参数可行域；

19、取所述车辆运行工况中的车辆加速和爬坡过程的储能容量，以储能设备的单体容量为固定值，所述串并联总数为自变量，计算在第二约束方程下的第二参数可行域；

20、取所述车辆运行工况中的动力系统可占用的最大质量和最大体积，以所述串并联总数及所述燃料电池数量为自变量，计算在第三约束方程下的第三参数可行域。

21、可选地，所述第一约束方程为：

22、

23、其中，pfc为燃料电池的额定输出功率，psc和pb分别为超级电容和蓄电池的平均输出功率，x1和x2分别为超级电容和蓄电池的数量，pt为车辆的需求牵引功率，ηe为电机效率，ηpwm为牵引逆变器效率，ηdc/dc为dc/dc变换器的效率；

24、所述约束方程二为：

25、

26、其中，esc和eb分别为超级电容和蓄电池的单体容量；

27、所述约束方程三：

28、mfc·sm_fc+x1·msc·sm_sc+x2·mb·sm_b≤mmax,

29、νfc·sv_fc+x1·νsc·sv_sc+x2·νb·sv_b≤νmax；

30、其中，sm_fc、sm_sc和sm_b分别为燃料电池、超级电容和蓄电池因辅助设备而额外附加的质量简化的附加质量系数，mfc、msc和mb分别为燃料电池、超级电容和蓄电池的单体质量，vfc、vsc和vb分别为燃料电池、超级电容和蓄电池的单体质量，mmax和vmax分别为容许动力系统占用的最大质量和最大体积。

31、第二方面，本发明提供了一种燃料电池混合动力系统的参数匹配装置，包括：

32、可行域确定模块，用于根据所获取轨道交通车辆的运营需求、目标线路条件及车辆基本参数，确定燃料电池混合动力系统的参数匹配联合可行域；

33、方案集确定模块，用于从所述参数匹配联合可行域中筛选出满足所述轨道交通车辆实际工况的备选参数组合，得到初步参数匹配离散备选方案集；

34、搭建模块，用于以所述车辆运行工况下的全寿命周期成本、服役时间和动力系统比功率，以及比能量为优化目标，搭建多目标优化函数；

35、最优分配结果确定模块，用于采用群体智能优化算法，确定基于所述初步参数匹配离散备选方案集中参数组合，以所述多目标优化函数取最小值时的负荷分配为的最优分配结果；

36、全局最优分配结果确定模块，用于遍历所述参数匹配初步备选方案集合中所有参数组合的所述最优分配结果，确定全局最优分配结果；所述全局最优分配结果对应的参数组合为最优参数组合。

37、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。

38、第四方面，本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。

39、第五方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，所述计算机程序被处理器执行时运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。

40、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

41、本发明提供了一种燃料电池混合动力系统的参数匹配方法及装置，方法包括：根据所获取轨道交通车辆的运营需求、目标线路条件及车辆基本参数，确定燃料电池混合动力系统的参数匹配联合可行域；从所述参数匹配联合可行域中筛选出满足所述轨道交通车辆实际工况的备选参数组合，得到初步参数匹配离散备选方案集；以所述车辆运行工况下的全寿命周期成本、服役时间和动力系统比功率，以及比能量为优化目标，搭建多目标优化函数；采用群体智能优化算法，确定基于所述初步参数匹配离散备选方案集中参数组合，以所述多目标优化函数取最小值时的负荷分配为的最优分配结果；遍历所述参数匹配初步备选方案集合中所有参数组合的所述最优分配结果，确定全局最优分配结果；所述全局最优分配结果对应的参数组合为最优参数组合。从而保证搭载燃料电池的混合动力源结构最简、所配置的容量及功率最优，进而提升搭载混合动力源的轨道交通车辆的动力性能及运行效率。