[发明专利]一种基于随机分配的多堆燃料电池系统功率调控方法

说明书

本发明公开一种基于随机分配的多堆燃料电池系统功率调控方法，根据多堆燃料电池系统功率控制方法得到需要运行的电堆个数以及每个需要运行的电堆的目标功率；对目标功率进行随机分配，并基于各电堆在各功率区间的运行时间来修正随机分配概率；根据随机分配概率将目标功率分配给相应电堆。本发明将现有控制策略最终输出的电堆运行个数及输出功率分配给具体的电堆，避免电堆之间的投运时间、功率不均衡，保证整体多堆燃料电池系统的服役寿命和性能。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别是涉及一种基于随机分配的多堆燃料电池系统功率调控方法。

背景技术

多堆PEMFC发电系统相比于单堆燃料电池系统可以提供更高的输出功率，且更加可靠，在大功率应用场景有着明显的优势。多堆PEMFC系统功率分配方法中两种传统的策略是平均分配策略和逐级分配策略。平均分配策略是指投运的电堆数量恒定，需求功率平均分配到每套PEMFC电堆中，每个电堆的实时输出功率保持一致；逐级分配策略是指每套电堆逐级投运，前一级的电堆工作至其最大输出功率后再启动下一级电堆，以此类推。平均分配策略在低功率区间系统的效率较低，功率较低时启动全部电堆系统成本较高，该策略的最低输出功率为所有电堆最低输出功率之和，其针对低功率区间有明显缺陷；逐级分配策略可以实现系统更宽功率范围输出，在低功率输出时可明显提高系统效率，但仅仅在第一个PEMFC单体处达到最大效率，随着功率等级的增加，整体系统效率急剧降低。现有技术中提出了一种基于功率自适应分配的多堆燃料电池系统效率协调优化控制方法，结合了平均分配策略和逐级分配策略两种策略的特点并考虑系统效率进行了优化。但是，若燃料电池长时间工作在低功率状态，燃料电池性能发挥不出来，寿命衰减快。

上述现有控制策略的最终输出是目标功率，即电堆运行个数及目标功率，并未将输出功率分配到具体的电堆。因此在多堆系统长时间服役后，可能存在电堆之间投运时间、功率不均衡的情况，比如有的电堆经常投运而有的电堆经常闲置，或者有的电堆经常投运在高功率输出状态而有的电堆经常投运在低功率输出状态，长期如此可能会影响整个系统的服役寿命和性能，导致成本增加。对于逐级分配策略以及相似形式的策略，该分配问题值得重视。对于平均分配策略，当目标功率大于系统最小输出功率之和时，每套的功率分配均相同，不存在上述分配问题，但由于燃料电池运行时有最小功率限制，因此在目标功率小于系统最小输出功率之和时，需投运部分电堆，因此也存在上述功率分配问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于随机分配的多堆燃料电池系统功率调控方法，将现有控制策略最终输出的电堆运行个数及输出功率分配给具体的电堆，避免电堆之间的投运时间、功率不均衡，保证整体多堆燃料电池系统的服役寿命和性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于随机分配的多堆燃料电池系统功率调控方法，包括步骤：

根据多堆燃料电池系统功率控制方法得到需要运行的电堆个数以及每个需要运行的电堆的目标功率；

对目标功率进行随机分配，并基于各电堆在各功率区间的运行时间来修正随机分配概率；

根据随机分配概率将目标功率分配给相应电堆。

进一步的是，分配原则为：电堆在功率区间的运行时间越短，那么目标功率在该功率区间时，将目标功率分配给该电堆的概率越高。

进一步的是，对目标功率进行随机分配，并基于各电堆在各功率区间的运行时间来修正随机分配概率，包括步骤：

对于某个目标功率，先找出各个电堆在该目标功率所属功率区间的运行时间中运行时间最短的电堆；

将运行时间最短的电堆的分配概率设定为最大；根据最大分配概率与其他各个电堆在该功率区间的运行时间计算其他各个电堆的分配概率，从而获得各个电堆的随机分配概率。

进一步的是，根据最大分配概率与其他各个电堆在该功率区间的运行时间计算其他各个电堆的分配概率，从而获得各个电堆的随机分配概率，包括步骤：