一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制装置及方法与流程

本发明属于氢能动力装置，涉及一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制装置及方法。

背景技术：

1、目前市场上的氢燃料电池动力装置普遍面临几个主要问题：首先，许多系统无法确保燃料电池始终以最优的工作状态运行，导致燃料电池的使用寿命缩短；其次，能量管理策略不够灵活，难以有效应对外部负载变化，特别是在能量回收和高负载需求情况下的能量调配；再者，现有系统往往未能充分利用动力电池，特别是在动力电池容量较低时的能量管理策略不够完善，无法最大化系统的整体效率和性能。

2、在先专利申请方面，虽然有尝试通过改进能量管理策略来提高氢燃料电池系统效率的专利，但这些专利往往没有充分解决燃料电池在不同负载条件下的最优运行问题，也未能有效整合动力电池的辅助功能，以提高系统整体的能量效率和稳定性。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术问题，提供一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制装置及方法，

2、一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制装置，包括动力电池、能量控制板、外部负载、燃料电池、dcdc电池模块、电池容量信号显示器、功率需求信号显示器及温度传感器，燃料电池与电池模块连接，电池模块与能量控制板连接，能量控制板与动力电池及外部负载连接，外部负载与功率需求信号显示器连接，动力电池与电池容量信号显示器连接，燃料电池与温度传感器连接。

3、燃料电池、动力电池、外部负载分别与能量控制板的端口连接，能量控制板实时获得电池容量信号显示器、功率需求信号显示器的输出信号调节动力电池的输出功率。

4、一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制方法,含有以下步骤：燃料电池的输出经dcdc电池模块稳压后连接至能量控制板的端口，动力电池连接至能量控制板的端口，外部负载连接至能量控制板端口，动力电池将自身的电池容量、电池状态、电池温度数据实时发送至能量控制板，能量控制板实时监测外部负载的需求。

5、本发明的优点是：当氢燃料电池动力系统独自对外部负载供能时，对于如电动车这样的动力装置，其功率变动往往非常频繁且变动幅度很大。在这种条件下燃料电池的输出功率往往偏离其额定功率。燃料电池长时间过低或过高的功率输出也会产生诸如膜电极受损、电池极化、过热等现象。针对这一问题，本发明所提出的智能能量优化控制系统，在氢燃料电池动力系统领域具有显著的四重优势：

6、1.对于燃料电池寿命的影响：、

7、专利系统通过智能控制保证燃料电池在其额定功率下运行，有效减轻了由于负载波动导致的功率频繁调节带来的机械和热应力，降低了因反应物转化不完全或电池过热引发的内部损害。通过以上方法可显著延长燃料电池的使用寿命，减少了因恶劣的运行工况导致的维护和替换成本，从而在长期运行中产生更大的经济效益。

8、2.对于整体能量利用率的提升：

9、本发明所采用的智能能量优化控制系统通过调整与燃料电池的稳压dcdc转换器连接的io口的需求功率，能够确保作为主要能量供应源的燃料电池，在其额定运行条件下实现最高能量转换效率。这意味着系统整体的运行效率得以最大化，从而优化了能量的利用效果，降低了能源消耗，并提升了系统的经济效益。

10、3.系统整体性能和稳定性方面的提升：

11、智能能量优化控制系统不仅提升了系统整体的峰值输出功率(动力电池和燃料电池同时对外输出)，还增强了系统在面对外部负载波动时的稳定性和可靠性。动力电池可以补足缺少的输出功率或储存来自燃料电池的多余能量，即使外部需求功率频繁且大幅变动，整个能量系统也能稳定运行。这种智能的功率管理提升了系统对不稳定外部条件的适应能力，增强了整体系统的可靠性和性能，尤其在需要快速响应的动力装置，如电动车中，这种稳定性尤为关键。

12、4.系统安全性方面的提升

13、本发明中的智能能量优化控制系统，通过实时监控动力电池的状态信息，精确调节系统能量供应模式以确保电池的安全运行。在动力电池容量过高且外部需求功率小于燃料电池额定功率时，系统会关闭燃料电池，自动转为动力电池供能模式，避免其过充风险。反之，当电量低于安全阈值时，系统会适当限制输出功率，确保仅在燃料电池的安全功率范围内运行，有效避免过放状况，从而保障了动力电池的安全与使用寿命。

14、本发明解决现有氢燃料电池动力装置在能量管理、燃料电池寿命优化、以及在不同负载条件下的性能调节方面存在的问题，旨在优化能量管理，延长燃料电池寿命，并提高整个系统的能量效率。

15、本发明确保燃料电池在最佳工作状态下运行，提高燃料电池的使用寿命；灵活应对外部负载变化，优化能量回收和分配策略；以及在动力电池容量不同阶段，合理利用动力电池辅助燃料电池，以提升系统的整体能量效率和性能。

16、本发明的动力装置能量控制系统能够有效提高氢燃料电池及整个动力系统的效率和寿命，同时优化能量的使用和储存，适应各种外部负载条件。

技术特征：

1.一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制装置，其特征在于，包括动力电池、能量控制板、外部负载、燃料电池、dcdc电池模块、电池容量信号显示器、功率需求信号显示器及温度传感器，燃料电池与电池模块连接，电池模块与能量控制板连接，能量控制板与动力电池及外部负载连接，外部负载与功率需求信号显示器连接，动力电池与电池容量信号显示器连接，燃料电池与温度传感器连接。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制装置，其特征在于，燃料电池、动力电池、外部负载分别与能量控制板的端口连接，能量控制板实时获得电池容量信号显示器、功率需求信号显示器的输出信号调节动力电池的输出功率。

3.一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制方法,其特征在于，含有以下步骤：燃料电池的输出经dcdc电池模块稳压后连接至能量控制板的端口，动力电池连接至能量控制板的端口，外部负载连接至能量控制板端口，动力电池将自身的电池容量、电池状态、电池温度数据实时发送至能量控制板，能量控制板实时监测外部负载的需求。

4.根据权利要求3所述的一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制方法，其特征在于，还含有以下步骤：

5.根据权利要求3所述的一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制方法，其特征在于，功率调整还含有以下步骤：依据外部负载功率、燃料电池电池额定功率及动力电池soc三个参数，其调整逻辑如下：

技术总结一种氢燃料电池动力系统的智能能量优化控制装置及方法，属于氢能动力装置技术领域。燃料电池、动力电池、外部负载分别与能量控制板的端口连接，能量控制板实时获得电池容量信号显示器、功率需求信号显示器的输出信号调节动力电池的输出功率。本发明确保燃料电池在最佳工作状态下运行，提高燃料电池的使用寿命；灵活应对外部负载变化，优化能量回收和分配策略；以及在动力电池容量不同阶段，合理利用动力电池辅助燃料电池，以提升系统的整体能量效率和性能。技术研发人员：刘东,张海,江森,程永攀受保护的技术使用者：广东佳邑新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15