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原文传递电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统

专利名称：	电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统
摘要：	本发明公开了一种电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统，包括：信号采集单元，用于采集电池、超级电容与燃料电池混合储能装置电压与电流数据；状态预测单元，用于通过所述信号采集单元所采集到的电压与电流数据预测电池与超级电容的荷电状态；功率预测单元，用于结合所述信号采集单元所采集到的电压与电流数据，以及所述状态预测单元预测到的电池与超级电容的荷电状态，预测电池与超级电容的充放电功率；能量管理单元，用于根据外部电机功率需求，结合状态预测单元与功率预测单元的预测结果对电池、超级电容与燃料电池混合储能装置的功率进行分配。通过该系统能够实现电池、超级电容与燃料电池混合储能装置的功率有效分配。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	安徽;34
申请人：	中国科学技术大学
发明人：	陈宗海;汪玉洁;孙震东
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910126767.1
公开号：	CN109823235A
代理机构：	北京凯特来知识产权代理有限公司
代理人：	郑立明;郑哲
分类号：	B60L58/40(2019.01);B;B60;B60L;B60L58
申请人地址：	230026 安徽省合肥市包河区金寨路96号
主权项：	1.一种电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统，其特征在于，包括：信号采集单元、状态预测单元、功率预测单元以及能量管理单元；其中：所述信号采集单元，用于采集电池、超级电容与燃料电池混合储能装置的电压与电流数据；所述状态预测单元，用于通过所述信号采集单元所采集到的电压与电流数据，来预测电池与超级电容的荷电状态；所述功率预测单元，用于结合所述信号采集单元所采集到的电压与电流数据，以及所述状态预测单元预测到的电池与超级电容的荷电状态，来预测电池与超级电容的充放电功率；所述能量管理单元，用于根据外部电机功率需求，结合状态预测单元与功率预测单元的预测结果对电池、超级电容与燃料电池混合储能装置的功率进行分配。 2.根据权利要求1所述的一种电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统，其特征在于，所述信号采集单元通过电压与电流传感器采集电池、超级电容与燃料电池混合储能装置的电压与电流数据，其中，电池、超级电容与燃料电池的电压数据依次记为Vb、Vsc与Vfc；电池、超级电容与燃料电池的电流数据依次记为Ib、Isc与Ifc。 3.根据权利要求1所述的一种电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统，其特征在于，所述状态预测单元通过所述信号采集单元所采集到的电池与超级电容的电压与电流数据，来预测电池与超级电容的荷电状态；预测电池荷电状态的公式为： SOCb(k)＝SOCb(k-1)+Ib(k)ΔT/Cb；其中，SOCb(k)与SOCb(k-1)分别为k时刻与k-1时刻电池荷电状态，Ib(k)为k时刻电池的电流，ΔT为采样时间，Cb为电池的标称容量；预测超级电容荷电状态的公式为： SOCsc(k)＝SOCsc(k-1)+Isc(k)ΔT/Csc；其中，SOCsc(k)与SOCsc(k-1)分别为k时刻与k-1时刻超级电容的荷电状态，Isc(k)为k时刻超级电容的电流，Csc为超级电容的标称容量。 4.根据权利要求1所述的一种电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统，其特征在于，所述功率预测单元通过所述信号采集单元所采集到的电池与超级电容的电压与电流数据，以及所述状态预测单元预测到的电池与超级电容的荷电状态，来预测电池与超级电容的充放电功率；定义电池放电为正，则电池的最大放电功率和最小充电功率的计算方法为：放电过程：Pb,max_dchg＝min(Pb,max_des，VbIb,max_dchg)；充电过程：Pb,min_chg＝max(Pb,min_des，VbIb,min_chg)；其中，Pb,max_dchg表示电池的最大放电功率，Pb,min_chg表示电池的最小充电功率，Pb,max_des和Pb,min_des分别为电池设计理论允许的最大放电功率和最小充电功率，Ib,max_dchg和Ib,min_chg为电池的最大放电电流和最小充电电流；Vb为信号采集单元所采集到的电池的电压数据；超级电容的最大充放电功率的计算方法为：Psc,max＝Vsc2/4Rsc，其中Rsc为超级电容的内阻。 5.根据权利要求4所述的一种电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统，其特征在于，所述的电池的最大放电电流和最小充电电流的计算方法为： Ib,max_dchg＝(SOCb-SOCb,min)Cb/LΔT； Ib,min_chg＝(SOCb-SOCb,max)Cb/LΔT；其中，SOCb,min，SOCb,max分别为电池荷电状态的保护下限阈值和保护上限阈值，L为预测步长；SOCb为状态预测单元预测的电池荷电状态。 6.根据权利要求4所述的一种电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统，其特征在于，所述能量管理单元根据外部电机功率需求Pm，并结合状态预测单元预测的电池与超级电容的荷电状态，以及功率预测单元预测的电池和超级电容充放电功率，利用基于有限状态机的混合储能装置能量管理策略实现电池、超级电容与燃料电池的功率分配。 7.根据权利要求6所述的一种电池、超级电容与燃料电池混合储能装置能量管理系统，其特征在于，所述基于有限状态机的混合储能装置能量管理策略包含16种有限状态，依次记为S1到S16，状态间的转换通过以下逻辑实现： A、当能量回收时，外部电机功率需求Pm<0：若电池荷电状态SOCb与超级电容荷电状态SOCsc均低于相应的上限阈值SOCb,max与SOCsc,max，即SOCbSOCb,max，则电池停止充电并进入S2，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝0，Pb＝0，Psc＝-\|Pm\|；若超级电容荷电状态SOCsc充电后高于上限阈值SOCsc,max，即SOCsc>SOCsc,max，则超级电容停止充电并进入S3或S4，判定条件为：如果外部电机功率需求Pm小于电池最小充电功率Pb,min_chg，即PmSOCb,max，SOCsc>SOCsc,max，则进入S1，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝0，Pb＝0，Psc＝0； B、当外部电机功率需求Pm>0，且高于燃料电池最大输出功率Pfc,max的情况下，即Pm>Pfc,max，燃料电池输出最大功率：若电池荷电状态SOCb与超级电容荷电状态SOCsc均低于相应的下限阈值SOCb,min与SOCsc,min，即SOCbSOCb,min，SOCscSOCsc,min，则进入S9，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝0，Psc＝Pm-Pfc,max；若电池荷电状态SOCb与超级电容荷电状态SOCsc均高于相应的下限阈值SOCb,min与SOCsc,min，即SOCb>SOCb,min，SOCsc>SOCsc,min，则进入S8或者S10，判定条件为：如果Pm-Pfc,max小于电池的最大放电功率Pb,max_dchg，则进入S8，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝Pm-Pfc,max，Psc＝0；否则进入S10，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝Pb,max_dchg，Psc＝Pm-Pb,max_dchg-Pfc,max； C、当Pm为正并且低于燃料电池最大输出功率Pfc,max时：若电池荷电状态SOCb与超级电容荷电状态SOCsc均低于相应的下限阈值SOCb,min与SOCsc,min，即SOCbSOCsc,min，此时由超级电容对外输出Pm，由燃料电池给电池充电，则进入S12或者S13，判定条件为：若Pfc,max大于电池最大充电功率Pb,max_dchg，则进入S12，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝-Pb,max_dchg，Pb＝-\|Pb,max_dchg\|，Psc＝Pm；否则进入S13，此时燃料电池功率Pfc、电池功率Pb及超级电容功率Psc的分配原则为：Pfc＝Pfc,max，Pb＝-\|Pfc,max\|，Psc＝Pm；若电池荷电状态SOCb高于下限阈值SOCb,min，同时超级电容荷电状态SOCsc低于下限阈值SOCsc,min，即SOCb>SOCb,min，SOCsc
所属类别：	发明专利