一种储能管理方法、储能管理系统及车辆与流程

本技术涉及能量控制，尤其涉及一种储能管理方法、储能管理系统及车辆。

背景技术：

1、当前，燃料电池客车普遍采用“燃料电池+锂电池”或“燃料电池+超级电容”的双源结构。

2、然而，在城市公交频繁启停、加减速和制动的运行工况下，负载功率呈现剧烈的瞬时波动特性。使得氢耗高、电源寿命短、电压波动大、储能系统不匹配等核心问题出现。导致现有的储能管理方法无法兼顾能效与经济性的平衡。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种储能管理、储能管理系统及车辆，旨在解决如何在对车辆中不同储能单元进行储能管理的过程中，既能提高能量供应的效率又可以兼顾各个储能单元的寿命，使其运行能耗成本降低，提升整体经济性的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提供一种储能管理方法，所述方法包括：

3、获取负载的总功率，将所述总功率分解为高频功率和低频功率，所述高频功率为所述总功率中的高频分量，所述低频功率为所述总功率中的低频分量；

4、基于锂电池当前的荷电状态、预设的安全荷电状态阈值以及预设的调节权重系数，确定补偿系数，所述补偿系数为维持所述锂电池的荷电状态满足所述安全荷电状态阈值的补偿系数；

5、基于所述补偿系数和预先构建的瞬时等效氢耗函数，确定所述锂电池、超级电容以及燃料电池对应的补偿功率，其中，根据所述锂电池、所述超级电容以及所述燃料电池对应的补偿功率和所述补偿系数确定的所述瞬时等效氢耗函数的氢气消耗总量最小；

6、基于所述超级电容、所述锂电池以及所述燃料电池对应的参考功率和所述补偿功率向所述负载供电，所述超级电容的参考功率为所述高频功率，所述锂电池的参考功率以及所述燃料电池的参考功率的总和等于所述低频功率。

7、在一实施例中，所述安全荷电状态阈值包括上限值和下限值，所述基于锂电池当前的荷电状态、预设的安全荷电状态阈值以及预设的调节权重系数，确定补偿系数，包括：

8、根据所述锂电池当前的荷电状态与所述下限值的第一差值和总差值确定第一比值，所述总差值为所述上限值与所述下限值之差；

9、根据所述调节权重系数与所述第一比值的乘积，确定所述补偿系数。

10、在一实施例中，所述基于所述补偿系数和预先构建的瞬时等效氢耗函数，确定所述锂电池、超级电容以及燃料电池对应的补偿功率，包括：

11、基于所述补偿系数和预先构建的瞬时等效氢耗函数，确定所述瞬时等效氢耗函数中所述燃料电池的氢气消耗量、所述锂电池的等效氢气消耗量和所述超级电容的等效氢气消耗量，其中，根据所述补偿系数、所述燃料电池的氢气消耗量、所述锂电池的等效氢气消耗量和所述超级电容的等效氢气消耗量，确定的所述瞬时等效氢耗函数的氢气消耗总量最小；

12、根据所述燃料电池的氢气消耗量、所述锂电池的等效氢气消耗量和所述超级电容的等效氢气消耗量，确定所述锂电池、所述超级电容以及所述燃料电池的补偿功率。

13、在一实施例中，所述根据所述燃料电池的氢气消耗量、所述锂电池的等效氢气消耗量和所述超级电容的等效氢气消耗量，确定所述锂电池、所述超级电容以及所述燃料电池的补偿功率，包括：

14、基于所述超级电容的氢气消耗量、所述超级电容充放电平均效率以及所述超级电容所在支路的双向dc/dc变换器的效率，确定所述超级电容的补偿功率；

15、基于所述锂电池的等效氢气消耗量、所述锂电池的充放电效率、所述锂电池所在支路的双向dc/dc变换器的效率，确定所述锂电池的补偿功率；

16、基于所述燃料电池的氢气消耗量以及所述燃料电池的氢气消耗量与所述燃料电池的补偿功率之间的线性关系，确定所述燃料电池的补偿功率。

17、在一实施例中，所述基于所述超级电容、所述锂电池以及所述燃料电池对应的参考功率和所述补偿功率向所述负载供电，包括：

18、基于所述超级电容的参考功率与所述补偿功率，得到所述超级电容的目标输出功率；

19、基于所述锂电池的参考功率与所述补偿功率，得到所述锂电池的目标输出功率；

20、基于所述燃料电池的参考功率与所述补偿功率，得到所述燃料电池的目标输出功率；

21、基于所述超级电容的目标输出功率、所述锂电池的目标输出功率以及所述燃料电池的目标输出功率，控制所述超级电容、所述锂电池和所述燃料电池向所述负载供电。

22、在一实施例中，所述方法还包括：

23、在所述负载的运行功率超过预设功率阈值的情况下，采集直流母线的实时电压以及所述超级电容的实时电流；

24、以预设的目标电压作为控制目标，根据所述实时电压与所述目标电压之间的差值确定所述超级电容的目标电流；

25、以所述超级电容的目标电流作为控制目标，基于所述实时电流和所述目标电流的偏差生成控制所述超级电容运行的控制信号，以使在所述控制信号的控制下所述超级电容的输出电流趋近于所述目标电流。

26、在一实施例中，所述方法还包括：

27、将所述总功率中高于第一频率阈值的分量确定为所述高频分量，将所述总功率中小于或等于第二频率阈值的分量确定为所述低频分量。

28、此外，为实现上述目的，本技术还提供一种储能管理系统，包括：燃料电池、锂电池、超级电容、负载以及控制模块，所述燃料电池通过单向dc/dc变换器与直流母线连接、所述锂电池通过所述锂电池所在支路的双向dc/dc变换器与所述直流母线连接、所述超级电容通过所述超级电容所在支路的双向dc/dc变换器与所述直流母线连接、所述负载通过dc/ac逆变器与所述直流母线连接，所述控制模块与所述单向dc/dc变换器、所述锂电池所在支路的双向dc/dc变换器以及所述超级电容所在支路的双向dc/dc变换器通信连接，

29、所述控制模块，用于获取所述负载的总功率，并将所述总功率分解为高频功率和低频功率，所述高频功率为所述总功率中的高频分量，所述低频功率为所述总功率中的低频分量；

30、所述控制模块，还用于基于所述锂电池当前的荷电状态、预设的安全荷电状态阈值以及预设的调节权重系数，确定补偿系数，所述补偿系数为维持所述锂电池的荷电状态满足所述安全荷电状态阈值的补偿系数；

31、所述控制模块，还用于基于所述补偿系数和预先构建的瞬时等效氢耗函数，确定所述锂电池、所述超级电容以及所述燃料电池对应的补偿功率，其中，根据所述锂电池、所述超级电容以及所述燃料电池对应的补偿功率和所述补偿系数确定的所述瞬时等效氢耗函数的氢气消耗总量最小；

32、所述控制模块，还用于基于所述锂电池、所述超级电容以及所述燃料电池对应的参考功率和所述补偿功率，确定所述锂电池所在支路的双向dc/dc变换器、所述超级电容所在支路的双向dc/dc变换器以及所述单向dc/dc变换器的控制信号，以通过与所述锂电池所在支路的双向dc/dc变换器、所述超级电容所在支路的双向dc/dc变换器以及所述单向dc/dc变换器对应的控制信号，控制所述超级电容、所述锂电池以及所述燃料电池向所述负载供电。

33、在一实施例中，所述控制模块包括外环比例积分控制器和内环比例积分控制器，

34、所述外环比例积分控制器，用于根据获取到的所述直流母线上的实时电压与目标电压之间的差值确定所述超级电容的目标电流；

35、所述内环比例积分控制器，用于基于获取到的所述超级电容的实时电流和所述目标电流的偏差生成控制所述超级电容所在支路的双向dc/dc变换器的控制信号，以使所述超级电容所在支路的双向dc/dc变换器根据所述控制信号控制所述超级电容输出的电流趋近于所述目标电流。

36、此外，为实现上述目的，本技术还提供一种车辆，所述车辆包括如上述所述的储能管理系统。

37、本技术提供了一种储能管理方法，首先将获取到的负载的总功率分解为高频功率和低频功率，将高频功率指定给超级电容承担，而低频功率则由燃料电池和锂电池共同承担，以利用超级电容高功率密度的物理特性快速响应瞬时功率冲击，有效隔离高频扰动对燃料电池和锂电池的冲击，达到延长燃料电池与锂电池使用寿命的目的。再者，基于锂电池当前的荷电状态、预设的安全荷电状态阈值以及预设的调节权重系数确定补偿系数，并将其引入瞬时等效氢耗函数中作为锂电池等效消耗的动态权重，使得锂电池的荷电状态始终被维持在安全范围内，避免了过充或过放风险。同时，利用包含补偿系数的瞬时等效氢耗函数，联合确定燃料电池、锂电池及超级电容的补偿功率，使氢气消耗总量达到最小。不仅能够在满足负载功率需求的前提下，将负载进行分配，有效隔离高频扰动对燃料电池和锂电池的冲击，达到延长燃料电池与锂电池使用寿命的目的；还实现了整车层面的等效氢气消耗总量最小化，直接降低了车辆的运行能耗成本。

38、综上可知，本技术有效解决了现有的能量管理技术难以在保障系统长周期可靠运行的同时，实现能效与经济性的平衡，导致氢气消耗量偏高、关键储能部件寿命衰减过快以及母线电压稳态精度不足的技术问题。