[发明专利]一种基于水合状态自适应均衡的燃料电池串级发电系统

权利要求书

1.一种基于水合状态自适应均衡的燃料电池串级发电系统，其特征在于，包括燃料电池串级单元、燃料电池水合状态均衡单元、燃料电池辅机单元、直流变换单元和主控单元，燃料电池串级单元分别与燃料电池水合状态均衡单元和燃料电池辅机单元相连，燃料电池水合状态均衡单元与直流变换单元相连，所述主控单元分别与燃料电池辅机单元和直流变换单元相连，所述燃料电池水合状态均衡单元还连接有燃料电池水合状态自适应均衡从控单元；

所述燃料电池串级单元包括至少一个燃料电池模块，当燃料电池串级单元包括多个燃料电池模块时，多个燃料电池模块相互串联连接；

所述燃料电池水合状态自适应均衡从控单元包括燃料电池水合状态监测估计子单元和燃料电池水合状态自适应均衡控制子单元，燃料电池水合状态监测估计子单元对燃料电池串级单元的水合状态进行监测估计；

所述燃料电池水合状态均衡单元由多级斩波电路构成，燃料电池水合状态自适应均衡控制子单元通过调节多级斩波电路的占空比，完成燃料电池串级单元的水合状态的均衡。

2.根据权利要求1所述的一种基于水合状态自适应均衡的燃料电池串级发电系统，其特征在于，所述燃料电池辅机单元包括空气供给子单元、氢气供给子单元、冷却液供给子单元以及散热风机子单元；

空气供给子单元为燃料电池串级单元提供所需质量流量的空气；

氢气供给子单元为燃料电池串级单元提供所需工作压力的氢气；

冷却液供给子单元为燃料电池串级单元提供所需质量流量的冷却液；

散热风机子单元为燃料电池串级单元提供所需的运行温度；

主控单元包括燃料电池辅机控制子单元和直流变换控制子单元，燃料电池辅机控制子单元分别与空气供给子单元、氢气供给子单元、冷却液供给子单元以及散热风机子单元相连，直流变换控制子单元分别与直流变换单元和燃料电池辅机控制子单元相连，完成对燃料电池串级单元的输出电流控制。

3.根据权利要求1所述的一种基于水合状态自适应均衡的燃料电池串级发电系统，其特征在于，所述燃料电池水合状态均衡单元的多级斩波电路的占空比关系为：

其中，V₁,V₂,…,V_n分别为燃料电池串级单元中的燃料电池模块的输出电压；D₁,D₂,…,D_n分别为燃料电池水合状态均衡单元开关管的关断占空因数，并且有：

D₁+D₂+...+D_n＝1。

4.根据权利要求1所述的一种基于水合状态自适应均衡的燃料电池串级发电系统，其特征在于，所述燃料电池水合状态监测估计子单元对各燃料电池模块的输出电压和输出电流进行监测采样，以特征频率下的等效阻抗模值为状态指标，相应的k时刻、特征频率f₀下的燃料电池模块j的等效阻抗模值函数形式为：

其中，W_u,j(k,f)和W_i,j(k,f)分别为k时刻、特征频率f₀下的燃料电池模块j的电压、电流采样序列的小波系数。

5.根据权利要求1所述的一种基于水合状态自适应均衡的燃料电池串级发电系统，其特征在于，所述燃料电池水合状态自适应均衡控制子单元对各燃料电池模块的水合状态进行均衡调节，其对应的极值搜索策略为：

其中，α₁和α₂分别为经验整定系数，n为所述燃料电池串级单元中燃料电池模块数；D_j表示燃料电池水合状态均衡单元第j个开关管的关断占空因数，z_j表示所述燃料电池串级单元中第j个燃料电池模块的等效阻抗，Δz_j表示所述燃料电池串级单元中相邻第j个燃料电池模块与第j+1个燃料电池模块的等效阻抗模值差。