[发明专利]一种基于双堆燃料电池的混合储能系统能量管理策略

说明书

本发明公开了一种基于双堆燃料电池的混合储能系统能量管理策略，属于燃料电池混合动力能量管理领域，能够在降低成本的同时，维持电池SOC并提高双堆燃料电池的效率。本发明针对双堆燃料电池系统和锂电池，分别构建基于人工势场（APF）函数的混合储能系统权重调节器，实现双堆燃料电池系统在高效率区间工作，并将电池荷电状态（SOC）维持在理想区间，采用一种深度强化学习代理，即深度确定性策略梯度（DDPG）对基于APF的电池SOC调节器参数进行全局优化，实现SOC权重的自适应调节，提升双堆燃料电池系统工作效率，针对混合储能系统，构建基于全里程成本最优目标函数，避免燃料电池在高/低电流、频繁启停工况下工作，延长燃料电池使用寿命。

技术领域

本发明属于燃料电池混合动力能量管理领域，尤其涉及一种基于双堆燃料电池的混合储能系统能量管理策略。

背景技术

近年来，由于日益严峻的能源和环境问题，燃料电池的应用引起了广泛的关注。燃料电池由于将燃料的化学能直接转化为电能，在电动汽车中，能实现比传统电动汽车更长的行驶里程和更短的充能时间。在各种类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)被广泛认为是最适合的车辆动力源。在最佳功率分配层面下，PEMFC与传统电池或超级电容混合供能作为车载能源，能有效解决能源问题。

由于燃料电池堆的功率限制，难以满足各种车辆(如中型或大型商用车)的功率需求，因而出现了多堆燃料电池系统(Multi-stack Fuel Cell，MFC)。MFC提供的模块化的结构，可以有效简化系统结构，并且在效率方面MFC表现出了比单堆燃料电池更好的性能。然而，大多数现有的能量管理策略都专用于单燃料电池混合动力汽车，对于具有不同特性电池组的MFC系统能量管理策略的研究较为匮乏。

发明内容

本发明提供了一种基于双堆燃料电池的混合储能系统能量管理策略，采用非线性规划算法作为分配策略，在降低成本的同时，维持电池SOC并提高双堆燃料电池的效率。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于双堆燃料电池的混合储能系统能量管理策略，包括以下步骤：

步骤S1：DRL代理输入当前锂电池SOC、当前速度、加速度作为系统状态量s_t，对APF参数进行离线优化；

步骤S2：基于APF的非线性规划算法输入当前系统需求功率、SOC及双堆燃料电池效率，输出燃料电池①需求功率、燃料电池②需求功率及锂电池需求功率。

以上所述步骤中，步骤S1中所述DRL代理为深度确定性策略梯度(DeepDeterministic Policy Gradient，DDPG)，用于优化非线性规划算法中的APF参数，以增强策略的适应性，所述APF分为燃料电池①APF调节器、燃料电池②APF调节器和锂电池SOC人工势场调节器，用以将控制目标稳定在一定区间内，具体如下：

燃料电池APF调节器(包括燃料电池①APF调节器和燃料电池②APF调节器)用以将燃料电池的效率稳定在目标高效率区间内，其虚拟力函数表示为：

式中，a_fc为可优化参数，用以改变APF调节器的调节强度；I_fc为当前燃料电池电流；[I_{low_lim},I_{high_lim}]为目标高效率区间在电流-效率图(以下简称效率图)上对应的电流区间；I_ref为燃料电池效率最高点在效率图上对应的电流值，燃料电池①的虚拟力函数表示为F_fc1，燃料电池②的虚拟力函数表示为F_fc2，对应的可优化参数各为a_fc1和a_fc2；