[发明专利]一种基于健康管控的混合动力能量分配方法

说明书

本发明公开了一种基于健康管控的混合动力能量分配方法，涉及混合动力能量分配领域，旨在解决现有技术中锂电池SOC的估计不精确的问题，采用的技术方案是，建立PEMFC内部水含量分布模型；分析催化层水含量建模机理；进行催化层中铂粒子团聚对水含量影响的机理建模；估计锂电池SOC；UKF算法联合估计锂电池SOC；通过建立PEMFC内部水含量模型，并将催化层铂粒子团聚考虑进影响水含量的因素中，分析水含量对PEMFC健康状态的影响；使用UKF算法联合估计锂电池SOC和模型参数，保证在估计锂电池SOC过程中所基于的等效电路模型的实时准确性；在功率分配的过程中，同时对PEMFC和锂电池的健康状态进行管控，保证两个动力源的性能衰减较少，从而延长混合动力系统的寿命。

技术领域

本发明涉及混合动力能量分配领域，具体为一种基于健康管控的混合动力能量分配方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC)具有清洁、高效、无污染的特点，在新能源汽车领域得到了广泛的应用，PEMFC工作在常温环境，相对于其他燃料电池，其更便于使用，且PEMFC体积小、重量轻，噪声较小，很适合用于新能源汽车。

但是PEMFC具有功率响应缓慢的固有缺陷，将其与辅助能源一起组成混合动力系统是弥补其缺陷的一种行之有效的方式，目前已有很多学者研究混合动力系统，研究方向主要集中在能量分配策略，但传统的能量分配策略往往只关注如何协调动力源之间的功率分配，忽略了动力源的性能损耗，而混合动力系统的性能衰减是限制其寿命延长的关键因素，因此在功率分配的过程中对PEMFC和锂电池进行健康管控十分必要。

内部水含量分布不合理是造成电堆性能衰减的主要因素，水含量过多或者过少都会严重影响燃料电池性能，但水含量分析是一个涉及流动、传热、气液化等的复杂问题。已经有很多学者研究PEMFC内部水含量的分布，有些学者使用可视化的技术，在系统运行过程中实时观察其内部水含量的分布，采集相关数据，借此来分析水含量对电堆发电性能的影响，但可视化技术实时性较差；有些学者建立电堆内部水含量一维、二维或者三维模型，依据模型来研究水含量对电堆性能影响；但很少有学者关注催化层铂粒子团聚与水含量之间的耦合关系，催化层是水分产生的地方，铂粒子是组成催化层的主要材料，因此将铂粒子团聚考虑进影响电堆内部水含量分布因素中十分有研究意义。

针对混合动力系统中锂电池的健康管控研究，很多学者使用锂电池SOC作为反映其健康状态的指标，相对于电压、电流等指标，SOC与锂电池健康状态之间有更强的关联。但锂电池SOC的精确估计仍是一个难点，以往对SOC的估计往往基于其静态的等效电路模型，而随着锂电池的运行，其性能会逐渐改变，也即是其模型参数会变化，基于此，开发实时变化的等效电路模型以使估计SOC更精确很有必要。

发明内容

鉴于现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种基于健康管控的混合动力能量分配方法，采用的技术方案是，包括以下步骤：

步骤1，建立PEMFC内部水含量分布模型：

假设在扩散层到催化层存在一个气态水和液态水的分界面，计算气液分界面的位置，气液分界面位置计算公式为：

其中x_interface是气液分界面位置，C_sat是饱和水蒸气浓度，J_water为净水通量，一般认为是i/2F，D_v是指蒸汽扩散率，ε_gdl表示气体扩散层的孔隙率，C_{v_gc}是扩散层与气体流道分界面的水蒸气浓度；

C_{v_gc}的计算公式为：

C_{v_gc}＝J_water/h_v+C_gcC_{v_gc}＝J_water/h_v+C_gc