本發(fā)明涉及電池管理集成，特別涉及高功率密度氫燃料電池電源管理集成系統(tǒng)。

背景技術：

1、高功率密度氫燃料電池是指單位體積或單位質(zhì)量能夠提供較高功率輸出的氫燃料電池。這種電池以其高能量轉換效率和高功率輸出而受到重視，主要應用于需要快速、強大動力源的場合，如電動汽車。

2、在高功率密度氫燃料電池電源管理領域，現(xiàn)有技術通常面臨著一系列挑戰(zhàn)和缺陷，這些問題在很大程度上限制了氫燃料電池系統(tǒng)的可靠性、效率和壽命，問題表現(xiàn)為：

3、傳統(tǒng)的氫燃料電池系統(tǒng)在啟動和運行過程中往往缺乏有效的電源管理策略，電池組電壓的不均衡是一個常見問題，這會導致電池性能下降，甚至可能引起電池損壞；此外，在啟動時對負載的增加往往采用固定不變的策略，沒有對fcu功能和dcdc變換器功能進行高效整合，并根據(jù)負載增加過程中的電流、電壓和溫度變化對fcu功能和dcdc變換器功能進行動態(tài)調(diào)整，集成性單一的同時效率較低；

4、其次，在性能評估方面也存在不足；通常沒有對氫燃料電池啟動和運行過程中的性能指標進行全面的記錄和分析，并將這些性能指標與歷史數(shù)據(jù)結合進行綜合評估，無法有效地評估和優(yōu)化氫燃料電池啟動過程中的整體性能。

5、為此，推出一種高功率密度氫燃料電池電源管理集成系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供高功率密度氫燃料電池電源管理集成系統(tǒng)，以解決上述背景技術提出的問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)：高功率密度氫燃料電池電源管理集成系統(tǒng)，包括：

3、預充策略實施模塊：檢測并平衡電池組電壓，確認電池組電壓均衡后，發(fā)送預充策略完成信號至啟動策略實施模塊；

4、啟動策略實施模塊：接收預充策略完成信號后，開始啟動程序；根據(jù)預設的速率增加燃料電池的負載；在此過程中，實時監(jiān)測影響參數(shù)的變化并進行分析，影響參數(shù)包括電流、電壓以及溫度；從而基于分析的結果對應調(diào)整燃料電池單元fcu和dcdc變換器的參數(shù)；

5、監(jiān)控預警策略模塊：激活監(jiān)控功能，并實時收集運行過程中的運行參數(shù)進行分析，基于分析的結果對應觸發(fā)一級預警或二級預警；運行參數(shù)包括電壓、電流以及溫度；

6、性能評估生成模塊：在氫燃料電池到達穩(wěn)定運行狀態(tài)，記錄啟動過程中的性能指標參數(shù)并進行綜合評估，從而得到氫燃料電池在該次啟動過程中的性能評估指數(shù)；性能指標參數(shù)包括啟動所用時長、一級預警次數(shù)以及二級預警次數(shù)；基于氫燃料電池在該次啟動過程中的性能評估指數(shù)，結合歷史數(shù)據(jù)進一步評估，得到氫燃料電池的性能表現(xiàn)值。

7、在一些實施例中，檢測并平衡電池組電壓，具體為：

8、啟動預先構建的自檢程序對所有的組件狀態(tài)進行自檢，在自檢無異常后，檢測電池組中各單體電池的電壓；預設電壓的參考閾值，對比各單體電池的電壓，識別出電壓低于預設參考閾值的電池，并激活預充電路，對低于預設參考閾值的電池進行充電，充電過程中持續(xù)監(jiān)控電池電壓，直至所有電池達到啟動所需的電壓水平范圍內(nèi)，則確認電池組電壓均衡。

9、在一些實施例中，實時監(jiān)測影響參數(shù)的變化并進行分析，基于分析的結果對應調(diào)整燃料電池單元fcu的參數(shù)，具體為：

10、根據(jù)預設的速率增加燃料電池的負載，在到達每個預設速率的時間點時，提取當前時間點的電流、電壓以及溫度數(shù)據(jù)；

11、根據(jù)預設的速率預設每個時間點電流、電壓以及溫度的參考閾值，若某個時間點的電流或電壓低于對應預設的參考閾值，則觸發(fā)fcu供氣調(diào)節(jié)指令；

12、首先計算對應電流或電壓與對應預設參考閾值的差值，將差值記為電流差或電壓差；分別預設電流差和電壓差所對應的各組電流差取值范圍和電壓差取值范圍，設定每組電流差取值范圍和每組電壓差取值范圍分別對應一組空氣供應量；將電流差和電壓差分別與對應預設的各組取值范圍進行匹配，從而得到電流差和電壓差所分別對應的空氣供應量；若某個時間點的電流和電壓均低于對應預設的參考閾值，則比對電流差和電壓差所分別匹配得到的空氣供應量，從兩者中取空氣供應量的較高值，作為所需空氣供應量；

13、預設各組所需空氣供應量范圍所對應的壓力調(diào)整范圍，將得到的所需空氣供應量與預設的各組所需空氣供應量范圍進行匹配，從而得到該時間點所對應的壓力調(diào)整范圍，并基于得到的壓力調(diào)整范圍調(diào)整fcu供氣系統(tǒng)的壓力。

14、在一些實施例中，實時監(jiān)測影響參數(shù)的變化并進行分析，基于分析的結果對應調(diào)整燃料電池單元fcu的參數(shù)，還包括：

15、若某個時間點的溫度高于對應預設的參考閾值，則觸發(fā)fcu冷卻調(diào)節(jié)指令；

16、首先計算對應溫度與對應預設參考閾值的差值，將差值記為溫度差；預設溫度差所對應的各組溫度取值范圍，設定每組溫度取值范圍分別對應一個冷卻流量值；將溫度差與對應預設的各組溫度取值范圍進行匹配，從而得到當前溫度差所對應的冷卻流量值；基于得到的冷卻流量值增加fcu冷卻系統(tǒng)的流量。

17、在一些實施例中，實時監(jiān)測影響參數(shù)的變化并進行分析，基于分析的結果對應調(diào)整dcdc變換器的參數(shù)，具體為：

18、實時監(jiān)測燃料電池的負載增加狀態(tài)，設定不同負載增加狀態(tài)分別對應一個dcdc變換器的輸出參數(shù)調(diào)整范圍；其中輸出參數(shù)調(diào)整范圍包括對輸出電壓和輸出電流的調(diào)節(jié)；

19、在燃料電池根據(jù)預設的速率進行負載的增加時，根據(jù)設定在到達對應負載增加狀態(tài)時，對dcdc變換器的輸出參數(shù)調(diào)整范圍進行調(diào)節(jié)。

20、在一些實施例中，實時收集運行過程中的運行參數(shù)進行分析，基于分析的結果對應觸發(fā)一級預警或二級預警，具體為：

21、根據(jù)預設的速率增加燃料電池的負載，在到達每個預設速率的時間點時，提取到達時間點前設定時間段內(nèi)的電壓、電流以及溫度；根據(jù)設定時間段內(nèi)各時間點的電壓、電流以及溫度，并分別取均值得到當前到達時間點前設定時間段內(nèi)的電壓均值、電流均值以及溫度均值，并分別標記為da、db以及dc；

22、分別預設各負載增加狀態(tài)下電壓均值、電流均值以及溫度均值所對應的最高允許值；

23、依據(jù)公式，對當前到達時間點前設定時間段內(nèi)的電壓均值da、電流均值db以及溫度均值dc進行加權計算，從而得到當前到達時間點前設定時間段內(nèi)的預警評估指數(shù)yj；其中dr、dn以及dg分別表示對應負載增加狀態(tài)下電壓均值、電流均值以及溫度均值所對應的最高允許值，h、u以及p分別為電壓均值da、電流均值db以及溫度均值dc的影響權重因子；

24、從預先構建的數(shù)據(jù)庫中提取預警記錄，根據(jù)提取的預警記錄，獲取氫燃料電池各負載增加狀態(tài)下的預警數(shù)據(jù)，預警數(shù)據(jù)即氫燃料電池在對應負載增加狀態(tài)下發(fā)生故障前的預警評估指數(shù)集合；

25、將當前到達時間點前設定時間段內(nèi)的預警評估指數(shù)yj輸入對應負載增加狀態(tài)下的預警評估指數(shù)集合內(nèi)，若預警評估指數(shù)yj大于或等于預警評估指數(shù)集合內(nèi)的某一組指數(shù)，則直接生成一級預警；

26、若預警評估指數(shù)yj均小于預警評估指數(shù)集合內(nèi)的各組指數(shù)，則從預警評估指數(shù)集合提取最小指數(shù)，并計算最小指數(shù)與預警評估指數(shù)yj之間的差值，記為預警差，若預警差小于預設的最小允許差，則直接生成二級預警。

27、在一些實施例中，得到氫燃料電池在該次啟動過程中的性能評估指數(shù)，具體為：

28、獲取當前啟動過程的啟動所用時長，啟動所用時長從接收預充策略完成信號后開始啟動程序的時間點開始統(tǒng)計，氫燃料電池到達穩(wěn)定運行狀態(tài)的時間點結束統(tǒng)計，將該時間區(qū)間作為當前啟動過程中的啟動所用時長；

29、同時統(tǒng)計當前啟動過程中的一級預警次數(shù)和二級預警次數(shù)，并分別標記為ry1和ry2，利用預設的公式（ry1+0.8）×w1+（ry2+1）×w2對一級預警次數(shù)ry1和二級預警次數(shù)ry2進行加權計算，從而得到氫燃料電池在當前啟動過程中的隱患評估值；w1和w2分別為一級預警次數(shù)ry1和二級預警次數(shù)ry2的影響權重因子；

30、基于當前啟動過程中的啟動所用時長和隱患評估值，利用預先構建的轉化規(guī)則進行轉化；

31、預設啟動所用時長所對應的各組時長取值范圍，設定每組時長取值范圍分別對應一個性能評分；將當前啟動過程中的啟動所用時長與預設的各組時長取值范圍進行匹配，從而得到啟動所用時長所對應的性能評分，將該組性能評分標記為啟動評分；預設隱患評估值所對應的各組評估取值范圍，設定每組評估取值范圍分別對應一個性能評分；

32、將當前啟動過程中的隱患評估值與預設的各組評估取值范圍進行匹配，從而得到隱患評估值所對應的性能評分，將該組性能評分標記為穩(wěn)定性評分；

33、預設啟動評分和穩(wěn)定性評分所分別對應的權重系數(shù)，將當前啟動過程中的啟動評分和穩(wěn)定性評分別與對應預設的權重系數(shù)相乘，然后求和得到當前啟動過程中的性能評估指數(shù)。

34、在一些實施例中，結合歷史數(shù)據(jù)進一步評估，得到氫燃料電池的性能表現(xiàn)值，具體為：

35、以當前啟動過程為分界點，提取分界點前近x次啟動過程所對應的性能評估指數(shù)，x＞5；

36、將當前啟動過程中的性能評估指數(shù)分別與近x次啟動過程所對應的性能評估指數(shù)進行一一比對，若某一次啟動過程中所對應的性能評估指數(shù)大于當前啟動過程中的性能評估指數(shù)，則計算兩者的差值記為性能下降值，若某一次啟動過程中的所對應的性能評估指數(shù)小于當前啟動過程中的性能評估指數(shù)，則計算兩者的差值并取絕對值，記為性能上升值；

37、計算性能上升值和性能下降值的比值，即性能上升值/性能下降值，得到氫燃料電池的性能表現(xiàn)值。

38、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

39、本發(fā)明通過在接收到預充策略完成信號后，根據(jù)預設速率逐步增加燃料電池的負載，實時監(jiān)測電流、電壓和溫度等影響參數(shù)的變化，并根據(jù)分析結果動態(tài)調(diào)整燃料電池單元fcu和dcdc變換器的參數(shù)，以適應負載變化，解決了現(xiàn)有技術在啟動時對負載的增加往往采用固定不變的策略，沒有對fcu功能和dcdc變換器功能進行高效整合，并根據(jù)負載增加過程中的電流、電壓和溫度變化對fcu功能和dcdc變換器功能進行動態(tài)調(diào)整的問題；

40、本發(fā)明通過自檢程序對所有組件狀態(tài)進行自檢，并檢測電池組中各單體電池的電壓，預設電壓參考閾值，識別出電壓低于閾值的電池，并激活預充電路進行充電，直至所有電池達到啟動所需的電壓水平，確保電池組電壓均衡；

41、本發(fā)明通過分析設定時間段內(nèi)的電壓、電流和溫度的均值，并與預設的最高允許值進行比較，計算預警評估指數(shù)，從而實現(xiàn)對潛在問題的早期識別和預警；

42、本發(fā)明通過在氫燃料電池達到穩(wěn)定運行狀態(tài)后，記錄啟動過程中的性能指標參數(shù)，并進行綜合評估，得到氫燃料電池在該次啟動過程中的性能評估指數(shù)，反映了氫燃料電池在當前啟動過程中的性能狀態(tài)，進一步以當前啟動過程為分界點，提取分界點前近x次啟動過程所對應的性能評估指數(shù)，并與當前啟動性能評估指數(shù)進行比對，通過計算性能上升值和性能下降值的比值，得到氫燃料電池的性能表現(xiàn)值，從而反映了氫燃料電池的歷史性能表現(xiàn)趨勢。