本發(fā)明屬于混合動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于燃料電池陣列的機(jī)車用混合動(dòng)力控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著全球環(huán)境污染問題逐步加重，開發(fā)利用清潔能源已經(jīng)成為了一種解決環(huán)境問題的有效方式。在眾多清潔能源中，氫能是一種具有高效、可靠、無污染和安全等特點(diǎn)的能源，而且燃料電池作為氫能利用的一種典型應(yīng)用實(shí)例，目前已被廣泛的研究。燃料電池能夠高效的將氫能轉(zhuǎn)換為電能為用電設(shè)備提供能量，但是燃料電池對(duì)負(fù)載功率變化的跟隨能力相對(duì)較弱，因此在許多應(yīng)用中，燃料電池均與儲(chǔ)能設(shè)備組成混合動(dòng)力系統(tǒng)為負(fù)載供電。

目前國內(nèi)外已經(jīng)將燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用，如：機(jī)車、汽車、船舶、飛行器等。當(dāng)前燃料電池機(jī)車中均使用大功率燃料電池并聯(lián)組成燃料電池系統(tǒng)，若使用大功率燃料電池到不同功率等級(jí)的機(jī)車應(yīng)用時(shí)會(huì)遇到功率等級(jí)不品配等問題，造成資源浪費(fèi)，因此，功率相對(duì)較小燃料電池子系統(tǒng)可靈活地組合成不同功率等級(jí)的燃料電池系統(tǒng)，有效降低燃料電池系統(tǒng)成本，此外，多個(gè)功率相對(duì)較小的燃料電池子系統(tǒng)組并聯(lián)使用可提高燃料電池系統(tǒng)的可靠性。

針對(duì)目前的燃料電池機(jī)車研究領(lǐng)域，將燃料電池陣列應(yīng)用于機(jī)車的研究相對(duì)較少，因此，針對(duì)燃料電池陣列混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理方法相對(duì)較為簡單且數(shù)量較少。且現(xiàn)有的對(duì)于機(jī)車用的燃料電池陣列混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理，無法有效實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)和蓄電池組的能量分配最優(yōu)化，存在燃料電池系統(tǒng)成本高且燃料電池的效率低，造成資源浪費(fèi)量較大，蓄電池使用壽命低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于燃料電池陣列的機(jī)車用混合動(dòng)力控制系統(tǒng)及方法，能夠保證系統(tǒng)安全可靠，同時(shí)減少系統(tǒng)能量損失；有效降低燃料電池系統(tǒng)成本，避免資源浪費(fèi)；維持蓄電池soc，延長蓄電池使用壽命；同時(shí)優(yōu)化燃料電池陣列中各燃料電池子單元的輸出功率，提高燃料電池系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)燃料經(jīng)濟(jì)性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于燃料電池陣列的機(jī)車用混合動(dòng)力控制系統(tǒng)，包括燃料電池系統(tǒng)、蓄電池組、機(jī)車牽引系統(tǒng)、主控制器、制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)和采集電路；

所述燃料電池系統(tǒng)輸出端的直流母線分別連接至蓄電池組、機(jī)車牽引系統(tǒng)和制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)，所述主控器分別連接燃料電池系統(tǒng)、制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)和采集電路，所述采集電路設(shè)置在直流母線及直流母線的分支線路上；

所述主控制器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，通過分級(jí)控制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行能量管理；所述燃料電池系統(tǒng)和蓄電池組為所述機(jī)車牽引系統(tǒng)提供能量，所述制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)用于車制動(dòng)能量的消耗。

進(jìn)一步的是，所述燃料電池系統(tǒng)包括多個(gè)相互并聯(lián)的燃料電池子單元，所述燃料電池子單元包括多個(gè)相互串聯(lián)的燃料電池子模組，燃料電池子模組包括燃料電池電堆、輔機(jī)設(shè)備和單向dc/dc變換器，所述輔機(jī)設(shè)備和單向dc/dc變換器分別與燃料電池電堆連接，相鄰燃料電池子模組中的單向dc/dc變換器相互串聯(lián)，相鄰燃料電池子模組中的輔機(jī)設(shè)備相互并聯(lián)后并聯(lián)至燃料電池子單元的輸出線路上，所述各燃料電池子單元的輸出線路并聯(lián)連接后作為所述燃料電池系統(tǒng)輸出端連接至直流母線；所述主控制器分別連接至每個(gè)所述單向dc/dc變換器。

進(jìn)一步的是，所述燃料電池系統(tǒng)包括n×m個(gè)燃料電池子單元，所述燃料電池電堆中的燃料電池單體功率大于等于30kw；n個(gè)串聯(lián)的燃料電池子模組輸出功率及系統(tǒng)狀態(tài)保持一致，m個(gè)并聯(lián)的燃料電池子單元輸出功率根據(jù)優(yōu)化結(jié)果而定。

由于通過功率相對(duì)較小的燃料電池子模組可靈活地組合成不同功率等級(jí)的燃料電池系統(tǒng)，所以通過建立燃料電池子模組和燃料電池子單元的配置，可有效降低燃料電池系統(tǒng)的成本，提高燃料電池系統(tǒng)的利用率，減少資源浪費(fèi)。

進(jìn)一步的是，所述機(jī)車牽引系統(tǒng)包括多個(gè)機(jī)車牽引單元，所述機(jī)車牽引單元包括相互連接的牽引逆變器和牽引電機(jī)；

所述制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)包括多組制動(dòng)單元，所述制動(dòng)單元包括相互連接的斬波器和制動(dòng)電阻；所述主控制器分別連接至每個(gè)斬波器；通過斬波器和制動(dòng)電阻的配合，增強(qiáng)了制動(dòng)能量的消耗效率。

進(jìn)一步的是，所述主控制器實(shí)現(xiàn)兩級(jí)控制包括系統(tǒng)級(jí)控制和燃料電池模組級(jí)控制。

進(jìn)一步的是，所述主控制器對(duì)系統(tǒng)中的能量進(jìn)行分配包括：主控制器對(duì)燃料電池系統(tǒng)和蓄電池組的能量分配；主控制器通過控制蓄電池組進(jìn)行能量回收；主控制器通過控制制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)進(jìn)行能量消耗。

進(jìn)一步的是，所述采集電路包括均連接至主控制器的電流采集電路ⅰ、電壓采集電路、電流采集電路ⅱ和電流采集電路ⅲ；所述電流采集電路ⅰ和電壓采集電路設(shè)置在所述直流母線上，所述電流采集電路ⅱ設(shè)置在直流母線至蓄電池組的分支線路上，所述電流采集電路ⅲ設(shè)置在蓄電池組至機(jī)車牽引系統(tǒng)之間的直流母線上；檢測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)反送至主控制器中。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種基于燃料電池陣列的機(jī)車用混合動(dòng)力控制方法，包括系統(tǒng)級(jí)控制和燃料電池模組級(jí)控制。

進(jìn)一步的是，所述系統(tǒng)級(jí)控制包括步驟：

步驟1.1，系統(tǒng)初始化；

設(shè)定系統(tǒng)直流母線電壓處于制動(dòng)狀態(tài)的閥值，設(shè)定燃料電池系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)功率變動(dòng)極限值，設(shè)定蓄電池組的目標(biāo)soc值，設(shè)定蓄電池組最小充電電流值，設(shè)定燃料電池子單元的最小輸出功率，啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)；

步驟1.2，檢測(cè)機(jī)車牽引系統(tǒng)是否處于制動(dòng)狀態(tài)；

若機(jī)車處于制動(dòng)狀態(tài)，則使燃料電池系統(tǒng)的輸出功率逐步逼近最小輸出功率值并且蓄電池組進(jìn)行充電，根據(jù)蓄電池組的soc計(jì)算當(dāng)前荷電狀態(tài)下蓄電池組的最大充電功率，其次根據(jù)制動(dòng)能量大小決定是否啟動(dòng)制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)能量消耗，執(zhí)行完上述步驟，回到步驟1.2；若機(jī)車不處于制動(dòng)狀態(tài)，則進(jìn)入步驟1.3；

步驟1.3，檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)當(dāng)前輸出功率與機(jī)車牽引系統(tǒng)需求功率的差值的絕對(duì)值是否大于設(shè)定極限值；

若大于，則根據(jù)機(jī)車牽引系統(tǒng)變動(dòng)情況，燃料電池系統(tǒng)在約束條件內(nèi)跟隨機(jī)車牽引系統(tǒng)的功率變化；若燃料電池系統(tǒng)輸出功率仍小于機(jī)車牽引系統(tǒng)功率，則蓄電池組放電補(bǔ)償；若燃料電池系統(tǒng)輸出功率仍大于機(jī)車牽引系統(tǒng)功率，則蓄電池組充電補(bǔ)償；執(zhí)行完上述步驟，回到步驟1.2；若不大于，則進(jìn)入步驟1.4；

步驟1.4，檢測(cè)蓄電池組的soc是否大于目標(biāo)值；

若蓄電池組的soc大于目標(biāo)值，則調(diào)整燃料電池系統(tǒng)輸出功率小于負(fù)載功率，對(duì)蓄電池進(jìn)行淺放電；

若蓄電池組的soc小于目標(biāo)值，則調(diào)整燃料電池系統(tǒng)輸出功率大于負(fù)載功率，對(duì)蓄電池進(jìn)行淺充電；

執(zhí)行完上述步驟，回到步驟1.2。

進(jìn)一步的是，由所述系統(tǒng)級(jí)控制得到燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率，所述目標(biāo)輸出功率為每一個(gè)燃料電池子單元輸出功率的總和；由所述燃料電池模組級(jí)控制對(duì)m個(gè)燃料電池子單元輸出功率進(jìn)行優(yōu)化；

所述燃料電池模組級(jí)控制包括步驟：

步驟2.1：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率是否小于最小輸出功率；若是，則使m個(gè)燃料電池子單元以最小輸出功率輸出；若否而進(jìn)入步驟2.2；

步驟2.2：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率值是否小于預(yù)設(shè)的第1個(gè)優(yōu)化功率點(diǎn)；若是，則使第2至第m個(gè)燃料電池子單元以最小輸出功率輸出，第2至第m個(gè)燃料電池子單元輸出功率總和為(m-1)倍的最小輸出功率，而第1個(gè)燃料電池子單元輸出功率值為目標(biāo)輸出功率(m-1)倍的最小輸出功率之差；若否，則轉(zhuǎn)入步驟2.3；

步驟2.3：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率值是否小于預(yù)設(shè)的第2個(gè)優(yōu)化功率點(diǎn)；若是，則使第3至第m個(gè)燃料電池子單元以最小輸出功率輸出，而第1和第2個(gè)燃料電池子單元輸出功率通過基于燃料電池系統(tǒng)效率的瞬時(shí)優(yōu)化方法得到，所述瞬時(shí)優(yōu)化方法的目標(biāo)為使燃料電池系統(tǒng)效率最高；若否則，進(jìn)入步驟2.4；

步驟2.4：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率值是否小于預(yù)設(shè)的第3個(gè)優(yōu)化功率點(diǎn)；

若是，則使第4至第m個(gè)燃料電池子單元以最小輸出功率輸出，而第1至第3個(gè)燃料電池子單元輸出功率需要通過基于燃料電池系統(tǒng)效率的瞬時(shí)優(yōu)化方法得到，所述瞬時(shí)優(yōu)化方法的目標(biāo)為使燃料電池系統(tǒng)效率最高；若否，則進(jìn)入步驟2.5；

步驟2.5:按照步驟2.3和步驟2.4，依次類推直至步驟2.m；

步驟2.m+1：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率值是否小于預(yù)設(shè)的第m個(gè)優(yōu)化功率點(diǎn)；若是，第1至第m個(gè)燃料電池子單元輸出功率需要通過基于燃料電池系統(tǒng)效率的瞬時(shí)優(yōu)化方法得到，所述瞬時(shí)優(yōu)化方法的目標(biāo)為使燃料電池系統(tǒng)效率最高；若否，則第1至第m個(gè)燃料電池子單元輸出功率為目標(biāo)輸出功率除以m。

采用本技術(shù)方案的有益效果：

本發(fā)明所提出的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，燃料電池系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)并聯(lián)為機(jī)車牽引系統(tǒng)提供能量，而制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)可配合蓄電池組進(jìn)行制動(dòng)能量的安全回收，保證系統(tǒng)安全可靠，同時(shí)減少系統(tǒng)能量的損失；

此外，本發(fā)明所提出的控制方法在滿足負(fù)載動(dòng)態(tài)需求的前提下，能夠維持蓄電池soc，延長蓄電池使用壽命；并且通過燃料電池系統(tǒng)效率的瞬時(shí)優(yōu)化方法對(duì)燃料電池子單元的輸出功率進(jìn)行優(yōu)化，提高燃料電池系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)燃料經(jīng)濟(jì)性；

本發(fā)明專利提出了一種基于燃料電池陣列的機(jī)車用混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法，在進(jìn)行能量管理時(shí)分為兩級(jí)控制：(1)系統(tǒng)級(jí)控制主要控制燃料電池系統(tǒng)和蓄電池組的能量分配滿足負(fù)載功率需求，同時(shí)進(jìn)行制動(dòng)能量的回收以及蓄電池soc的維持；(2)燃料電池系統(tǒng)級(jí)控制主要控制燃料電池系統(tǒng)中燃料電池子單元的能量分配，目的在于提高燃料電池系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)燃料經(jīng)濟(jì)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種基于燃料電池陣列的機(jī)車用混合動(dòng)力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中系統(tǒng)級(jí)控制的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明中燃料電池模組級(jí)的流程示意圖；

其中，010是燃料電池子模組，011是燃料電池電堆，012是輔機(jī)設(shè)備，013是單向dc/dc變換器，020是電流采集電路ⅰ，021是電壓采集電路，022是電流采集電路ⅱ，023是電流采集電路ⅲ，001是主控制器，030是蓄電池組，040是機(jī)車牽引系統(tǒng)，041是機(jī)車牽引單元，042是牽引逆變器，050是制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)，051是斬波器，052制動(dòng)電阻，060是燃料電池子單元，070是燃料電池系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

在本實(shí)施例中，參見圖1所示，本發(fā)明提出了一種基于燃料電池陣列的機(jī)車用混合動(dòng)力控制系統(tǒng)，包括燃料電池系統(tǒng)070、蓄電池組030、機(jī)車牽引系統(tǒng)040、主控制器001、制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)050和采集電路；

所述燃料電池系統(tǒng)070輸出端的直流母線分別連接至蓄電池組030、機(jī)車牽引系統(tǒng)040和制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)050，所述主控器分別連接燃料電池系統(tǒng)070、制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)050和采集電路，所述采集電路設(shè)置在直流母線及直流母線的分支線路上；

所述主控制器001對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，通過分級(jí)控制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行能量管理；所述燃料電池系統(tǒng)070和蓄電池組030為所述機(jī)車牽引系統(tǒng)040提供能量，所述制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)050用于車制動(dòng)能量的消耗。

作為上述實(shí)施例的優(yōu)化方案，所述燃料電池系統(tǒng)070包括多個(gè)相互并聯(lián)的燃料電池子單元060，所述燃料電池子單元060包括多個(gè)相互串聯(lián)的燃料電池子模組010，燃料電池子模組010包括燃料電池電堆011、輔機(jī)設(shè)備012和單向dc/dc變換器013，所述輔機(jī)設(shè)備012和單向dc/dc變換器013分別與燃料電池電堆011連接，相鄰燃料電池子模組010中的單向dc/dc變換器013相互串聯(lián)，相鄰燃料電池子模組010中的輔機(jī)設(shè)備012相互并聯(lián)后并聯(lián)至燃料電池子單元060的輸出線路上，所述各燃料電池子單元060的輸出線路并聯(lián)連接后作為所述燃料電池系統(tǒng)070輸出端連接至直流母線；所述主控制器001分別連接至每個(gè)所述單向dc/dc變換器013。

所述燃料電池系統(tǒng)070包括n*m個(gè)燃料電池子單元060，所述燃料電池電堆011中的燃料電池單體功率大于等于30kw；n個(gè)串聯(lián)的燃料電池子模組010輸出功率及系統(tǒng)狀態(tài)保持一致，m個(gè)并聯(lián)的燃料電池子單元060輸出功率根據(jù)優(yōu)化結(jié)果而定。

由于通過功率相對(duì)較小的燃料電池子模組010可靈活地組合成不同功率等級(jí)的燃料電池系統(tǒng)070，所以通過建立燃料電池子模組010和燃料電池子單元060的配置，可有效降低燃料電池系統(tǒng)070的成本，提高燃料電池系統(tǒng)070的利用率，減少資源浪費(fèi)。

作為上述實(shí)施例的優(yōu)化方案，所述機(jī)車牽引系統(tǒng)040包括多個(gè)機(jī)車牽引單元041，所述機(jī)車牽引單元041包括相互連接的牽引逆變器042和牽引電機(jī)；

所述制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)050包括多組制動(dòng)單元，所述制動(dòng)單元包括相互連接的斬波器051和制動(dòng)電阻052；所述主控制器001分別連接至每個(gè)斬波器051；通過斬波器051和制動(dòng)電阻052的配合，增強(qiáng)了制動(dòng)能量的消耗效率。

作為上述實(shí)施例的優(yōu)化方案，所述主控制器001實(shí)現(xiàn)兩級(jí)控制包括系統(tǒng)級(jí)控制和燃料電池模組級(jí)控制。

所述主控制器001對(duì)系統(tǒng)中的能量進(jìn)行分配包括：主控制器001對(duì)燃料電池系統(tǒng)070和蓄電池組030的能量分配；主控制器001通過控制蓄電池組030進(jìn)行能量回收；主控制器001通過控制制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)050進(jìn)行能量消耗。

作為上述實(shí)施例的優(yōu)化方案，所述采集電路包括均連接至主控制器001的電流采集電路ⅰ020、電壓采集電路021、電流采集電路ⅱ022和電流采集電路ⅲ023；所述電流采集電路ⅰ020和電壓采集電路021設(shè)置在所述直流母線上，所述電流采集電路ⅱ022設(shè)置在直流母線至蓄電池組030的分支線路上，所述電流采集電路ⅲ023設(shè)置在蓄電池組030至機(jī)車牽引系統(tǒng)040之間的直流母線上；檢測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)反送至主控制器001中。

為配合本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)，基于相同的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種基于燃料電池陣列的機(jī)車用混合動(dòng)力控制方法，包括系統(tǒng)級(jí)控制和燃料電池模組級(jí)控制。

如圖2所示，所述系統(tǒng)級(jí)控制包括步驟1.1-1.4。

步驟1.1，系統(tǒng)初始化；

設(shè)定系統(tǒng)直流母線電壓處于制動(dòng)狀態(tài)的閥值uset和uset_min，設(shè)定燃料電池系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)功率變動(dòng)極限值δpfcs_set，設(shè)定蓄電池組的目標(biāo)soc值socobj，設(shè)定蓄電池組最小充電電流值iset，設(shè)定燃料電池子單元的最小輸出功率pfcs_min，啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)。

步驟1.2，檢測(cè)機(jī)車牽引系統(tǒng)是否處于制動(dòng)狀態(tài)；

若機(jī)車處于制動(dòng)狀態(tài)，則使燃料電池系統(tǒng)的輸出功率逐步逼近最小輸出功率pfcs_min并且蓄電池組進(jìn)行充電；

根據(jù)蓄電池組的soc計(jì)算當(dāng)前荷電狀態(tài)下蓄電池組的最大充電功率，其次根據(jù)制動(dòng)能量大小決定是否啟動(dòng)制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)能量消耗；

具體為，根據(jù)當(dāng)前蓄電池組荷電狀態(tài)計(jì)算蓄電池組的最大充電功率，根據(jù)直流母線對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電；若蓄電池組充電過程中充電功率已經(jīng)達(dá)到最大充電功率，則啟動(dòng)制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)；若機(jī)車退出蓄電池組充電狀態(tài)則需滿足3個(gè)條件：⑴制動(dòng)能量消耗系統(tǒng)已經(jīng)退出能量消耗過程；⑵母線電壓值小于設(shè)定閥值電壓；⑶蓄電池組充電電流小于設(shè)定值，執(zhí)行完上述步驟，若機(jī)車退出蓄電池充電狀態(tài)則回到步驟1.2，否則繼續(xù)給蓄電池組充電，直至機(jī)車退出蓄電池充電狀態(tài)才回到步驟1.2；

執(zhí)行完上述步驟，回到步驟1.2；

若機(jī)車不處于制動(dòng)狀態(tài)，則進(jìn)入步驟1.3。

步驟1.3，檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)當(dāng)前輸出功率與機(jī)車牽引系統(tǒng)需求功率的差值的絕對(duì)值是否大于設(shè)定極限值；

若大于，則根據(jù)機(jī)車牽引系統(tǒng)變動(dòng)情況，燃料電池系統(tǒng)在約束條件內(nèi)跟隨機(jī)車牽引系統(tǒng)的功率變化；若燃料電池系統(tǒng)輸出功率仍小于機(jī)車牽引系統(tǒng)功率，則蓄電池組放電補(bǔ)償；若燃料電池系統(tǒng)輸出功率仍大于機(jī)車牽引系統(tǒng)功率，則蓄電池組充電補(bǔ)償；

具體分為兩種情況：⑴燃料電池系統(tǒng)當(dāng)前輸出功率與負(fù)載需求功率的差值大于設(shè)定極限值，燃料電池系統(tǒng)在約束條件內(nèi)盡量跟隨負(fù)載功率，蓄電池組對(duì)燃料電池系統(tǒng)輸出功率的缺額進(jìn)行放電補(bǔ)償；⑵燃料電池系統(tǒng)當(dāng)前輸出功率與負(fù)載需求功率的差值不大于設(shè)定極限值，燃料電池系統(tǒng)在約束條件內(nèi)盡量跟隨負(fù)載功率，蓄電池組對(duì)燃料電池系統(tǒng)輸出功率的多余部分進(jìn)行充電補(bǔ)償；

執(zhí)行完上述步驟，回到步驟1.2；

若不大于，則進(jìn)入步驟1.4。

步驟1.4，檢測(cè)蓄電池組的soc是否大于目標(biāo)值；

若蓄電池組的soc大于目標(biāo)值，則調(diào)整燃料電池系統(tǒng)輸出功率小于負(fù)載功率，對(duì)蓄電池進(jìn)行淺放電補(bǔ)償功率缺額；

若蓄電池組的soc小于目標(biāo)值，則調(diào)整燃料電池系統(tǒng)輸出功率大于負(fù)載功率，對(duì)蓄電池進(jìn)行淺充電；

執(zhí)行完上述步驟，回到步驟1.2。

由所述系統(tǒng)級(jí)控制得到燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率pfcs_all，所述目標(biāo)輸出功率pfcs_all為每一個(gè)燃料電池子單元輸出功率的總和；由所述燃料電池模組級(jí)控制對(duì)m個(gè)燃料電池子單元輸出功率p1到pm進(jìn)行優(yōu)化。

如圖3所示，所述燃料電池模組級(jí)控制，包括以下m+1個(gè)步驟。

步驟2.1：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率是否小于最小輸出功率；若是，則使m個(gè)燃料電池子單元以最小輸出功率輸出pfcs_min，即p1到pm均等于pfcs_min；

而每個(gè)燃料電池子模組的輸出功率由公式(1)得到：

若否而進(jìn)入步驟2.2。

步驟2.2：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率值是否小于預(yù)設(shè)的第1個(gè)優(yōu)化功率點(diǎn)；

若pfcs_all<mpfcs_min+δpeff，則使第2至第m個(gè)燃料電池子單元以最小輸出功率pfcs_min輸出，第2至第m個(gè)燃料電池子單元輸出功率總和為(m-1)倍的最小輸出功率，即(m-1)pfcs_min；而第1個(gè)燃料電池子單元輸出功率值為目標(biāo)輸出功率(m-1)倍的最小輸出功率之差，即pfcs_all-(m-1)pfcs_min；每個(gè)燃料電池子模組的功率由(1)式得到；

若否，則轉(zhuǎn)入步驟2.3。

步驟2.3：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率值是否小于預(yù)設(shè)的第2個(gè)優(yōu)化功率點(diǎn)；

若pfcs_all<mpfcs_min+2δpeff，則使第3至第m個(gè)燃料電池子單元以最小輸出功率pfcs_min輸出，而第1和第2個(gè)燃料電池子單元輸出功率通過基于燃料電池系統(tǒng)效率的瞬時(shí)優(yōu)化方法得到，所述瞬時(shí)優(yōu)化方法的目標(biāo)為使燃料電池系統(tǒng)效率最高；每個(gè)燃料電池子模組的功率由(1)式得到；

若否則，進(jìn)入步驟2.4；

其中，基于燃料電池陣列效率的瞬時(shí)優(yōu)化方法具體為：

公式(2)中η函數(shù)為燃料電池子單元的效率函數(shù)，j為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，pfcs_max為燃料電池子單元最大輸出功率。

步驟2.4：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率值是否小于預(yù)設(shè)的第3個(gè)優(yōu)化功率點(diǎn)；

若是，則使第4至第m個(gè)燃料電池子單元以最小輸出功率輸出，而第1至第3個(gè)燃料電池子單元輸出功率需要通過基于燃料電池系統(tǒng)效率的瞬時(shí)優(yōu)化方法得到，所述瞬時(shí)優(yōu)化方法的目標(biāo)為使燃料電池系統(tǒng)效率最高；若否，則進(jìn)入步驟2.5。

步驟2.5:按照步驟2.3和步驟2.4，依次類推直至步驟2.m。

步驟2.4至步驟2.m的優(yōu)化過程類似，取其中步驟2.k+1說明優(yōu)化方法，k+1值大于等于4且小于等于m；

步驟2.k+1：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率是否小于第k個(gè)優(yōu)化功率點(diǎn)；

若pfcs_all<mpfcs_min+kδpeff，則使第k+1至第m個(gè)個(gè)燃料電池子單元輸出最小功率pfcs_min，第1至第k個(gè)燃料電池子單元輸出功率由以下基于燃料電池陣列效率的瞬時(shí)優(yōu)化方法得到：

公式(3)中ηk-1函數(shù)為k-1個(gè)燃料電池子單元并聯(lián)后的效率函數(shù)，pc(k-1)為k-1個(gè)燃料電池子單元輸出功率之和；

根據(jù)公式(3)得到pc(k-1)和pk的值，則p1到pk-1由公式(4)得到

每個(gè)燃料電池子模組的功率由(1)式得到；若否而進(jìn)入步驟k+2。

步驟2.m+1：判定燃料電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率值是否小于預(yù)設(shè)的第m個(gè)優(yōu)化功率點(diǎn)；

若pfcs_all<mpfcs_min+mδpeff，第1至第m個(gè)燃料電池子單元輸出功率需要通過基于燃料電池系統(tǒng)效率的瞬時(shí)優(yōu)化方法得到，所述瞬時(shí)優(yōu)化方法的目標(biāo)為使燃料電池系統(tǒng)效率最高；其優(yōu)化過程與步驟2.k+1類似；

若否，則第1至第m個(gè)燃料電池子單元輸出功率為目標(biāo)輸出功率除以m。由公式(5)得到：

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。