[发明专利]一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法

权利要求书

1.一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、将燃料电池通过单向DC/DC变换器接入直流母线，将蓄电池通过双向DC/DC变换器接入直流母线；

(2)、通过改进的直流电压下垂控制方法计算各DC/DC变换器的电压外环指令；

其中，τ＝1，2；表示单向DC/DC变换器的电压外环指令，表示双向DC/DC变换器的电压外环指令；表示单向DC/DC变换器的空载电压设定值，表示双向DC/DC变换器的空载电压设定值；表示单向DC/DC变换器的下垂控制器，表示双向DC/DC变换器的下垂控制器；表示单向DC/DC变换器的输出功率，表示双向DC/DC变换器的输出功率；表示单向DC/DC变换器的低通滤波器传递函数，表示双向DC/DC变换器的低通滤波器传递函数；表示单向DC/DC变换器的功率指令，表示双向DC/DC变换器的功率指令；

(3)、设计所述的下垂控制器

下垂控制器采用PI控制，其传递函数为：

其中，k_p为比例系数，k_i为积分系数，EN_τ为下垂控制器中积分器的使能信号，s表示S域；

(4)、将步骤(3)设计的代入到步骤(2)中，计算出各DC/DC变换器的实际电压外环指令值，再通过该实际电压外环指令值调节燃料电池与蓄电池的平均输出功率，实现功率控制。

2.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法，其特征在于，所述的DC/DC变换器均采用电流内环、电压外环的双闭环控制策略，且电压环与电流环均采用PI控制器；

其中，通过设计各DC/DC变换器的PI控制器的参数，使燃料电池侧的DC/DC变换器的电流环、电压环的带宽均小于蓄电池侧的DC/DC变换器的电流环与电压环的带宽。

3.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法，其特征在于，所述的使能信号EN_τ将各DC/DC变换器的控制模式划分为功率控制模式和电压控制模式，其中，当使能信号EN_τ取0时，DC/DC变换器工作在电压控制模式，当使能信号EN_τ取1时，DC/DC变换器工作在功率控制模式。

4.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法，其特征在于，所述的使能信号EN_τ的值由蓄电池的荷电状态和直流母线电压的值确定；具体确定方法为：

设直流母线电压为V_dc，设定的电压门限值为V_u，蓄电池的荷电状态为SOC，蓄电池的荷电状态的门限值为SOC_u，则有：

当V_dc＜V_u,SOC＜SOC_u时，燃料电池侧的下垂控制器中积分器的使能信号取值为1，蓄电池侧的下垂控制器中积分器的使能信号取值为0；

当V_dc＜V_u,SOC＞SOC_u时，燃料电池侧的下垂控制器中积分器的使能信号取值为0，蓄电池侧的下垂控制器中积分器的使能信号取值为1；

当V_dc＞V_u时，燃料电池侧和蓄电池侧的下垂控制器中积分器的使能信号均取值为0。

5.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法，其特征在于，所述DC/DC变换器的功率指令的计算方法为：

1)、利用模糊控制器计算燃料电池侧DC/DC变换器的功率指令

以燃料电池的输出功率与期望的输出功率的偏差率Δγ_fc和直流母线电压与直流母线电压的额定值的偏差率Δγ_dc作为模糊控制器的输入变量，以燃料电池侧DC/DC变换器的功率指令占负载功率P_Load的比例为模糊控制器的输出变量；

其中，

P_fc(t)为燃料电池的实时输出功率，P_{fc_u}为期望的燃料电池输出功率，V_dc(t)母线电压实时值，V_{dc_rated}为额定母线电压；

2)、利用模糊控制器计算蓄电池电池侧DC/DC变换器的功率指令

以蓄电池的实时SOC值与期望的SOC值的差值ΔS_bat和直流母线电压与直流母线电压的额定值的偏差率Δγ_dc作为模糊控制器的输入变量，以蓄电池侧DC/DC变换器的功率指令为模糊控制器的输出变量；

其中，

S(t)为蓄电池的实时SOC值，S_ref为蓄电池期望的SOC值。