[发明专利]一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法

说明书

本发明公开了一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法，针对瞬时功率的分配，将不同的DC/DC变换器的电流环响应速度设计得不同，以实现负载功率的不同频率分量在燃料电池与蓄电池之间合理的分配；针对平均功率的分配，是通过各DC/DC变换器的电压外环与下垂控制的配合，使调节燃料电池与蓄电池的平均输出功率，最后，通过引入模糊逻辑计算DC/DC变换器的输出功率指令，以实现对电源系统功率的自适应控制。

技术领域

本发明属于新能源电动汽车技术领域，更为具体地讲，涉及一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法。

背景技术

随着能源危机与环境问题的日益严峻，新能源电动车的开发备受世界瞩目，燃料电池汽车以其独特的节能环保优势得到了广泛的重视。由于纯燃料电池系统的输出特性偏软、动态响应慢，无法满足车辆在某些特殊工况下的功率需求，它通常与蓄电池或者超级电容等辅助能源组成多能源混合的电源系统。在多能源混合的电源系统中，必然涉及到多能源之间的功率分配问题，并且车辆的动力性能、燃料利用率、各能源的耐久性和可靠性都很大程度上取决于电源系统的功率控制方法。

针对电源系统中多能源之间的功率分配问题，国内外学者已经进行了大量的研究，他们从不同的优化目标出发，提出了多种功率分配策略，但是这些方法大部分都是基于中央控制器的集中控制方法，在通信发生故障时可能会造成严重的后果。此外，不少策略还存在设计实现困难、运算量大、实时性差、控制结构复杂等问题。

基于直流电压下垂控制的功率控制方法无需中央控制器，是一种在直流微电网中应用广泛的分布式控制方法，具有控制结构简单、动态性好、可靠性高等优点。因此，将直流电压下垂控制引入到车用燃料电池电源系统中，以提高电源系统的可靠性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法，通过直流电压下垂控制和模糊逻辑控制来实现功率在燃料电池与蓄电池之间的合理分配。

为实现上述发明目的，本发明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。

本发明的发明目的是这样实现的：