[发明专利]燃料电池与蓄电池混合动力驱动系统控制方法

摘要

一种燃料电池与蓄电池混合动力驱动系统控制方法，涉及混合动力驱动技术领域，所解决的是改善燃料电池动态响应特性，及提高燃料电池的耐久性的技术问题。该方法让燃料电池的功率输出跟随负载的稳态输出变化，实现燃料电池与蓄电池之间功率的合理分配；以蓄电池的荷电状态为依据对蓄电池的充放电进行控制，使蓄电池的SOC值在理想范围内变动，并通过对电流控制型DC/DC变换器的控制实现燃料电池的输出功率调节，保持蓄电池的SOC在稳定状态，实现对蓄电池的充放电管理，并将可拓控制应用到变换器的控制中，使混合能量系统获得更好的性能。本发明提供的方法，适用于燃料电池与蓄电池混合动力驱动系统。

主权项

一种燃料电池与蓄电池混合动力驱动系统控制方法，涉及配置有燃料电池、蓄电池及DC/DC变换器的混合动力驱动系统，其特征在于：采用方法1控制燃料电池，采用方法2控制蓄电池，采用方法3控制DC/DC变换器；方法1：燃料电池控制1.1)根据负载功率需求P_demand及混合动力驱动系统当前的工作状态，分配燃料电池和蓄电池的输出功率，得到燃料电池的输出功率P_fuel；1.2)根据燃料电池的输出功率P_fuel与实时采集得到的燃料电池的输出电压U_fc计算出燃料电池的期望输出电流I_fc，作为负载电流的参考给定，具体计算公式为：I_fc＝P_fuel/U_fc1.3)令蓄电池的输出功率P_bat跟随负载功率需求P_demand及燃料电池的输出功率P_fuel的差值自适应变化，跟随公式为：P_bat＝P_demand‑P_fuel1.4)对燃料电池的输出端电流进行限制，使得燃料电池的输出功率在0至额定最大输出功率之间，并且通过改变DC/DC变换器的占空比的方式，将燃料电池的输出电流调节为期望输出电流I_fc；方法2：蓄电池控制计算蓄电池的实时SOC值与预先设定的标准值SOC_ref之间的偏差，并根据计算值对蓄电池进行充放电管理；如果蓄电池的实时SOC值与标准值SOC_ref之间的偏差的绝对值大于5％，且蓄电池的实时SOC值大于蓄电池的标准值SOC_ref，则对蓄电池进行放电，直至蓄电池的实时SOC值与标准值SOC_ref之间的偏差的绝对值小于5％；如果蓄电池的实时SOC值与标准值SOC_ref之间的偏差的绝对值大于5％，且蓄电池的实时SOC值小于蓄电池的标准值SOC_ref，则对蓄电池进行充电，直至蓄电池的实时SOC值与标准值SOC_ref之间的偏差的绝对值小于5％；方法3：DC/DC变换器控制构建可拓控制器，利用可拓控制器对DC/DC变换器进行控制，可拓控制器的构建步骤如下：3.1)定义可拓控制器的控制偏差为e，偏差微分为ec，有e＝I_fc‑I，ec＝de/dt；其中，I_fc为燃料电池的期望输出电流；I为DC/DC变换器的输出电流；3.2)设e与ec的特征平面的原点为S₀(0,0)，则定义：$M_0=\sqrt{{e_{om}}^2+{{\mathrm{ec}}_{om}}^2}$$M_{-1}=\sqrt{{e_m}^2+{{\mathrm{ec}}_m}^2}$其中，e_om为经典域的偏差，ec_om为经典域的偏差微分，e_m为可拓域的偏差，ec_m为可拓域的偏差微分；3.3)设S(e,ec)为e与ec的特征平面上的任意一点,得到关联函数为：$K\left(S\right)=\left\{\begin{array}{cc}1-\left|{\mathrm{SS}}_0\right|/M_0& S\∈R_{oy}\\ M_0-\left|{\mathrm{SS}}_0\right|/(M_{-1}-M_0)& S\∉R_{oy}\end{array}\right.$$\left|{\mathrm{SS}}_0\right|=\sqrt{k_1{e}^2+k_2{\mathrm{ec}}^2}$其中，R_oy为经典域，k₁、k₂为加权系数；3.4)得到可拓控制器的控制模型公式为：$\left\{\begin{array}{cc}u\left(t\right)=u(t-1)& K\left(S\right)\≥0\\ u\left(t\right)=-K\left(S\right)\×sgn\left(e\right)+\mathrm{\ϵ}& -1\≤K\left(S\right)\<0\\ u\left(t\right)=u_M& K\left(S\right)\<-1\end{array}\right.$$sgn\left(e\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& e\>0\\ 0& e=0\\ -1& e\<0\end{array}\right.$$\mathrm{\ϵ}=\left\{\begin{array}{cc}{K}_I\underset{0}{\overset{t}{\∫}}edt+K_P& \left|e\right|\≥\mathrm{\δ}\\ 0& \left|e\right|\<\mathrm{\δ}\end{array}\right.$其中，t表示对DC/DC变换器的输出电流进行采样的采样时刻，u(t)为可拓控制器在t时刻的输出值，u(t‑1)为可拓控制器在t‑1时刻的输出值，ε为修正量，K_I、K_P为适当常数，δ为正小数，u_M是大于0的常数。