一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法技术方案

本发明专利技术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。

A power control method for the power system of vehicle fuel cell

The invention discloses a control method for fuel cell vehicle power supply system, according to the distribution of instantaneous power, the current DC/DC converter with different ring response speed is designed to be different, with different frequency components to achieve the reasonable distribution of load power between the fuel cell and the battery; distribution in the average power is. Through the DC/DC converter with voltage loop droop control with the average output power, adjust the fuel cell and battery finally, the output power command by fuzzy logic calculation of DC/DC converter, to achieve adaptive power control in power system.

【技术实现步骤摘要】
一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法
本专利技术属于新能源电动汽车
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。为实现上述专利技术目的，本专利技术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，kp为比例系数，ki为积分系数，ENτ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。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术为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。同时，本专利技术一种车用燃料电池电源系统的功率控制方法还具有以下有益效果：(1)、采用分布式控制方案，提高系统的可靠性(2)、控制结构简单、计算量小，实时性好。附图说明图1车用燃料电池汽车电源系统框图；图2电源系统的DC/DC变换器控制框图；图3改进的直流电压下垂控制框图；图4电源系统的模式切换图；图5燃料电池的模糊控制框图；图6蓄电池的模糊控制框图；图7CYC_HFWEI工况下电源系统的仿真曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1车用燃料电池汽车电源系统框图。在本实施例中，如图1所示，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；如图2所示，燃料电池侧与蓄电池侧的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。通过设计合理的PI控制器参数，使得燃料电池侧DC/DC变换器的电流环、电压环的带宽均小于蓄电池侧DC/DC变换器的电流环与电压环的带宽，从而使燃料电池与蓄电池分别响应负载功率的低频分量与高频分量。结合图3所示的改进的直流电压下垂控制器，利用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；其中，下垂控制器采用PI控制，其传递函数为：其中，kp为比例系数，ki为积分系数，ENτ为下垂控制器中积分器的使能信号，s表示S域；使能信号ENτ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；通过控制ENτ的值切换各DC/DC变换器的控制模式,在切换各DC/DC变换器的控制模式时,需保证至少一个DC/DC变换器工作在电压控制模式下；使能信号ENτ的取值与DC/DC变换器的控制模式的对应关系如表1所示，而使能信号ENτ的值由蓄电池的荷电状态和直流母线电压的值确定，根据两个DC/DC变换器的不同控制模式的组合，将电源系统的工作模式换分为3种工作模式，电源系统的模式切换图如图4所示，各DC/DC变换器的模式切换的控制逻辑如表2所示。表1是ENτ的取值与DC/DC变换器的控制模式的对应关系表。ENτ01控制模式电压控制模式功率控制模式表1表2是各DC/DC变换器的模式切换的控制逻辑表。表2在本实施例中，我们是利用模糊逻辑分别计算燃料电池与蓄电池侧的DC/DC变换器的功率指令下面进行详细说明：图5为燃料电池侧的模糊控制器控制框图，图5中是以燃料电池的输出功率与期望的输出功率的偏差率Δγfc和直流母线电压与直流母线电压的额定值的偏差率Δγdc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PLoad的比例为模糊控制器的输出变量；其中，Pfc(t)为燃料电池的实时输出功率，Pfc_u为期望的燃料电池输出功率，Vdc(t)母线电压实时值，Vdc_rated为额定母线电压；在本实施例中，Pfc_u取燃料电池最大输出功率的0.45倍，Δγfc的范围取为[-0.25,0.25]；Vdc_rated取600V，Δγdc的范围取为[-0.05,0.05]；的范围取为[0.75,1.25]。图6为蓄电池侧的模本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；

【技术特征摘要】
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，表示单向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，kp为比例系数，ki为积分系数，ENτ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...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹见效，李凯，谢川，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51