基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制方法及系统，属于新能源汽车技术领域。所述控制方法包括：获取燃料电池当前的输出电流；根据所述输出电流在预设的燃料电池的功率和输出电流的对应关系曲线上确定对应的二阶变化率；判断所述二阶变化率是否大于第一预设值；在判断所述二阶变化率大于第一预设值的情况下，根据公式(1)更新电导增量法的步长；在判断所述二阶变化率小于等于第一预设值的情况下，计算选取的点对应的变化率；判断变化率是否大于或等于最大变化率的第二预设值；在判断所述变化率大于或等于最大变化率的第二预设值的情况下，根据所述公式(1)更新电导增量法的步长；采用电导增量法调节燃料电池的占空比。料电池的占空比。料电池的占空比。

【技术实现步骤摘要】
基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及新能源汽车
，具体地涉及一种基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，全球能源危机和环境污染问题日趋严重，世界各国开始大力发展可再生能源。在世界各国逐渐开始禁售燃油汽车的大背景下，各大汽车制造商急需一种清洁能源来代替燃油，在各种各样的清洁能源中，燃料电池作为一种将化学能直接转化为电能的发电设备，被认为是最具潜力的绿色能源之一。其中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有清洁发电、高可靠性、高效率和低噪声的优点，已经开始逐渐应用到新能源汽车的研发当中。然而，质子交换膜燃料电池维护成本高、使用寿命短的问题，严重阻碍了其大规模的应用。采用先进的控制方法，是提高燃料电池整体性能的重要手段。其中，采用最大功率点跟踪(MPPT)技术是目前最常用的提高燃料电池整体性能的解决方案，尽管燃料电池的燃料效率和输出功率不能同时优化，但在一些实际应用中，功率密度比燃料的效率更加重要，因此，将燃料电池控制在最大功率点进行输出也正在逐渐成为研究热点。
[0003]目前，已经有大量的国内外学者对MPPT技术进行了深入的研究，采用了扰动观测法(P&O)，该方法的优点在于算法简单且易于实现，但是在稳态下会产生震荡，严重降低了燃料电池的效率；将扰动观测法与预测模型相结合，通过建立系统性能的目标函数，估算控制变量下一时刻的位置，来预测功率在曲线上的移动方向，但其预测模型公式较为复杂，在实际情况下难以实现；采用了固定电压法，通过预先设置的输出电压，不断调整电池的输出电压，直到达到预设值，该方法简单易实现，但当外界条件发生变化时，需要不断的改变预设电压，才能够实现MPPT控制，因此实际操作中并不实用。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的是提供一种基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制方法及系统，该控制方法及系统能够提高燃料电池的输出功率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制方法，包括：
[0006]获取燃料电池当前的输出电流；
[0007]根据所述输出电流在预设的燃料电池的功率和输出电流的对应关系曲线上确定对应的二阶变化率；
[0008]判断所述二阶变化率是否大于第一预设值；
[0009]在判断所述二阶变化率大于第一预设值的情况下，根据公式(1)更新电导增量法的步长，
[0010][0011]其中，D(k)为k时刻对应的boost电路的占空比，D(k
‑
1)为k
‑
1时刻对应的boost电路的占空比，N1为步长因子，为变化率；
[0012]在判断所述二阶变化率小于等于第一预设值的情况下，计算选取的点对应的变化率；
[0013]判断所述变化率是否大于或等于最大变化率的第二预设值；
[0014]在判断所述变化率大于或等于最大变化率的第二预设值的情况下，根据所述公式(1)更新电导增量法的步长；
[0015]采用电导增量法调节所述燃料电池的占空比。
[0016]可选地，所述控制方法还包括：
[0017]在判断所述变化率小于最大变化率的第二预设值的情况下，判断所述变化率是否大于或等于最大变化率的第三预设值；
[0018]在判断所述变化率大于或等于最大变化率的第三预设值的情况下，根据公式(2)更新电导增量法的步长，
[0019][0020]其中，N2为步长因子。
[0021]可选地，所述控制方法还包括：
[0022]在判断所述变化率小于最大变化率的第三预设值的情况下，根据公式(3)更新电导增量法的步长，
[0023][0024]其中，N3为步长因子。
[0025]可选地，所述第一预设值为0。
[0026]可选地，所述第二预设值为所述变化率的最大值的2/3。
[0027]可选地，所述第三预设值为所述变化率的最大值的1/3。
[0028]可选地，所述电导增量法包括：
[0029]判断所述燃料电池的输出电流是否位于最大功率点的左侧；
[0030]在判断所述燃料电池的输出电流位于最大功率点的左侧的情况下，提高所述燃料电池的输出电流的占空比。
[0031]可选地，所述电导增量法包括：
[0032]在判断所述燃料电池的输出电流没有位于最大功率点的左侧的情况下，判断所述燃料电池的输出电流是否位于最大功率点的右侧；
[0033]在判断所述燃料电池的输出电流是否位于最大功率点的右侧的情况下，降低所述燃料电池的输出电流的占空比。
[0034]可选地，N1＝10N2，N3＝0.1N2[0035]另一方面，本专利技术还提供一种基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制系统，所述控制系统包括处理器，被配置成执行如上述任一所述的控制方法。
[0036]通过上述技术方案，本专利技术提供的基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制方法及系统通过将燃料电池的对应关系曲线分割成多个区间，针对每个区间的特性确定电导
增量法的步长，使得燃料电池的输出功率始终保持的最大功率点附近，提高了燃料电池的输出效率。
[0037]本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0038]附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施例，但并不构成对本专利技术实施例的限制。在附图中：
[0039]图1是根据本专利技术的一个实施方式的基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制方法的流程图；
[0040]图2是根据本专利技术的一个实施方式的燃料电池的功率和输出电流的对应关系曲线的示例图；
[0041]图3是根据本专利技术的一个实施方式的电导增量法的流程图；
[0042]图4是根据本专利技术的一个示例的0～0.015s燃料电池输出功率的对比图；
[0043]图5是根据本专利技术的一个示例的328K温度下，四种算法的收敛时间对比图；
[0044]图6是根据本专利技术的一个示例的328K温度下，四种算法的稳态功率波动对比图；
[0045]图7是根据本专利技术的一个示例的358K温度下，四种算法的收敛时间对比图；
[0046]图8是根据本专利技术的一个示例的348K温度下，四种算法的收敛时间对比图。
具体实施方式
[0047]以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。
[0048]如图1所示是根据本专利技术的一个实施方式的基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制方法的流程图。在该图1中，该控制方法可以包括：
[0049]在步骤S10中，获取燃料电池当前的输出电流；
[0050]在步骤S11中，根据该输出电流在预设的燃料电池的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进步长的燃料电池最大功率点的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：获取燃料电池当前的输出电流；根据所述输出电流在预设的燃料电池的功率和输出电流的对应关系曲线上确定对应的二阶变化率；判断所述二阶变化率是否大于第一预设值；在判断所述二阶变化率大于第一预设值的情况下，根据公式(1)更新电导增量法的步长，其中，D(k)为k时刻对应的boost电路的占空比，D(k
‑
1)为k
‑
1时刻对应的boost电路的占空比，N1为步长因子，为变化率；在判断所述二阶变化率小于等于第一预设值的情况下，计算选取的点对应的变化率；判断所述变化率是否大于或等于最大变化率的第二预设值；在判断所述变化率大于或等于最大变化率的第二预设值的情况下，根据所述公式(1)更新电导增量法的步长；采用电导增量法调节所述燃料电池的占空比。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：在判断所述变化率小于最大变化率的第二预设值的情况下，判断所述变化率是否大于或等于最大变化率的第三预设值；在判断所述变化率大于或等于最大变化率的第三预设值的情况下，根据公式(2)更新电导增量法的步长，其中，N2为步长因子。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：施永，车智康，苏建徽，何伟，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：