一种可控制输出功率的化学电源输出控制系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可控制输出功率的化学电源输出控制系统和方法，系统包括化学电源、输出控制电路、化学电源输出电流传感器和化学电源输出电压传感器；采用化学电源输出电流传感器的测量数据或根据该测量数据计算得到的一类变量，作为第一输入；采用化学电源输出电压传感器的测量数据或根据该测量数据计算得到的二类变量，作为第二输入；控制变量改变输出控制电路的状态参数，从而改变第一输入和第二输入；当第一输入和第二输入的实际值偏离预设的特性曲线，则根据偏离方向与大小，调整控制变量，使得化学电源的输出测量数据回到特性曲线上。与现有技术相比，本发明专利技术实现了毫秒级响应时间，同时提升了系统响应速度、化学电源运行的稳定性和使用寿命。行的稳定性和使用寿命。行的稳定性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种可控制输出功率的化学电源输出控制系统和方法


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其是涉及一种可控制输出功率的化学电源输出控制系统和方法。

技术介绍

[0002]典型的化学电源动力系统架构包括化学电源、输出控制电路和化学电源的反应环境供给组件，而化学电源的反应环境供给组件一般响应速度较低，在动态工况下，化学电源的反应环境要达到理想状态需要毫秒级响应时间，现有方案难以实现。
[0003]例如氢燃料电池动力系统架构包括氢燃料电池、FDC(燃料电池输出直流变压器)、锂电池、氢气回路组件和空气回路组件等；该系统中，氢气回路组件如喷射器、引射器、循环泵等，空气回路组件如背压阀、空压机、增湿器等响应速度较低，而且整堆的阴极和阳极流场空间较大，因此在动态工况下，整堆的阴阳极气体压力、流量等要达到理想状态需要秒级响应时间。
[0004]现有的输出电能控制策略采用恒流、恒压、恒功率等控制策略，如通过上位机控制化学电源的反应环境供给组件对化学电源进行输入调整，而输出控制电路实时调整化学电源的输出，使得化学电源的输出保持将电流或电压或功率维持在某一恒定值进行输出。
[0005]此类输出功率控制过程需要等待化学电源的反应环境供给组件的响应时间，响应速度较低，在动态加减载工况下化学电源的实际输出就会明显偏离原设定的伏安特性曲线，容易导致化学电源输出性能波动，影响化学电源运行的稳定性和使用寿命。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在现有的输出电能控制策略采用恒流、恒压、恒功率等控制策略，在动态加减载工况下响应速度慢且容易导致化学电源输出性能波动的缺陷而提供一种可控制输出功率的化学电源输出控制系统和方法。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种可控制输出功率的化学电源输出控制系统，包括化学电源、输出控制电路、化学电源输出电流传感器和化学电源输出电压传感器；
[0009]采用化学电源输出电流传感器的测量数据或根据该测量数据计算得到的一类变量，作为输出控制电路的第一输入；
[0010]采用化学电源输出电压传感器的测量数据或根据该测量数据计算得到的二类变量，作为输出控制电路的第二输入；
[0011]在化学电源状态参数不变的情况下，通过改变所述输出控制电路的控制变量，进而改变化学电源的输出，主动控制第一输入和第二输入的变化，其中第一输入和第二输入的连续变化对应关系为等状态曲线；
[0012]所述化学电源输出控制系统具有预设的特性曲线，该预设的特性曲线确定了所述化学电源输出控制系统的第一输入和第二输入之间的对应关系；
[0013]当系统处于任一条与预设的特性曲线相交的等状态曲线上，若所述第一输入和第二输入的实际值偏离预设的特性曲线，则根据偏离方向与偏离大小，对所述控制变量进行负反馈控制，使得第一输入和第二输入回到预设的特性曲线上。
[0014]进一步地，所述一类变量为化学电源输出电流或化学电源输出电流密度，或由此计算得到变量。
[0015]进一步地，所述二类变量为化学电源输出电压、化学电源输出功率或化学电源内阻补偿输出电压，或由此计算得到变量。
[0016]进一步地，所述输出控制电路的控制变量为化学电源输出目标电流、化学电源输出目标电压、化学电源输出目标功率、等效输出阻抗值、内阻补偿输出电压、内阻补偿输出功率、化学电源输出热功率、控制电路电子器件开关占空比，或其他可改变化学电源输出电流、电压或电功率的控制电路状态参数。
[0017]进一步地，所述第一输入或第二输入的实际值与预设特性曲线中的点的差异值作为偏差距离。
[0018]进一步地，采用反馈控制方法来改变控制变量，使所述偏差距离接近0。
[0019]进一步地，所述输出控制电路为直流变压器、直流交流变压器、电动机驱动器、电子负载，或包含上述设备的电系统、电机系统、电力系统。
[0020]进一步地，所述化学电源为电池、蓄电池或燃料电池。
[0021]进一步地，表述化学电源状态的参数为状态参数，包括电池剩余电量、蓄电池SOC、充放循环、累计运行时长、燃料电池的温度、燃料和氧化剂的压力、流量、温度、湿度、浓度参数。
[0022]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种可控制输出功率的化学电源输出控制方法，包括以下步骤：
[0023]根据化学电源的输出电流测量数据或根据该电流测量数据计算得到的一类变量，作为第一输入；获取电压测量数据或根据该电压测量数据计算得到的二类变量，作为第二输入；通过控制变量对所述第一输入或者第二输入进行主动控制；
[0024]当所述第一输入和第二输入的实际值偏离预设的特性曲线，则根据偏离方向与偏离大小，对所述控制变量进行负反馈控制，使得第一输入和第二输入回到特性曲线上。
[0025]现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0026](1)不同于传统技术方案采用第一输入或者第二输入的固定值进行化学电源输出电能控制，本专利技术是在整个第一输入的范围内，表述该化学电源输出控制系统的设计输出特性，具体为将化学电源的输出控制在第一输入和第二输入的对应关系的任意可行曲线上。
[0027](2)本专利技术在化学电源的输出侧，对化学电源的输出电流和输出电压进行调整，通过输出控制电路，使得化学电源的输出测量数据回到特性曲线上，进而按照化学电源的设计特性进行电能输出。
[0028]该方案使得整个化学电源系统始终保持预设的输出特性，既通过输出控制电路实现毫秒级响应时间，又提升了化学电源的稳定性和使用寿命。
[0029](3)本专利技术将FDC作为电堆控制的一个重要部分，由于FDC中的电路响应速度远高于氢气回路和空气回路的组件，因此可以在氢气回路和空气回路组件动态变化的过程中，
利用FDC的快速响应特性来实现电堆实际输出锁定在预设的输出特性曲线上，提升电堆运行稳定性和使用寿命。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例中提供的一种基于占空比调整的电池变压器控制方法的流程示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例中提供的一种化学电源等条件曲线和预设特性曲线的示意图。
[0032]图3为本专利技术实施例2、3中提供的基本控制算法的伏安特性示意图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0034]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可控制输出功率的化学电源输出控制系统，其特征在于，包括化学电源、输出控制电路、化学电源输出电流传感器和化学电源输出电压传感器；采用化学电源输出电流传感器的测量数据或根据该测量数据计算得到的一类变量，作为输出控制电路的第一输入；采用化学电源输出电压传感器的测量数据或根据该测量数据计算得到的二类变量，作为输出控制电路的第二输入；在化学电源状态参数不变的情况下，通过改变所述输出控制电路的控制变量，进而改变化学电源的输出，主动控制第一输入和第二输入的变化，且第一输入和第二输入的连续变化对应关系为等状态曲线；所述化学电源输出控制系统具有预设的特性曲线，该预设的特性曲线确定了所述化学电源输出控制系统的第一输入和第二输入之间的对应关系；当系统处于任一条与预设的特性曲线相交的等状态曲线上，若所述第一输入和第二输入的实际值偏离预设的特性曲线，则根据偏离方向与偏离大小，对所述控制变量进行负反馈控制，使得第一输入和第二输入回到预设的特性曲线上。2.根据权利要求1所述的一种可控制输出功率的化学电源输出控制系统，其特征在于，所述一类变量为化学电源输出电流或化学电源输出电流密度，或由此计算得到变量。3.根据权利要求1所述的一种可控制输出功率的化学电源输出控制系统，其特征在于，所述二类变量为化学电源输出电压、化学电源输出功率或化学电源内阻补偿输出电压，或由此计算得到变量。4.根据权利要求1所述的一种可控制输出功率的化学电源输出控制系统，其特征在于，所述输出控制电路的控制变量为化学电源输出目标电流、化学电源输出目标电压、化学电源输出目标功率、等效输出阻抗值、内阻补偿输出电压、内阻补偿输出功率、...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦建明，唐厚闻，白云飞，王淼，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：