CN105966255A - 一种车用燃料电池系统的输出功率控制方法 - Google Patents

一种车用燃料电池系统的输出功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车用燃料电池系统输出功率的控制方法。首先，根据给定的燃料电池系统目标功率，依据燃料电池系统输出功率与输出电流特性曲线得到输出电流目标值，即DC‑DC变换器输入电流目标值。变换器的控制电路DSP通过PI控制输入电流实际值和目标值相同。如果这时燃料电池系统实际输出功率与目标值相同，则无需再调节；如果二者不同，则根据此时燃料电池系统实际的输出功率与实际的输出电流对燃料电池系统输出功率与输出电流曲线修正，为下次燃料电池系统输出功率控制提供输出电流目标值。该车用燃料电池系统的输出功率控制方法具有自学习的特点，可以适应由于燃料电池系统自身引起的燃料电池系统输出功率与输出电流关系变化引起的影响。

Description

一种车用燃料电池系统的输出功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种车用燃料电池系统的输出功率控制方法，将车用燃料电池系统的输出与一个BOOST型DC-DC变换器输入相连接，燃料电池通过BOOST型DC-DC变换器向负载提供电能，BOOST型DC-DC变换器的控制电路中DSP对变换器输入电流进行PI控制，从而实现对燃料电池系统的输出功率控制。
背景技术
新能源汽车被认为是未来汽车的发展趋势，而燃料电池汽车的高效和零排放优势使得其研发成为我国汽车工业的重点发展对象。燃料电池动力系统是燃料电池汽车研发的重点。
通常情况下，燃料电池动力系统主要由燃料电池系统(包括燃料电池电堆、燃料电池辅助设备以及燃料电池控制器等)、DC-DC变换器、辅助动力源(如蓄电池或者超级电容)及其管理系统、电机及其控制器以及整车控制器等组成。辅助动力源具备可充放电能力，弥补燃料电池峰值功率输出能力不足以及不能回收制动能量等缺点。整车控制器根据道路工况和驾驶员需求对动力系统中其它部件工作状态进行控制，是其它部分的上层控制器。
燃料电池动力系统中，燃料电池系统输出与DC-DC变换器相连接，燃料电池系统通过DC-DC变换器向负载提供电能。DC-DC变换器的主要作用是对整个燃料电池动力系统的电压解耦和功率控制，从而达到控制燃料电池系统输出功率的目的。
对燃料电池系统输出功率控制同时保证响应速度和控制精度的问题。目前的控制方法中，通过控制DC-DC变换器的输出电压来控制燃料电池动力系统的输出功率是其中一种。这种控制方法虽然响应速度很快，可以保证控制系统较短的响应时间，将时间控制在几毫秒到十几毫秒，但是其控制精度较差，实际输出功率与目标输出功率相差千瓦级别。还有一种控制方法是通过控制DC-DC变换器的输出电流来控制整个燃料电池动力系统的输出功率。这种控制方法相比前一种控制精度更高，实际输出功率与目标输出功率相差百瓦级别，但是其响应速度慢，响应时间在几十毫秒到几百毫秒，不能很好的满足车用燃料电池动力系统的动态特性需求。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种车用燃料电池系统的输出功率控制方法，将车用燃料电池系统的输出与一个BOOST型DC-DC变换器输入相连接，燃料电池通过BOOST型DC-DC变换器向负载提供电能。BOOST型DC-DC变换器的控制电路中DSP对变换器输入电流进行PI控制，从而实现对燃料电池系统的输出功率控制。这种控制方法可以将系统的控制精度保证在几十瓦的同时，提高控制系统的响应时间。
为了达到上述目的，本发明采用如下控制步骤对燃料电池系统输出功率进行控制：
第一步：首先根据给定的燃料电池系统目标功率，依据燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流特性曲线得到燃料电池系统输出电流目标值，即DC-DC变换器输入电流目标值；
第二步：DC-DC变换器的控制电路DSP系统通过PI控制，控制DC-DC变换器输入电流实际值和目标值相同；
第三步：如果此时燃料电池系统实际输出功率与目标输出功率相同，则无需再调节；如果二者不同，则根据此时燃料电池系统实际输出功率与燃料电池系统实际输出电流对燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流曲线修正，为下次燃料电池系统输出功率控制提供燃料电池系统输出电流目标值。
为了实现以上步骤，燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流特性曲线存储在DC-DC变换器数字信号处理芯片DSP中，DSP只接受上层控制器(如整车控制器)发出的燃料电池系统目标功率指令。
本发明相比前面所述控制方法有两个优势：1)提高了控制精度，将实际输出功率与目标输出功率的误差控制在几十瓦级别；2)缩短了响应时间，提高了响应速度，将响应时间控制在几毫秒到十几毫秒。
附图说明
图1是本发明提出的燃料电池系统输出功率控制结构框图。
图2是本发明提出的燃料电池系统输出功率控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合图1和图2示意图对本发明提出的控制方法的具体实施方式进行更详细的描述。
如图1，将车用燃料电池系统的输出与一个BOOST型DC-DC变换器输入相连接，燃料电池系统通过DC-DC变换器向负载提供电能，DC-DC变换器的控制电路中DSP对变换器输入电流进行PI控制，从而实现对燃料电池系统的输出功率控制。如图2，首先，根据给定的燃料电池系统目标功率，依据燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流特性曲线得到燃料电池系统输出电流目标值，即DC-DC变换器输入电流目标值。DC-DC变换器的控制电路DSP通过PI控制，控制DC-DC变换器输入电流实际值和目标值相同。如果这时燃料电池系统实际输出功率与目标输出功率相同，则无需再调节；如果二者不同，则根据此时燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流对燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流曲线修正，为下次燃料电池系统输出功率控制提供燃料电池系统输出电流目标值。该车用燃料电池系统的输出功率控制方法具有自学习的特点，可以适应由于燃料电池系统自身引起的燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流关系变化引起的影响。
为了实现以上步骤，燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流特性曲线存储在DC-DC变换器数字信号处理芯片DSP中，DSP只接受上层控制器(如整车控制器)发出的燃料电池系统目标功率指令
具体的实施方式可以分成以下步骤：
第一步：首先根据给定的燃料电池系统目标功率，依据燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流特性曲线得到燃料电池系统输出电流目标值，即DC-DC变换器输入电流目标值；
第二步：DC-DC变换器的控制电路DSP系统通过PI控制，控制DC-DC变换器输入电流实际值和目标值相同；
第三步：如果此时燃料电池系统实际输出功率与目标输出功率相同，则无需再调节；如果二者不同，则根据此时燃料电池系统实际输出功率与燃料电池系统实际输出电流对燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流曲线修正，为下次燃料电池系统输出功率控制提供燃料电池系统输出电流目标值。
为了实现以上步骤，燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流特性曲线存储在DC-DC变换器数字信号处理芯片DSP中，DSP只接受上层控制器(如整车控制器)发出的燃料电池系统目标功率指令
本发明已经在大功率条件下完成实验，取得了较好的预期效果。上述仅为本发明的优选实例，并不对本发明起到限制作用。任何对本发明所提出的技术方案和技术内容做等同替换或修改的变动，均属本发明的技术方案内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种车用燃料电池系统的输出功率控制方法，其特征在于,其控制方法包括以下步骤：
第一步：首先根据给定的燃料电池系统目标功率，依据燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流特性曲线得到燃料电池系统输出电流目标值，即DC-DC变换器输入电流目标值；
第二步：DC-DC变换器的控制电路DSP系统通过PI控制，控制DC-DC变换器输入电流实际值和目标值相同；
第三步：如果此时燃料电池系统实际输出功率与目标输出功率相同，则无需再调节；如果二者不同，则根据此时燃料电池系统实际输出功率与燃料电池系统实际输出电流对燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流曲线修正，为下次燃料电池系统输出功率控制提供燃料电池系统输出电流目标值。
2.如权利要求1所述的车用燃料电池系统的输出功率控制方法，其特征还在于燃料电池系统输出功率与燃料电池系统输出电流特性曲线存储在DC-DC变换器数字信号处理芯片DSP中，DSP只接受上层控制器发出的燃料电池系统目标功率指令。
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