CN110789401B - 一种大功率燃料电池dcdc控制方法及系统 - Google Patents

一种大功率燃料电池dcdc控制方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110789401B
CN110789401B CN201911000361.5A CN201911000361A CN110789401B CN 110789401 B CN110789401 B CN 110789401B CN 201911000361 A CN201911000361 A CN 201911000361A CN 110789401 B CN110789401 B CN 110789401B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
input
current
value
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911000361.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110789401A (zh
Inventor
陆小洲
牛斌
李泓江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Qianfan Power Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Wuhan Qianfan Power Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Qianfan Power Technology Co ltd filed Critical Wuhan Qianfan Power Technology Co ltd
Priority to CN201911000361.5A priority Critical patent/CN110789401B/zh
Publication of CN110789401A publication Critical patent/CN110789401A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110789401B publication Critical patent/CN110789401B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大功率燃料电池DCDC控制方法及系统，属于氢燃料电池技术领域，解决了不能很好响应被动输入恒流转输出恒压的问题。一种大功率燃料电池DCDC控制方法，包括以下步骤：将输入母线电压设定值作为电压外环PI的正向输入，将输入母线电压采样值作为电压外环PI的负向输入，求得电压外环PI的输出值；将所述电压外环PI的输出值与输入母线电流设定值中的较小值，作为电流内环PI的的正向输入，将输入母线电流采样值作为电流内环PI的负向输入，得到电流内环PI的输出值；对所述电流内环PI的输出值进行输入电压前馈，得到占空比，根据所述占空比控制母线输出电压值和输入电流值大小。使得升压DCDC电路能够很好的响应输入恒流被动转输出恒压。

Description

一种大功率燃料电池DCDC控制方法及系统
技术领域
本发明涉及氢燃料电池技术领域，尤其是涉及一种大功率燃料电池DCDC控制方法及系统。
背景技术
氢燃料电池汽车作为汽车电动化、低碳化的重要方向，对于改善未来能源结构、改善低碳交通具有深远意义，氢堆作为氢燃料电池的核心部件，将氢气转化为电能，实现无污染、清洁能源利用；但是氢堆输出特性偏软，输出电压波动，无法直接并入高压母线给高压设备(高压锂电池包、电控、DCAC、DCDC等)供电，需要串入一级升压DCDC，将氢堆输出能量转化为功率可控、输入输出电压、电流可控的高压直流。现有方案采用单输入电流环，满足输入电流可控，这种方案需要在后台设计一个输出限压保护功能，但是该输出限压策略不能很好响应输入恒流被动转输出恒压，如果车辆在某种工况下突然卸载高压负载，导致输出过压而报故障停机，同时该输出限压功能，没有引入电流内环，在输出恒压控下，大功率带载稳定性不高。
发明内容
本发明的目的在于至少克服上述一种技术不足，提出一种大功率燃料电池DCDC控制方法及系统。
一方面，本发明提供了一种大功率燃料电池DCDC控制方法，包括以下步骤：
将输入母线电压设定值作为电压外环PI的正向输入，将输入母线电压采样值作为电压外环PI的负向输入，得到电压外环PI的输出值；
将所述电压外环PI的输出值与输入母线电流设定值中的较小值，作为电流内环PI的的正向输入，将输入母线电流采样值作为电流内环PI的负向输入，得到电流内环PI的输出值；
对所述电流内环PI的输出值进行输入电压前馈，得到占空比，根据所述占空比控制母线输出电压值和输入电流值大小。
进一步地，所述大功率燃料电池DCDC控制方法还包括在所述输入母线电压设定值、输入母线电压采样值、输入母线电流设定值和输入母线电流采样值输入前，将其均进行标幺化。
进一步地，所述电压外环PI和所述电流内环PI的离散方程为
Figure BDA0002241121620000021
其中，kP、kI、kD分别为比例系数、积分系数和微分系数，所述微分系数取值为0。
进一步地，根据所述占空比控制输出母线输出电压值和输入母线电流值，具体包括，根据所述占空比向升压DCDC电路中的开关器件输入相应的PWM波，从而调节升压DCDC电路的电压和电流，以控制母线输出电压值和输入电流值大小的。
另一方面，本发明还提供了一种大功率燃料电池DCDC控制系统，包括电压外环PI输出值获取模块、电流内环PI输出值获取模块和输出电压、电流控制模块；
所述电压外环PI输出值模块，用于将输入母线电压设定值作为电压外环PI的正向输入，将输入母线电压采样值作为电压外环PI的负向输入，得到电压外环PI的输出值；
所述电流内环PI输出值获取模块，用于将所述电压外环PI的输出值与输入母线电流设定值中的较小值，作为电流内环PI的的正向输入，将输入母线电流采样值作为电流内环PI的负向输入，得到电流内环PI的输出值；
所述输出电压、电流控制模块，用于对所述电流内环PI的输出值进行输入电压前馈，得到占空比，根据所述占空比控制母线输出电压值和输入电流值大小。
进一步地，所述大功率燃料电池DCDC控制系统还包括标幺化模块，所述标幺化模块，用于在所述输入母线电压设定值、输入母线电压采样值、输入母线电流设定值和输入母线电流采样值输入前，将其均进行标幺化。
进一步地，所述大功率燃料电池DCDC控制系统还包括离散方程设置模块，所述离散方程设置模块用于将电压外环PI和所述电流内环PI的离散方程设置为，
Figure BDA0002241121620000022
其中，kP、kI、kD分别为比例系数、积分系数和微分系数，所述微分系数取值为0。
进一步地，所述输出电压、电流控制模块根据所述占空比控制母线输出电压值和输出电流值，具体包括，根据所述占空比向升压DCDC电路中的开关器件输入相应的PWM波，从而调节升压DCDC电路的电压和电流，以控制母线输出电压值和输入电流值大小的。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过将输入母线电压设定值作为电压外环PI的正向输入，将输入母线电压采样值作为电压外环PI的负向输入，得到电压外环PI的输出值；将所述电压外环PI的输出值与输入母线电流设定值中的较小值，作为电流内环PI的的正向输入，将输入母线电流采样值作为电流内环PI的负向输入，得到电流内环PI的输出值；对所述电流内环PI的输出值进行输入电压前馈，得到占空比，根据所述占空比控制母线输出电压值和输入电流值大小。使得升压DCDC电路能够很好的响应输入恒流被动转输出恒压，同时使得在输出恒压控的条件下，升压DCDC电路的大功率带载稳定性较高。
附图说明
图1是本发明实施例1所述的大功率燃料电池DCDC控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例1所述的升压DCDC应用系统图；
图3是本发明实施例1所述的升压DCDC电路图；
图4是本发明实施例1所述的所述大功率燃料电池DCDC控制方法中输入、输出关系示意图；
图5是本发明实施例1所述的输入恒流控时特性曲线示意图一；
图6是本发明实施例1所述的输入恒流控时特性曲线示意图二；
图7是本发明实施例1所述的恒流转恒流时特性曲线示意图一；
图8是本发明实施例1所述的恒流转恒流时特性曲线示意图二；
图9是本发明实施例1所述的输入恒流与输出恒压之间切换时特性曲线示意图一；
图10是本发明实施例1所述的输入恒流与输出恒压之间切换下特性曲线示意图二；
图11是本发明实施例1所述的恒压转恒流时特性曲线示意图一；
图12是本发明实施例1所述的恒压转恒流时特性曲线示意图二；
图13是本发明实施例1所述的输入电压突然跌落工况下的特性曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明的实施例提供了一种大功率燃料电池DCDC控制方法，其流程示意图如图1所示，包括以下步骤：
将输入母线电压设定值作为电压外环PI的正向输入，将输入母线电压采样值作为电压外环PI的负向输入，得到电压外环PI的输出值；
将所述电压外环PI的输出值与输入母线电流设定值中的较小值，作为电流内环PI的的正向输入，将输入母线电流采样值作为电流内环PI的负向输入，得到电流内环PI的输出值；
对所述电流内环PI的输出值进行输入电压前馈，得到占空比，根据所述占空比控制母线输出电压值和输入电流值大小。
具体实施时，升压DCDC应用系统图，如图2所示，氢气和氧气在氢堆中产生化学反应，产生电流，升压DCDC将氢堆输出能量转换为高压直流，供高压负载使用(高压电池包、电控等)；FCU(燃料电池控制器)，用于协调整个升压DCDC应用系统的能量匹配，使升压DCDC应用系统达到动态平衡：根据BMS和高压负载功率需求，FCU调节进氢流量，在氢堆中反应，计算出氢堆可输出的电流，下达电流指令给升压DCDC电路，进行功率传输；
升压DCDC电路图，如图3所示，其采用非隔离BOOST构架；根据所述升压DCDC电路，输入电流到占空比的传递函数为，
Figure BDA0002241121620000041
其中，R为输出负载，Rc为输出电容等效ESR，RL为升压电感铜阻，D'＝1-D，D为占空比，Vg为输入电压；
输出电压到占空比的传递函数为，
Figure BDA0002241121620000042
从输出电压到占空比的传递函数可以看出，系统引入了一个右半平面零点，容易造成系统震荡(尤其是占空比大于50％,大升压比工况)；具体实施时，大功率燃料电池DCDC控制方法中输入、输出关系示意图，如图4所示；
电流设定值(输入母线电流设定值)与电压外环PI的输出值进行比较，进行取小选择，作为电流内环PI的设定值，并与实际输入电流值(母线电流采样值)进行相减，电流误差信号经过电流内环PI得出结果，再除以输入电压(即输入电压前馈)，得到占空比，根据输出PWM波，实现稳输入电流指令和输出电压恒压的功能，且具有抑制输入电压扰动功能，在图4中引入取小选择后，大部分时间工作在单输入电流环控下，满足动态跟随输入电流指令功能，电压外环PI一直很难达到输出电压设定值(高压锂电池SOC在85％以上，或者高压设备故障异常导致的卸载)，当进入输出恒压控(取小选择选为电压外环PI值)时，输入电流指令不再起作用，进入输出电压外环电流内环控，该恒压方案具有动态性强，防止系统震荡，PI换设计简单等优点。
优选的，所述一种大功率燃料电池DCDC控制方法，还包括在所述输入母线电压设定值、输入母线电压采样值、输入母线电流设定值和输入母线电流采样值输入前，将其均进行标幺化。
具体实施时，下达给DSP的给定值数据经过硬件比例换算后(可根据精度需要再加一级校准)，转化为同一Q格式，DSP采样AD值也转换为同一Q格式，即对所有数据进行标幺化，这样便于固件计算在同一单位下进行，具体选用Q格式根据计算需要达到的精度选取，例如，根据硬件比例，设定电流为I，则标幺化的流程为I乘以500(与霍尔传感器有关)除以4再乘以3(换算的具体数值与DSP中硬件有关)，再转换成为同一Q格式；
所述的，所述电压外环PI和所述电流内环PI的离散方程为
Figure BDA0002241121620000051
其中，kP、kI、kD分别为比例系数、积分系数和微分系数，所述微分系数取值为0。
具体实施时，所述PI环(电压外环PI和电流内环PI)，采用TI数字电源库CNTL_2P2Z模块实现，该模块分为汇编、宏、C语言，三种封装形式，其中汇编模块指令周期最短，现调用C语言模块，CNTL_2P2Z模块离散域方程如下，
Figure BDA0002241121620000052
对应的PID离散方程如下，
Figure BDA0002241121620000053
根据上述PID离散方程，可以先对kP进行整定，再确定kI，最终综合选取合适kP、kI；具体的，对于电压外环PI，比例系数、积分系数分别可为0.0001、0.0005，对于电流内环PI的比例系数、积分系数分别可为0.0002、0.00045；
优选的，根据所述占空比控制母线输出电压值和输出电流值，具体包括，根据所述占空比向升压DCDC电路中的开关器件(IGBT或MOS管)输入相应的PWM波，从而调节升压DCDC电路的电压和电流，以控制母线输出电压值和输入电流值大小，从而满足各种工况下输入恒流和输出恒压之间的被动切换。
本发明所述大功率燃料电池DCDC控制方法中，单电流环在运行计算占空比同时，电压环虽然没有参与计算占空比，但也一直在计算，好处是可以自然无超调的切入输出恒压控；由于大部分时间运行在单输入电流环，电压环计算，一直处于饱和状态，在突然被动转输出恒压工况下，会造成一定过冲延迟(实测300mS左右)，需要做一个输出电压判断，对电压外环计算存储变量清零一次，加快电压环介入。
以下结合附图说明本发明所述大功率燃料电池DCDC控制方法不同工况下的输出特性，如图5为输入恒流控时特性曲线示意图一，输入为电压200V，功率30KW，恒流情况下，控输入150A，控输出电压500V，图5中，从上至下的曲线分别为输入电压波形、高压端电压波形和低压端输入电流波形(在示波器显示中，通道一为高压端母线电压波形，通道二为输入端母线电压波形，通道三为输入电流波形)；如图6为输入恒流控时曲线特性示意图二，输入电压为100V功率为30KW，恒流情况下，控输入300A，控输出电压400V，图5中，从上至下的曲线分别为低压端输入电流波形、高压端电压波形和电压波形，从图5、6可以看出，单输入电流环控，电流响应性能良好，0-300A电流在60mS内建立稳态且无超调，完全满载FCU指令动态要求(目前电堆可承受最大加载斜率在300A/S左右，FCU分步长给到升压DCDC)，固件并行计算的电压环对单电流环无影响；
在恒流转恒流中，存在两种情况，输入电流指令不变高压端负载突然变化和电流指令突然变化，恒流转恒流时特性曲线示意图一、二，如图7、8所示；图7对应的200V输入电压，30KW功率恒流转30KW，控输入150A，控输出电压550V，从上至下的曲线分别为高压端电压波形、输入电压波形和低压端输入电流波形；图8对应的100V输入电压，30KW恒流转10KW，控输入300A-100A，控输出电压400V，图8中初始时刻，从上至下的曲线分别为低压端输入电流波形、高压端电压波形和输入电压波形；从图7、8可以看出，单输入电流环控，高压负载波动工况，输入电流在40ms内建立稳态，无过冲，电流指令变化工况，基本能在15ms内响应并完成指令需求；
在实际运行中存在控输入恒流下突然转输出恒压(高压锂电充满、电控回馈、负载突然卸载等情况)，利用图9、图10来说明本发明所述方法的被动输出恒压功能，图9为输入恒流与输出恒压之间切换时特性曲线示意图一，其对应200V输入，30KW恒流转20KW控输入150A，控输出电压550V，从上至下的曲线分别为高压端电压波形、输入电压波形和低压端输入电流波形；图10为输入恒流与输出恒压之间切换下特性曲线示意图二，其对应100V输入，30KW恒流转20KW，控输入300A，控输出电压400V，初始时刻从上至下的曲线分别为低压端输入电流波形、高压端电压波形和输入电压波形；从图9、10可知，恒流突然被动转恒压整个稳态建立时间小于200ms，转恒压过程中输出电压超调分别为(587-550)/550＝0.067；(430-400)/400＝0.075，超调时间小于20ms，这样对高压母线设备不易造成电压冲击，同时不易触发高压母线设备过压故障而停机。
在车辆运行过程中也存在恒压转恒流工况，比如突然负载加大(车辆加速、急打方向盘、空调开启等，使实际输入电流达到FCU给定输入电流阀值)，保证电堆不过载，恒压转恒流时特性曲线示意图一、二，如图11、12所示；图11对应200V输入，17KW恒压转30KW控输入150A，控输出电压550V，从上至下的曲线分别为高压端电压波形、输入电压波形和低压端输入电流波形；图12对应100V输入，22KW恒压转30KW，控输入300A，控输出电压400V，从上之下的曲线分别为低压端输入电流波形、高压端电压波形和输入电压波形；从图11、12可知，恒压突然被动转恒流整个稳态建立时间小于50ms，电流无超调，具有优良的控输入电流特性，也说明单输入恒流控和输出恒压控(电压外环电流内环)之间切换互不影响；
输入电压突然跌落工况下的特性曲线示意图，如图13所示，其对应30KW稳定运行，控输入150A，控输出电压450V，200V输入突然跌落到180V输入，从上至下的曲线分别为输入电压波形、高压端电压波形和低压端输入电流波形；从图13可以看出，加入本发明方案输入电压前馈后，输入电压突然跌落，控输入电流基本无波动。
实施例2
本发明实施例提供一种大功率燃料电池DCDC控制系统，包括电压外环PI输出值获取模块、电流内环PI输出值获取模块和输出电压、电流控制模块；
所述电压外环PI输出值模块，用于将输入母线电压设定值作为电压外环PI的正向输入，将母线电压采样值作为电压外环PI的负向输入，得到电压外环PI的输出值；
所述电流内环PI输出值获取模块，用于将所述电压外环PI的输出值与输入母线电流设定值中的较小值，作为电流内环PI的的正向输入，将输入母线电流采样值作为电流内环PI的负向输入，得到电流内环PI的输出值；
所述输出电压、电流控制模块，用于对所述电流内环PI的输出值进行输入电压前馈，得到占空比，根据所述占空比控制母线输出电压值和输入电流值大小。
优选的，所述大功率燃料电池DCDC控制系统还包括标幺化模块，所述标幺化模块，用于在在所述输入母线电压设定值、输入母线电压采样值、输入母线电流设定值和输入母线电流采样值输入前，将其均进行标幺化。
优选的，所述大功率燃料电池DCDC控制系统还包括离散方程设置模块，所述离散方程设置模块用于将电压外环PI和所述电流内环PI的离散方程设置为，
Figure BDA0002241121620000081
其中，kP、kI、kD分别为比例系数、积分系数和微分系数，所述微分系数取值为0。
优选的，所述输出电压、电流控制模块根据所述占空比控制母线输出电压值和输出电流值，具体包括，根据所述占空比向升压DCDC电路中的开关器件输入相应的PWM波，从而调节升压DCDC电路的电压和电流，以控制母线输出电压值和输入电流值大小，从而满足各种工况下输入恒流和输出恒压的被动切换。
本发明公开了一种大功率燃料电池DCDC控制方法及系统，通过将母线电压设定值作为电压外环PI的正向输入，将母线电压采样值作为电压外环PI的负向输入，得到电压外环PI的输出值；将所述电压外环PI的输出值与输入母线电流设定值中的较小值，作为电流内环PI的的正向输入，将输入母线电流采样值作为电流内环PI的负向输入，得到电流内环PI的输出值；对所述电流内环PI的输出值进行输入电压前馈，得到占空比，根据所述占空比控制母线输出电压值和输出电流值大小。使得升压DCDC电路能够很好的响应被动输入恒流转输出恒压，同时使得在输出恒压控的条件下，升压DCDC电路的大功率带载稳定性较高。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种大功率燃料电池DCDC控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
将输入母线电压设定值作为电压外环PI的正向输入，将输入母线电压采样值作为电压外环PI的负向输入，得到电压外环PI的输出值；
将所述电压外环PI的输出值与输入母线电流设定值中的较小值，作为电流内环PI的的正向输入，将输入母线电流采样值作为电流内环PI的负向输入，得到电流内环PI的输出值；
对所述电流内环PI的输出值进行输入电压前馈，得到占空比，根据所述占空比向升压DCDC电路中的开关器件输入相应的PWM波，从而调节升压DCDC电路的电压和电流，以控制母线输出电压值和输入电流值大小；其中，所述升压DCDC电路中输入电流到占空比的传递函数为
Figure FDA0003033226380000011
所述升压DCDC电路中输出电压到占空比的传递函数为
Figure FDA0003033226380000012
所述R为输出负载，Rc为输出电容等效ESR，RL为升压电感铜阻，D'＝1-D，D为占空比，Vg为输入电压，C为输出电容，L为升压电感。
2.根据权利要求1所述的大功率燃料电池DCDC控制方法，其特征在于，还包括在所述输入母线电压设定值、输入母线电压采样值、输入母线电流设定值和输入母线电流采样值输入前，将其均进行标幺化。
3.根据权利要求1所述的大功率燃料电池DCDC控制方法，其特征在于，所述电压外环PI和所述电流内环PI的离散方程为
Figure FDA0003033226380000013
其中，kP、kI、kD分别为比例系数、积分系数和微分系数，所述微分系数取值为0。
4.一种大功率燃料电池DCDC控制系统，其特征在于，包括电压外环PI输出值获取模块、电流内环PI输出值获取模块和输出电压、电流控制模块；
所述电压外环PI输出值模块，用于将输入母线电压设定值作为电压外环PI的正向输入，将输入母线电压采样值作为电压外环PI的负向输入，得到电压外环PI的输出值；
所述电流内环PI输出值获取模块，用于将所述电压外环PI的输出值与输入母线电流设定值中的较小值，作为电流内环PI的的正向输入，将输入母线电流采样值作为电流内环PI的负向输入，得到电流内环PI的输出值；
所述输出电压、电流控制模块，用于对所述电流内环PI的输出值进行输入电压前馈，得到占空比，根据所述占空比向升压DCDC电路中的开关器件输入相应的PWM波，从而调节升压DCDC电路的电压和电流，以控制母线输出电压值和输入电流值大小；其中，所述升压DCDC电路中输入电流到占空比的传递函数为
Figure FDA0003033226380000021
所述升压DCDC电路中输出电压到占空比的传递函数为
Figure FDA0003033226380000022
所述R为输出负载，Rc为输出电容等效ESR，RL为升压电感铜阻，D'＝1-D，D为占空比，Vg为输入电压，C为输出电容，L为升压电感。
5.根据权利要求4所述的大功率燃料电池DCDC控制系统，其特征在于，还包括标幺化模块，所述标幺化模块，用于在所述输入母线电压设定值、输入母线电压采样值、输入母线电流设定值和输入母线电流采样值输入前，将其均进行标幺化。
6.根据权利要求4所述的大功率燃料电池DCDC控制系统，其特征在于，还包括离散方程设置模块，所述离散方程设置模块用于将电压外环PI和所述电流内环PI的离散方程设置为，
Figure FDA0003033226380000023
其中，kP、kI、kD分别为比例系数、积分系数和微分系数，所述微分系数取值为0。
CN201911000361.5A 2019-10-21 2019-10-21 一种大功率燃料电池dcdc控制方法及系统 Active CN110789401B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911000361.5A CN110789401B (zh) 2019-10-21 2019-10-21 一种大功率燃料电池dcdc控制方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911000361.5A CN110789401B (zh) 2019-10-21 2019-10-21 一种大功率燃料电池dcdc控制方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110789401A CN110789401A (zh) 2020-02-14
CN110789401B true CN110789401B (zh) 2021-08-27

Family

ID=69440534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911000361.5A Active CN110789401B (zh) 2019-10-21 2019-10-21 一种大功率燃料电池dcdc控制方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110789401B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014048253A1 (zh) * 2012-09-28 2014-04-03 引峰新能源科技（上海）有限公司 紧凑型燃料电池电源系统
CN106972570A (zh) * 2017-04-14 2017-07-21 南通大学 适用于大型停车场的直流慢充桩及鲁棒控制器设计方法
CN207603447U (zh) * 2017-12-28 2018-07-10 山东博奥斯能源科技有限公司 一种新型燃料电池用大功率双向dcdc变换器
CN110297130A (zh) * 2019-06-12 2019-10-01 合肥工业大学 一种具有燃料电池内阻测量功能的dc/dc变换器及内阻测量方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6413491B2 (ja) * 2014-08-28 2018-10-31 スズキ株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014048253A1 (zh) * 2012-09-28 2014-04-03 引峰新能源科技（上海）有限公司 紧凑型燃料电池电源系统
CN106972570A (zh) * 2017-04-14 2017-07-21 南通大学 适用于大型停车场的直流慢充桩及鲁棒控制器设计方法
CN207603447U (zh) * 2017-12-28 2018-07-10 山东博奥斯能源科技有限公司 一种新型燃料电池用大功率双向dcdc变换器
CN110297130A (zh) * 2019-06-12 2019-10-01 合肥工业大学 一种具有燃料电池内阻测量功能的dc/dc变换器及内阻测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110789401A (zh) 2020-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thounthong et al. Control algorithm of fuel cell and batteries for distributed generation system
JP4967595B2 (ja) コンバータ制御装置
CN103973105B (zh) 一种大功率双向dc/dc变换器高动态性能控制方法
JP4967584B2 (ja) コンバータ制御装置
CN107925099B (zh) 电力调整系统及其控制方法
JP4967588B2 (ja) コンバータ制御装置
CN108336922B (zh) 一种阵列式脉冲负载供电电路及其控制方法
CN108512452B (zh) 一种直流微电网并网变换器电流的控制系统及控制方法
CN105915058A (zh) 一种基于隔离型全桥升压变换器电路结构的电能传输装置及其控制方法
CN109314461B (zh) 电源装置、设备及控制方法
CN113206499B (zh) 一种双闭环模型预测与pi复合控制的dab变换器控制方法
Schroeder et al. General analysis and design guideline for a battery buffer system with DC/DC converter and EDLC for electric vehicles and its influence on efficiency
Siangsanoh et al. Series hybrid fuel cell/supercapacitor power source
CN114583952A (zh) 一种用于储能系统的双向直流变换器及其控制方法
CN114123203A (zh) 一种交流电网电压不平衡时直流母线电压纹波抑制策略
CN110789401B (zh) 一种大功率燃料电池dcdc控制方法及系统
Tiwary et al. Fuzzy logic based direct power control of dual active bridge converter
CN113258636A (zh) 一种基于分频的全主动式复合储能系统的自适应前馈补偿方法及控制器
JP2015104287A (ja) 電力変換装置及び電力変換方法
Qiuping et al. A High Frequency Control Strategy for An LLC Circuit
CN211505719U (zh) 用于储能的双向dc-dc变流器的测试平台
Cai et al. An asymmetrical γz-source hybrid power converter with space vector pulse-width modulation
Li et al. The Control Strategy of Hybrid Energy Storage System charging
Rajabzadeh et al. Advanced DC-link voltage regulation of fuel-cell electric vehicle
JP4876831B2 (ja) コンバータ制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210723

Address after: 430205 room 509, floor 5, office building, Hekang frequency conversion (Wuhan) Industrial Park, No. 6, fozuling Third Road, Donghu Development Zone, Wuhan, Hubei Province

Applicant after: Wuhan Qianfan Power Technology Co.,Ltd.

Address before: No.6, fozuling Third Road, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province 430205

Applicant before: WUHAN HICONICS POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant