一種車用燃料電池系統的輸出功率控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種車用燃料電池系統輸出功率的控制方法。首先，根據給定的燃料電池系統目標功率，依據燃料電池系統輸出功率與輸出電流特性曲線得到輸出電流目標值，即DC?DC變換器輸入電流目標值。變換器的控制電路DSP通過PI控制輸入電流實際值和目標值相同。如果這時燃料電池系統實際輸出功率與目標值相同，則無需再調節；如果二者不同，則根據此時燃料電池系統實際的輸出功率與實際的輸出電流對燃料電池系統輸出功率與輸出電流曲線修正，為下次燃料電池系統輸出功率控制提供輸出電流目標值。該車用燃料電池系統的輸出功率控制方法具有自學習的特點，可以適應由于燃料電池系統自身引起的燃料電池系統輸出功率與輸出電流關系變化引起的影響。
【專利說明】
一種車用燃料電池系統的輸出功率控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種車用燃料電池系統的輸出功率控制方法，將車用燃料電池系統的輸出與一個BOOST型DC-DC變換器輸入相連接，燃料電池通過BOOST型DC-DC變換器向負載提供電能，BOOST型DC-DC變換器的控制電路中DSP對變換器輸入電流進行PI控制，從而實現對燃料電池系統的輸出功率控制。
【背景技術】
[0002]新能源汽車被認為是未來汽車的發展趨勢，而燃料電池汽車的高效和零排放優勢使得其研發成為我國汽車工業的重點發展對象。燃料電池動力系統是燃料電池汽車研發的重點。
[0003]通常情況下，燃料電池動力系統主要由燃料電池系統(包括燃料電池電堆、燃料電池輔助設備以及燃料電池控制器等)、DC-DC變換器、輔助動力源(如蓄電池或者超級電容)及其管理系統、電機及其控制器以及整車控制器等組成。輔助動力源具備可充放電能力，彌補燃料電池峰值功率輸出能力不足以及不能回收制動能量等缺點。整車控制器根據道路工況和駕駛員需求對動力系統中其它部件工作狀態進行控制，是其它部分的上層控制器。
[0004]燃料電池動力系統中，燃料電池系統輸出與DC-DC變換器相連接，燃料電池系統通過DC-DC變換器向負載提供電能。DC-DC變換器的主要作用是對整個燃料電池動力系統的電壓解耦和功率控制，從而達到控制燃料電池系統輸出功率的目的。
[0005]對燃料電池系統輸出功率控制同時保證響應速度和控制精度的問題。目前的控制方法中，通過控制DC-DC變換器的輸出電壓來控制燃料電池動力系統的輸出功率是其中一種。這種控制方法雖然響應速度很快，可以保證控制系統較短的響應時間，將時間控制在幾毫秒到十幾毫秒，但是其控制精度較差，實際輸出功率與目標輸出功率相差千瓦級別。還有一種控制方法是通過控制DC-DC變換器的輸出電流來控制整個燃料電池動力系統的輸出功率。這種控制方法相比前一種控制精度更高，實際輸出功率與目標輸出功率相差百瓦級別，但是其響應速度慢，響應時間在幾十毫秒到幾百毫秒，不能很好的滿足車用燃料電池動力系統的動態特性需求。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是為了提供一種車用燃料電池系統的輸出功率控制方法，將車用燃料電池系統的輸出與一個BOOST型DC-DC變換器輸入相連接，燃料電池通過BOOST型DC-DC變換器向負載提供電能。BOOST型DC-DC變換器的控制電路中DSP對變換器輸入電流進行PI控制，從而實現對燃料電池系統的輸出功率控制。這種控制方法可以將系統的控制精度保證在幾十瓦的同時，提高控制系統的響應時間。
[0007]為了達到上述目的，本發明采用如下控制步驟對燃料電池系統輸出功率進行控制:
[0008]第一步:首先根據給定的燃料電池系統目標功率，依據燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流特性曲線得到燃料電池系統輸出電流目標值，即DC-DC變換器輸入電流目標值；
[0009]第二步:DC-DC變換器的控制電路DSP系統通過PI控制，控制DC-DC變換器輸入電流實際值和目標值相同；
[0010]第三步:如果此時燃料電池系統實際輸出功率與目標輸出功率相同，則無需再調節;如果二者不同，則根據此時燃料電池系統實際輸出功率與燃料電池系統實際輸出電流對燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流曲線修正，為下次燃料電池系統輸出功率控制提供燃料電池系統輸出電流目標值。
[0011 ]為了實現以上步驟，燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流特性曲線存儲在DC-DC變換器數字信號處理芯片DSP中，DSP只接受上層控制器(如整車控制器)發出的燃料電池系統目標功率指令。
[0012]本發明相比前面所述控制方法有兩個優勢:I)提高了控制精度，將實際輸出功率與目標輸出功率的誤差控制在幾十瓦級別;2)縮短了響應時間，提高了響應速度，將響應時間控制在幾毫秒到十幾毫秒。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明提出的燃料電池系統輸出功率控制結構框圖。
[0014]圖2是本發明提出的燃料電池系統輸出功率控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合圖1和圖2示意圖對本發明提出的控制方法的【具體實施方式】進行更詳細的描述。
[0016]如圖1，將車用燃料電池系統的輸出與一個BOOST型DC-DC變換器輸入相連接，燃料電池系統通過DC-DC變換器向負載提供電能，DC-DC變換器的控制電路中DSP對變換器輸入電流進行PI控制，從而實現對燃料電池系統的輸出功率控制。如圖2，首先，根據給定的燃料電池系統目標功率，依據燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流特性曲線得到燃料電池系統輸出電流目標值，即DC-DC變換器輸入電流目標值。DC-DC變換器的控制電路DSP通過PI控制，控制DC-DC變換器輸入電流實際值和目標值相同。如果這時燃料電池系統實際輸出功率與目標輸出功率相同，則無需再調節;如果二者不同，則根據此時燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流對燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流曲線修正，為下次燃料電池系統輸出功率控制提供燃料電池系統輸出電流目標值。該車用燃料電池系統的輸出功率控制方法具有自學習的特點，可以適應由于燃料電池系統自身引起的燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流關系變化引起的影響。
[0017]為了實現以上步驟，燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流特性曲線存儲在DC-DC變換器數字信號處理芯片DSP中，DSP只接受上層控制器(如整車控制器)發出的燃料電池系統目標功率指令
[0018]具體的實施方式可以分成以下步驟:
[0019]第一步:首先根據給定的燃料電池系統目標功率，依據燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流特性曲線得到燃料電池系統輸出電流目標值，即DC-DC變換器輸入電流目標值；
[0020]第二步:DC-DC變換器的控制電路DSP系統通過PI控制，控制DC-DC變換器輸入電流實際值和目標值相同；
[0021]第三步:如果此時燃料電池系統實際輸出功率與目標輸出功率相同，則無需再調節;如果二者不同，則根據此時燃料電池系統實際輸出功率與燃料電池系統實際輸出電流對燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流曲線修正，為下次燃料電池系統輸出功率控制提供燃料電池系統輸出電流目標值。
[0022 ]為了實現以上步驟，燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流特性曲線存儲在DC-DC變換器數字信號處理芯片DSP中，DSP只接受上層控制器(如整車控制器)發出的燃料電池系統目標功率指令
[0023]本發明已經在大功率條件下完成實驗，取得了較好的預期效果。上述僅為本發明的優選實例，并不對本發明起到限制作用。任何對本發明所提出的技術方案和技術內容做等同替換或修改的變動，均屬本發明的技術方案內容，仍屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種車用燃料電池系統的輸出功率控制方法，其特征在于，其控制方法包括以下步驟: 第一步:首先根據給定的燃料電池系統目標功率，依據燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流特性曲線得到燃料電池系統輸出電流目標值，即DC-DC變換器輸入電流目標值； 第二步:DC-DC變換器的控制電路DSP系統通過PI控制，控制DC-DC變換器輸入電流實際值和目標值相同； 第三步:如果此時燃料電池系統實際輸出功率與目標輸出功率相同，則無需再調節;如果二者不同，則根據此時燃料電池系統實際輸出功率與燃料電池系統實際輸出電流對燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流曲線修正，為下次燃料電池系統輸出功率控制提供燃料電池系統輸出電流目標值。2.如權利要求1所述的車用燃料電池系統的輸出功率控制方法，其特征還在于燃料電池系統輸出功率與燃料電池系統輸出電流特性曲線存儲在DC-DC變換器數字信號處理芯片DSP中，DSP只接受上層控制器發出的燃料電池系統目標功率指令。
【文檔編號】B60L11/18GK105966255SQ201610305910
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】高大威, 劉劼勛, 王躍
【申請人】清華大學