燃料電池與超級電容混合供能的建模和非線性控制

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燃料電池與超級電容混合供能的建模和非線性控制

與傳統的動力系統相比，混合動力汽車的發展可以大大改善車輛的燃油經濟性，與此同時，開發適用于混合動力汽車的先進控制策略也迫在眉睫。具體介紹了電動汽車能量存儲單元的構成及供電和儲能原理，解決了純電動汽車混合能量存儲及供給問題。

介紹了電動汽車能量控制系統的基本結構。能量存儲系統有一塊燃料電池（主要電源）、一個超級電容器（輔助電源）。還包含一個能量轉換模塊，該模塊由一個與主要電源相連的升壓轉換器和一個與輔助電源相連的升壓去磁轉換器組成，這兩個轉換器共用一根與牽引電機相連的直流總線，兩個電源之間的能量轉換通過一個直流-直流轉換器實現。具體的能量存儲過程如圖1所示。

系統中能量轉換器必須通過一定的控制來滿足以下要求：①嚴格控制直流總線電壓；②緊密跟蹤超級電容的電流大小；③觀測閉環系統的漸近穩定性。為此，在非線性模型中開發了非線性控制器，該控制器是基于李雅普諾夫理論進行設計開發的。該理論采用正規分析和數值模擬的方法，對電源轉換器大信號動力學問題和燃料電池非線性特征都做出了詳細介紹。

介紹了電控單元的結構及新開發控制器的兩種電能供給裝置混合供能控制策略：①在需要低工作電壓時，燃料電池將剩余電量對超級電容進行充電；②在需要高工作電壓時，燃料電池提供額定電壓，剩余的能量則由超級電容進行補償；③短暫電力中斷，則工作電壓由超級電容提供；④針對過充電和充電不足的情況適當控制超級電容的電荷狀態。試驗證明，該控制器可以滿足控制目標車輛和各種運行工況的需求。

圖1　

Hassan El Fadil et al. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2014.

編譯：張利丹