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燃料電池與超級(jí)電容混合供能的建模和非線性控制

與傳統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)相比，混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展可以大大改善車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，與此同時(shí)，開(kāi)發(fā)適用于混合動(dòng)力汽車(chē)的先進(jìn)控制策略也迫在眉睫。具體介紹了電動(dòng)汽車(chē)能量存儲(chǔ)單元的構(gòu)成及供電和儲(chǔ)能原理，解決了純電動(dòng)汽車(chē)混合能量存儲(chǔ)及供給問(wèn)題。

介紹了電動(dòng)汽車(chē)能量控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)有一塊燃料電池（主要電源）、一個(gè)超級(jí)電容器（輔助電源）。還包含一個(gè)能量轉(zhuǎn)換模塊，該模塊由一個(gè)與主要電源相連的升壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)與輔助電源相連的升壓去磁轉(zhuǎn)換器組成，這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器共用一根與牽引電機(jī)相連的直流總線，兩個(gè)電源之間的能量轉(zhuǎn)換通過(guò)一個(gè)直流-直流轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。具體的能量存儲(chǔ)過(guò)程如圖1所示。

系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換器必須通過(guò)一定的控制來(lái)滿足以下要求：①嚴(yán)格控制直流總線電壓；②緊密跟蹤超級(jí)電容的電流大??；③觀測(cè)閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。為此，在非線性模型中開(kāi)發(fā)了非線性控制器，該控制器是基于李雅普諾夫理論進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。該理論采用正規(guī)分析和數(shù)值模擬的方法，對(duì)電源轉(zhuǎn)換器大信號(hào)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和燃料電池非線性特征都做出了詳細(xì)介紹。

介紹了電控單元的結(jié)構(gòu)及新開(kāi)發(fā)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(shí)，燃料電池將剩余電量對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電；②在需要高工作電壓時(shí)，燃料電池提供額定電壓，剩余的能量則由超級(jí)電容進(jìn)行補(bǔ)償；③短暫電力中斷，則工作電壓由超級(jí)電容提供；④針對(duì)過(guò)充電和充電不足的情況適當(dāng)控制超級(jí)電容的電荷狀態(tài)。試驗(yàn)證明，該控制器可以滿足控制目標(biāo)車(chē)輛和各種運(yùn)行工況的需求。

圖1　

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

編譯：張利丹