燃料电池与超级电容混合供能的建模和非线性控制



燃料电池与超级电容混合供能的建模和非线性控制

与传统的动力系统相比，混合动力汽车的发展可以大大改善车辆的燃油经济性，与此同时，开发适用于混合动力汽车的先进控制策略也迫在眉睫。具体介绍了电动汽车能量存储单元的构成及供电和储能原理，解决了纯电动汽车混合能量存储及供给问题。

介绍了电动汽车能量控制系统的基本结构。能量存储系统有一块燃料电池（主要电源）、一个超级电容器（辅助电源）。还包含一个能量转换模块，该模块由一个与主要电源相连的升压转换器和一个与辅助电源相连的升压去磁转换器组成，这两个转换器共用一根与牵引电机相连的直流总线，两个电源之间的能量转换通过一个直流-直流转换器实现。具体的能量存储过程如图1所示。

系统中能量转换器必须通过一定的控制来满足以下要求：①严格控制直流总线电压；②紧密跟踪超级电容的电流大小；③观测闭环系统的渐近稳定性。为此，在非线性模型中开发了非线性控制器，该控制器是基于李雅普诺夫理论进行设计开发的。该理论采用正规分析和数值模拟的方法，对电源转换器大信号动力学问题和燃料电池非线性特征都做出了详细介绍。

介绍了电控单元的结构及新开发控制器的两种电能供给装置混合供能控制策略：①在需要低工作电压时，燃料电池将剩余电量对超级电容进行充电；②在需要高工作电压时，燃料电池提供额定电压，剩余的能量则由超级电容进行补偿；③短暂电力中断，则工作电压由超级电容提供；④针对过充电和充电不足的情况适当控制超级电容的电荷状态。试验证明，该控制器可以满足控制目标车辆和各种运行工况的需求。

图1　

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

编译：张利丹