[发明专利]一种燃料电池最大功率跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源转换效率控制技术，特别涉及一种燃料电池最大功率跟踪控制方法。

背景技术

燃料电池因具有能量转换效率高，环境友好、无噪音等许多优点被认为是21世纪最有前途的“绿色能源”，近些年来来受到各国政府的高度重视，列为未来十大科技之首。质子交换膜燃料电池因具有燃烧效率高，能量密度大，完全零排放等优点在航天、航海以及电动机车方面有着巨大的市场潜力成为近年来发展最快的燃料电池。

燃料电池的输出电压虽然受到许多中间参数的影响，但在燃料电池U-I曲线上仅存在一点可使得燃料电池产生最大功率即燃料电池等效内阻与电路外电阻相等的点（U_ref，I_ref）。为了提高燃料电池的使用寿命，延长工作时间，控制燃料电池使其工作在其最大功率点处是十分必要的。近年来新能源的最大功率点跟踪技术的逐渐成为研究的热点，特别是在光伏发电系统以及风力发电系统的研究及应用中，已经提出了许多最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT) 的方法，如短路电流法、开路电压法、扰动观察法、电导增量法以及人工智能法等。但是，各个控制方法均存有不足之处。

由于燃料电池的最大功率点始终存在于相应的条件下燃料电池的欧姆极化区内。因此，在燃料电池电气特性的基础上提出了一种适用于燃料电池的新型最大功率跟踪控制方法。

发明内容

本发明是针对燃料电池如何得到最大功率问题，提出了一种燃料电池最大功率跟踪控制方法，实现对燃料电池最大功率点的快速跟踪，减小最大功率点输出扰动，尽可能在输出最大功率的条件下实现燃料电池的稳定工作。

本发明的技术方案为：一种燃料电池最大功率跟踪控制方法，具体包括如下步骤：

1）通过传感器实时监测燃料电池的输出电流以及输出电压值；

2）在测量点I₁的基础上依次等增量△I相加得到I₂、I₃，即I₂= I₁+△I，I₃= I₂+△I，选取I₁、I₂、I₃进行测量，得到测量数据(U₁，I₁)、(U₂，I₂)、(U₃，I₃)，将数据代入燃料电池的等效内阻计算公式，对计算得到的等效内阻进行比对，以确定燃料电池是否工作在欧姆极化区内；

3）如果燃料电池工作在欧姆极化区内，利用测试数据计算得到燃料电池最大功率点处的输出电流参考值，控制变换器使其工作在此参考电流点，同时，实时计算出测量点处的功率的差值，如果功率偏差值△P小于偏差功率设定值时，保持输出的变换器的电流参考值不变；

4）如燃料电池不工作在在欧姆极化区内，则重新选取测量点返回步骤2）进行计算。

所述步骤2）中燃料电池的等效内阻计算公式为：

；

所述等效内阻进行对比，对比值所得差值近似为零表示所选3点测试点均工作在欧姆极化区。

所述步骤3）中燃料电池最大功率点处的输出电流参考值为：

，

其中E_r为理想状态下欧姆极化区开路电压，R_eq为燃料电池工作在欧姆极化区时燃料电池的等效内阻。

本发明的有益效果在于：本发明燃料电池最大功率跟踪控制方法，解决了燃料电池在不同工作状态下的最大功率跟踪问题，提高了燃料电池最大功率跟踪的速度，以及电池在工作过程中的抗扰动问题。与现有技术相比，本发明的最大功率跟踪算法具有简单、快捷、准确、环境适应能力强的优势，可以充分发挥燃料电池发电系统的效能，具有较好的实用价值。

附图说明

图1为本发明燃料电池能量管理系统结构图；

图2为本发明燃料电池输出功率曲线图；

图3为本发明燃料电池输出端的电流曲线图；