[发明专利]一种车载复合电源功率分配滑膜变结构控制方法

说明书

本发明涉及电动汽车的燃料电池‑超级电容器复合电源的功率分配控制技术领域，具体涉及一种车载复合电源功率分配滑膜变结构控制方法，燃料电池作为主电源，通过不可逆的Boost变换器连接至直流母线；超级电容器作为辅助电源，通过可逆的Buck‑Boost变换器连接至直流母线。本发明对不可逆的Boost变换器和可逆的Buck‑Boost变换器进行控制，能实现稳定直流母线电压、精确跟踪超级电容器电流参考值和控制系统实现全局渐近稳定。超级电容器对燃料电池进行功率补偿，避免了电池提供瞬时功率和峰值功率，使得车载复合电源的整体效率显著提高；超级电容器可以迅速高效地进行大电流充放电，大大地节约了能源。

技术领域

本发明涉及电动汽车的燃料电池-超级电容器复合电源的功率分配控制技术领域，具体涉及一种车载复合电源功率分配滑膜变结构控制方法。

背景技术

燃料电池-超级电容器复合电源在电动汽车等领域已获得广泛研究，但是复合电源中燃料电池和超级电容器两种电源之间的功率分配控制仍是当前重点和难点问题，成为制约复合电源技术推广应用的主要瓶颈。为了确保燃料电池、超级电容器和负载三者之间能量和功率的双向动态流动，通常会将燃料电池和超级电容器各自串联一个功率变换器后再并联，通过主动控制功率变换器，使得燃料电池和超级电容器及时出力，随时满足负载的能量和功率需求。

如图1所示为当前燃料电池-超级电容器复合电源的电路结构图，包括燃料电池和超级电容器，其中，燃料电池作为主电源，燃料电池通过不可逆的Boost变换器连接至直流母线，超级电容器作为辅助电源，超级电容器通过可逆的Buck-Boost变换器连接至直流母线，直流母线通过功率逆变器将直流电变换成交流电，从而驱动牵引电机，牵引电机带动电动汽车的车轮转动。

如图2所示，不可逆的Boost变换器包括第一高频电感L₁、输出滤波电容C_dc、二极管D₁和第一全控型开关器件S₁，第一高频电感L₁的一端连接燃料电池的正极，第一高频电感L₁的另一端连接二极管D₁的正极，二极管D₁的负极与输出滤波电容C_dc的正极连接，输出滤波电容C_dc的负极与燃料电池的负极相连，第一全控型开关器件S₁的集电极与第一高频电感L₁的另一端连接，第一全控型开关器件S₁的发射极与燃料电池的负极相连。

可逆的Buck-Boost变换器包括第二高频电感L₂、第二全控型开关器件S₂和第三全控型开关器件S₃，第二高频电感L₂的一端与超级电容器的正极连接，第二高频电感L₂的另一端分别与第二全控型开关器件S₂的集电极和第三全控型开关器件S₃的发射极连接，第二全控型开关器件S₂的发射极与超级电容器的负极连接，第三全控型开关器件S₃的集电极与功率逆变器连接。

当前燃料电池-超级电容器复合电源功率分配控制策略即控制功率变换器，传统方法采用了线性控制技术对复合电源进行了控制，但是无论是功率变换器还是超级电容器都属于非线性器件，所以采用线性控制策略，系统稳定性有待提高。对于非线性控制，包括逻辑门限控制和模糊逻辑控制和滤波控制等等。逻辑门限控制和模糊逻辑控制都是基于规则的控制策略，只是模糊逻辑控制策略中的门限值被模糊化了，这两种控制策略的控制思想大致相同，规则也基本类似，控制规则比较固定，不能及时在线调整。而对于滤波控制基本上都是以控制超级电容器的电压来对燃料电池和超级电容器进行功率分配，不能很好地适应电动汽车工况的变化。

发明内容