[發明專利]一種混合電源系統的能量管理方法

有效

• 申請號: 201911050907.8
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN112751376B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 王忠鋒;卞晶;胡志強;尚志軍;朱江;黃劍龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/34
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發明涉及能量管理技術領域，尤其是針對包含多種混合發電電源系統的能量管理技術，具體的說是一種針對燃料電池、鋰電池、超級電容構成的混合發電電源系統的能量管理方法。本發明通過對負載需求電流及超級電容實時電壓狀況進行比較判斷，給定各電源輸出跟蹤電流指令、各電源對應DC/DC變換器的工作模式指令、直流母線穩壓電源指令。當負載需求電流大于0時，能量管理進行各電源放電控制，優先使用燃料電池進行放電。當負載需求電流小于0時，能量管理進行各電源充電控制，優先對超級電容進行充電。本發明設計的混合電源系統能量管理方法在保證直流母線穩定的同時，使混合電源系統快速跟蹤負載變化，實現整個發電系統的快速、穩定運行。

技術領域

本發明涉及能量管理技術領域，尤其是針對包含多種混合發電電源系統的能量管理技術，具體的說是一種針對燃料電池、鋰電池、超級電容構成的混合發電電源系統的能量管理方法。

背景技術

各類電子及電力設備的正常運行，需要電源提供穩定的電能。由于化石能源價格的不斷上漲以及衍生出的諸多環境問題，人們越來越傾向于使用可再生能源。燃料電池有著能量密度高、清潔、能量轉換率高等優點，被廣泛使用。但單純由燃料電池構成的發電系統不具備良好的負載跟隨特性，因此需要引入儲能設備，如超級電容或鋰電池作為輔助電源，與燃料電池構成混合發電系統，彌補燃料電池動態性能的不足。由燃料電池、超級電容、鋰電池相互組合構成的混合電源系統可以有效提高各個電源的使用壽命和綜合性能，在飛機、汽車、船舶、航空等諸多動力裝備的電源系統中都得到了廣泛應用。

發明內容

混合電源的能量管理系統的控制，是針對不同的負載工作狀況，對不同電源之間的功率如何分配進行控制，同時還需要保證整個系統的電壓穩定，能量管理方法的設計直接影響混合電源系統的工作性能。現有技術中，針對燃料電池和單儲能設備的混合電源系統，如燃料電池和超級電容，或是燃料電池和鋰電池組成的混合電源系統的能量管理方法研究較多，但缺少對同時包含燃料電池、鋰電池和超級電容三種能源的混合電源系統能量管理方法的研究。對于混合電源系統，各組電源需要連接單向DC/DC或雙向DC/DC變換器再并聯于直流母線上，能量管理方法需要控制直流母線電壓的穩定。本發明提出一種針對燃料電池、超級電容、鋰電池構成的混合電源系統的能量管理方法，通過給定各電源對應變換器的工作模式指令及跟蹤電流指令，調控三種電源的功率輸出，在保證直流母線穩定的同時，使混合電源系統快速跟蹤負載變化，實現整個發電系統的快速、穩定運行。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種混合電源系統的能量管理方法，包括以下步驟：

判斷負載需求電流Idemand是否大于0，當負載需求電流Idemand大于0時，表明負載消耗電能，此時混合電源系統放電，能量管理控制器進行電源放電控制，優先使用燃料電池進行放電；當負載需求電流Idemand小于0時，表明負載反饋電能給混合電源系統，此時混合電源系統向鋰電池和超級電容充電，能量管理控制器進行電源充電控制，優先使用超級電容進行充電；

能量管理控制器進行放電控制的過程為：

2-1)判斷負載需求電流Idemand是否大于燃料電池最大放電電流，如果負載需求電流Idemand小于或等于燃料電池最大放電電流，此時，燃料電池輸出指令電流Ifc為Idemand；鋰電池和超級電容分別輸出指令電流Ibat和Isc均為0；

2-2)如果負載需求電流Idemand大于燃料電池最大放電電流，則比較超級電容實時電壓Usc與超級電容最小放電電壓極限值Usc_min，若Usc大于Usc_min，此時燃料電池按照最大電流放電，輸出指令電流Ifc為Ifc_max即燃料電池允許的最大放電電流值，鋰電池按照設置的限定電流Ibat_set放電，輸出指令電流Ibat為Ibat_set，超級電容按照剩下所需的電流輸出，輸出指令電流Isc為負載需求電流與燃料電池和鋰電池輸出電流的差值Idemand-Ifc-Ibat；