[發明專利]一種水下航行器燃料電池混合推進系統及控制方法

有效

• 申請號: 202010043003.9
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111204430B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 王斌;王知雨;王朝暉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B63G8/08
• 分類號: B63G8/08;B63H21/17;B60L58/40;H02J7/00;H02M3/156
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種水下航行器燃料電池混合推進系統的控制方法，其特征在于，水下航行器燃料電池混合推進系統包括質子交換膜燃料電池、主DC-DC升壓變換器、輔助DC-DC升壓變換器、鋰電池組和水下推進電機；

所述主DC-DC升壓變換器和輔助DC-DC升壓變換器同向并聯后，作為雙DC-DC升壓變換系統接入質子交換膜燃料電池和鋰電池組之間，使質子交換膜燃料電池與水下推進電機的逆變器隔離；

所述鋰電池組輸出端直接與水下推進電機的逆變器相連；

所述控制方法包括以下步驟：

雙DC-DC升壓變換系統的主DC-DC升壓變換器和輔助DC-DC升壓變換器根據質子交換膜燃料電池的工作狀態進行協同控制，并采用鋰電池組荷電狀態滯環控制實現質子交換膜燃料電池的工作狀態切換；

所述的鋰電池組荷電狀態滯環控制具體是指：

鋰電池組荷電狀態的滯環控制區間為[0.8, 0.9]，在鋰電池組荷電狀態高于區間上限值0.9時，強制使質子交換膜燃料電池以最低輸出功率工作模式工作；

在鋰電池組荷電狀態小于區間下限值0.8時，強制使質子交換膜燃料電池以峰值效率工作模式工作；

當鋰電池組荷電狀態處于該區間時，質子交換膜燃料電池維持前一時刻工作狀態；在燃料電池混合推進系統工作時，必須在質子交換膜燃料電池啟動后才能實施鋰電池組荷電狀態滯環控制。

2.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述質子交換膜燃料電池最低輸出功率對應于輔助DC-DC升壓變換器的峰值效率工作點，質子交換膜燃料電池的峰值效率工作點對應于主DC-DC升壓變換器峰值效率工作點與輔助DC-DC升壓變換器的峰值效率工作點之和。

3.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述質子交換膜燃料電池的工作狀態次序隨質子交換膜燃料電池輸出功率增加依次增加：

在質子交換膜燃料電池啟動時，工作狀態為State=0；

在質子交換膜燃料電池以最低輸出功率工作模式工作時，工作狀態為State=1；

在質子交換膜燃料電池輸出功率大于最低輸出功率并且低于主DC-DC升壓變換器峰值效率工作功率時，工作狀態為State=2；

在質子交換膜燃料電池的輸出功率大于主DC-DC升壓變換器峰值效率工作功率且小于質子交換膜燃料電池峰值效率工作功率時，工作狀態為State=3；

質子交換膜燃料電池以峰值效率工作模式工作時，工作狀態為State=4。

4.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述的協同控制的具體方法為：

在State=0時，輔助DC-DC升壓變換器以恒壓輸出工作模式工作，主DC-DC升壓變換器處于空閑模式；

在State=1時，輔助DC-DC升壓變換器以峰值效率工作模式工作，主DC-DC升壓變換器處于空閑模式；

在State=2時，主DC-DC升壓變換器以恒壓輸出工作模式工作，輔助DC-DC升壓變換器處于空閑模式；

當State=3時，主DC-DC升壓變換器以峰值效率工作模式工作，同時輔助DC-DC升壓變換器以最大功率跟蹤控制模式工作；

當State=4時，主DC-DC升壓變換器和輔助DC-DC升壓變換器均以峰值效率工作模式工作。

5.根據權利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述的輔助DC-DC升壓變換器的最大功率跟蹤控制是指：

通過控制輔助DC-DC升壓變換器的工作電流來改變質子交換膜燃料電池的輸出功率，并根據質子交換膜燃料電池輸出功率的增加或減少決定輔助DC-DC升壓變換器工作電流的增加或減少。

6.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述的輔助DC-DC升壓變換器工作電流的增加或減少控制具體是指：

輔助DC-DC升壓變換器的工作電流需要根據相鄰兩次質子交換膜燃料電池輸出功率之差進行調節，在當前時刻質子交換膜燃料電池輸出功率采樣值與前一時刻質子交換膜燃料電池輸出功率采樣值的差大于零時，增加輔助DC-DC升壓變換器的工作電流使質子交換膜燃料電池輸出電流增加；在當前時刻質子交換膜燃料電池輸出功率采樣值與前一時刻質子交換膜燃料電池輸出功率采樣值的差小于零時，減少輔助DC-DC升壓變換器工作電流使質子交換膜燃料電池輸出電流減少。