[發明專利]一種質子交換膜燃料電池混合能量管理系統

有效

• 申請號: 202010695477.1
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111933973B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 李曦;趙康男;李冬;傅俊;鄧忠華;蔣建華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學鄂州工業技術研究院;華中科技大學
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/04858;H01M8/04992;H02J7/00;B60L58/12;B60L58/30;B60L58/40
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 張曉冬

一種質子交換膜燃料電池混合能量管理系統，所述系統包括：PEMFC電堆、直流母線、負載、升壓DC/DC變換器、鋰電池、雙向DC/DC變換器、第一控制器和第二控制器。提供的一種質子交換膜燃料電池混合能量管理系統，以PEMFC電堆輸出負載平均功率、鋰電池釋放或吸收負載突變功率為基本策略，采用PI反饋控制算法實現功率輸出控制，采用PI反饋控制算法實現電量控制，實現了負載跟蹤的快速性和鋰電池SOC的可控性，避免了PEMFC電堆內部的燃料虧空現象，有效地提高了系統整體性能。

技術領域

本發明屬于質子交換膜燃料電池技術領域，具體涉及一種質子交換膜燃料電池混合能量管理系統。

背景技術

近年來，質子交換膜燃料電池(PEMFC)以其啟動快速、反應產物無污染、運行溫度低、噪音小等優點而受到重視，相關理論研究成果已經可以在現實中的燃料電池產品中實現。PEMFC作為動力電源應用廣泛，將PEMFC作為車載供電動力源是新能源汽車的未來發展方向。

但是，在交通運輸領域大規模應用PEMFC系統還有三個問題：(1)單堆PEMFC的輸出功率比較有限，不能滿足大功率需求下的實時功率追蹤；(2)耐久性低；(3)系統應用成本較高。為了維持質子交換膜燃料電池混動系統的無污染、啟動速度快等優勢，將單堆燃料電池發電替換為多堆燃料電池協同發電可以使系統的功率等級、整體效率得到較大提升，節約系統成本，減少資源損耗，延長燃料電池系統的壽命。因此多堆質子交換膜燃料電池發電系統成為了大功率應用方向的研究重點。而單獨使用PEMFC無法滿足負載需求功率的快速變化需求，也無法實現反饋能量的回收。為了實現復雜的功率需求追蹤，選擇鋰電池作為輔助電源協同PEMFC進行發電。

燃料電池自從上世紀90年代以來就因為其反應產物無污染、燃料利用率高的特點而被廣泛研究，鋰電池作為輔助電源彌補了燃料電池的一些缺點，如動態響應差、無法吸收反饋能量等。多堆燃料電池協同作用又為燃料電池的大功率場景應用打開了新思路。當燃料電池系統以多堆協同發電的方式投入運行時，其系統功率等級、整體效率能夠得到較大提升。目前國內外針對多堆質子交換膜燃料電池混合動力能量管理策略的研究依然處于發展階段，大多數研究以多堆燃料電池發電系統功率分配方法和燃料電池混合動力系統功率分配方法為主，很少直接提出了多堆燃料電池混合動力系統的功率分配策略。

發明內容

鑒于上述問題，提供克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種質子交換膜燃料電池混合能量管理系統。

為解決上述技術問題，提供了一種質子交換膜燃料電池混合能量管理系統，所述系統包括：

PEMFC電堆，用于獲取并利用燃料和空氣產生和輸出電壓；

直流母線，用于為負載供電；所述直流母線與所述負載連接；

升壓DC/DC變換器，用于對所述PEMFC電堆的輸出電壓進行升壓后輸出至所述直流母線，以及調節所述PEMFC電堆的輸出功率；所述DC/DC變換器分別與所述PEMFC電堆和所述直流母線連接；

鋰電池，用于向所述直流母線放電，或接受所述直流母線的充電；

雙向DC/DC變換器，用于實現所述直流母線和所述鋰電池之間的電壓轉換；所述雙向DC/DC變換器分別與所述直流母線和所述鋰電池連接；

第一控制器，用于根據所述鋰電池的荷電狀態向第二控制器發送控制信號，以及根據所述鋰電池的電流和所述直流母線的電壓控制所述鋰電池的輸出功率；所述第一控制器分別與所述升壓DC/DC變換器、所述雙向DC/DC變換器、所述直流母線與所述鋰電池連接；

第二控制器，用于接收所述第一控制器的控制信號控制所述PEMFC電堆的輸出功率；所述第二控制器分別與所述PEMFC電堆和所述第一控制器連接。

優選地，所述系統還包括：電流檢測器，用于檢測所述直流母線的電流，所述電流檢測器設置于所述直流母線上，且與所述第一控制器連接。