[發(fā)明專利]一種燃料電池最大功率跟蹤控制電路

在審

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• 申請日: 2022-11-22
• 公開（公告）號: CN115863708A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁帥;陳海濤;黃軍;靳洋;王磊;苗偉童;甘雨朋;王東
• 申請（專利權(quán)）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M8/04858
• 分類號: H01M8/04858
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

本發(fā)明提供一種燃料電池最大功率跟蹤控制電路，屬于燃料電池最大功率控制領(lǐng)域，包括：阻抗監(jiān)測裝置，用于燃料電池內(nèi)阻測量；最大功率跟蹤模塊，用于確定燃料電池的最大輸出功率點；DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于在最大功率跟蹤模塊的控制下將燃料電池的電流控制在最大功率點。本發(fā)明采用阻抗監(jiān)測裝置對燃料電池內(nèi)阻進(jìn)行檢測，通過最大功率跟蹤模塊對DC/DC轉(zhuǎn)換器輸入電壓進(jìn)行控制使DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗與燃料電池阻抗相等，從而使燃料電池輸出功率保持在最大點，能夠快速追蹤到燃料電池最大功率輸出，對燃料電池工作點的擾動較小，而且適應(yīng)于具有不同輸出特性的燃料電池最大功率跟蹤控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池控制領(lǐng)域，涉及一種燃料電池最大功率跟蹤控制電路。

背景技術(shù)

燃料電池是一種將氫、氧化學(xué)能按照電化學(xué)原理直接轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電裝置。目前從技術(shù)成熟度、技術(shù)特點考慮，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是應(yīng)用最為廣泛的電池之一。燃料電池的輸出特性較軟，輸出電壓隨輸出電流增加而下降。典型的燃料電池電壓及功率特性如圖1所示，燃料電池存在一個最大功率點。將燃料電池控制在最大功率輸出狀態(tài)可以提高燃料利用率，提升燃料電池系統(tǒng)效率。

現(xiàn)有燃料電池最大功率跟蹤控制的方法有擾動觀察法(CN114069590A)，通過改變?nèi)剂想姵氐妮敵鲭妷夯螂娏鳎^察輸出功率的改變，對燃料電池的工作點進(jìn)行調(diào)節(jié)。該方法的主要問題是燃料電池輸出電壓或電流一直存在波動，影響燃料電池的穩(wěn)定工作。同時外部環(huán)境變化時，擾動觀測法不能快速跟蹤最大功率，容易出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種燃料電池最大功率跟蹤控制電路，解決燃料電池最大功率點跟蹤控制問題。

本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：一種燃料電池最大功率跟蹤控制電路，包括阻抗監(jiān)測裝置、最大功率跟蹤模塊、DC/DC轉(zhuǎn)換器；

燃料電池輸出正負(fù)極連接至DC/DC轉(zhuǎn)換器功率輸入端，阻抗監(jiān)測裝置檢測端連接至燃料電池輸出正負(fù)極，阻抗監(jiān)測裝置通信端與最大功率跟蹤模塊通信接口相連，DC/DC轉(zhuǎn)換器通信端與最大功率跟蹤模塊的通信接口相連；

阻抗監(jiān)測裝置對燃料電池的阻抗進(jìn)行監(jiān)測，得到燃料電池當(dāng)前的內(nèi)阻值；最大功率跟蹤模塊通過DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行燃料電池輸出電壓或電流檢測，或者通過阻抗監(jiān)測模塊進(jìn)行燃料電池輸出電壓或電流檢測。最大功率跟蹤模塊根據(jù)燃料電池當(dāng)前的內(nèi)阻值和燃料電池當(dāng)前輸出的電壓電流確定燃料電池的最大輸出功率點，控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電流，DC/DC轉(zhuǎn)換器在最大功率跟蹤模塊的控制下將燃料電池的電流控制在最大功率點。

進(jìn)一步的，所述阻抗監(jiān)測裝置為Fluke BT500、HIOKI 13560之一。

進(jìn)一步的，所述最大功率跟蹤模塊的硬件組成包括：阻抗監(jiān)測通信接口、DC/DC通信接口、最大功率計算模塊、上位機(jī)通信接口和供電模塊；

阻抗監(jiān)測裝置將檢測到的阻抗信息通過阻抗監(jiān)測通信接口送往最大功率計算模塊，最大功率計算模塊得到燃料電池的最大輸出功率點后通過DC/DC通信接口與DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通信，控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電流，上位機(jī)通信接口實現(xiàn)最大功率計算模塊與上位機(jī)之間的通信；供電模塊為阻抗測量通信接口、DC/DC通信接口、最大功率計算模塊、上位機(jī)通信接口提供供電。

進(jìn)一步的，所述最大功率計算模塊根據(jù)燃料電池內(nèi)阻值和燃料電池輸出電壓、電流進(jìn)行計算后對DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電流進(jìn)行控制，實現(xiàn)對燃料電池輸出最大功率跟蹤。

進(jìn)一步的，所述最大功率計算模塊根據(jù)燃料電池內(nèi)阻值和燃料電池輸出電壓、電流進(jìn)行計算，方式如下：

步驟1、最大功率跟蹤模塊定時與阻抗監(jiān)測模塊通信得到燃料電池內(nèi)阻r；

步驟2、最大功率跟蹤模塊根據(jù)燃料電池輸出電壓U和電流I計算得到燃料電池最大功率點電流I_mpp＝(U+I×r)/2r；