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燃料電池與超級電容混合供能的建模和非線性控制

與傳統(tǒng)的動力系統(tǒng)相比，混合動力汽車的發(fā)展可以大大改善車輛的燃油經(jīng)濟性，與此同時，開發(fā)適用于混合動力汽車的先進控制策略也迫在眉睫。具體介紹了電動汽車能量存儲單元的構(gòu)成及供電和儲能原理，解決了純電動汽車混合能量存儲及供給問題。

介紹了電動汽車能量控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。能量存儲系統(tǒng)有一塊燃料電池（主要電源）、一個超級電容器（輔助電源）。還包含一個能量轉(zhuǎn)換模塊，該模塊由一個與主要電源相連的升壓轉(zhuǎn)換器和一個與輔助電源相連的升壓去磁轉(zhuǎn)換器組成，這兩個轉(zhuǎn)換器共用一根與牽引電機相連的直流總線，兩個電源之間的能量轉(zhuǎn)換通過一個直流-直流轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。具體的能量存儲過程如圖1所示。

系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換器必須通過一定的控制來滿足以下要求：①嚴格控制直流總線電壓；②緊密跟蹤超級電容的電流大??；③觀測閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。為此，在非線性模型中開發(fā)了非線性控制器，該控制器是基于李雅普諾夫理論進行設(shè)計開發(fā)的。該理論采用正規(guī)分析和數(shù)值模擬的方法，對電源轉(zhuǎn)換器大信號動力學問題和燃料電池非線性特征都做出了詳細介紹。

介紹了電控單元的結(jié)構(gòu)及新開發(fā)控制器的兩種電能供給裝置混合供能控制策略：①在需要低工作電壓時，燃料電池將剩余電量對超級電容進行充電；②在需要高工作電壓時，燃料電池提供額定電壓，剩余的能量則由超級電容進行補償；③短暫電力中斷，則工作電壓由超級電容提供；④針對過充電和充電不足的情況適當控制超級電容的電荷狀態(tài)。試驗證明，該控制器可以滿足控制目標車輛和各種運行工況的需求。

圖1　

Hassan El Fadil et al. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2014.

編譯：張利丹