[发明专利]一种混合电源系统的能量管理方法

说明书

本发明涉及能量管理技术领域，尤其是针对包含多种混合发电电源系统的能量管理技术，具体的说是一种针对燃料电池、锂电池、超级电容构成的混合发电电源系统的能量管理方法。本发明通过对负载需求电流及超级电容实时电压状况进行比较判断，给定各电源输出跟踪电流指令、各电源对应DC/DC变换器的工作模式指令、直流母线稳压电源指令。当负载需求电流大于0时，能量管理进行各电源放电控制，优先使用燃料电池进行放电。当负载需求电流小于0时，能量管理进行各电源充电控制，优先对超级电容进行充电。本发明设计的混合电源系统能量管理方法在保证直流母线稳定的同时，使混合电源系统快速跟踪负载变化，实现整个发电系统的快速、稳定运行。

技术领域

本发明涉及能量管理技术领域，尤其是针对包含多种混合发电电源系统的能量管理技术，具体的说是一种针对燃料电池、锂电池、超级电容构成的混合发电电源系统的能量管理方法。

背景技术

各类电子及电力设备的正常运行，需要电源提供稳定的电能。由于化石能源价格的不断上涨以及衍生出的诸多环境问题，人们越来越倾向于使用可再生能源。燃料电池有着能量密度高、清洁、能量转换率高等优点，被广泛使用。但单纯由燃料电池构成的发电系统不具备良好的负载跟随特性，因此需要引入储能设备，如超级电容或锂电池作为辅助电源，与燃料电池构成混合发电系统，弥补燃料电池动态性能的不足。由燃料电池、超级电容、锂电池相互组合构成的混合电源系统可以有效提高各个电源的使用寿命和综合性能，在飞机、汽车、船舶、航空等诸多动力装备的电源系统中都得到了广泛应用。

发明内容

混合电源的能量管理系统的控制，是针对不同的负载工作状况，对不同电源之间的功率如何分配进行控制，同时还需要保证整个系统的电压稳定，能量管理方法的设计直接影响混合电源系统的工作性能。现有技术中，针对燃料电池和单储能设备的混合电源系统，如燃料电池和超级电容，或是燃料电池和锂电池组成的混合电源系统的能量管理方法研究较多，但缺少对同时包含燃料电池、锂电池和超级电容三种能源的混合电源系统能量管理方法的研究。对于混合电源系统，各组电源需要连接单向DC/DC或双向DC/DC变换器再并联于直流母线上，能量管理方法需要控制直流母线电压的稳定。本发明提出一种针对燃料电池、超级电容、锂电池构成的混合电源系统的能量管理方法，通过给定各电源对应变换器的工作模式指令及跟踪电流指令，调控三种电源的功率输出，在保证直流母线稳定的同时，使混合电源系统快速跟踪负载变化，实现整个发电系统的快速、稳定运行。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种混合电源系统的能量管理方法，包括以下步骤：

判断负载需求电流Idemand是否大于0，当负载需求电流Idemand大于0时，表明负载消耗电能，此时混合电源系统放电，能量管理控制器进行电源放电控制，优先使用燃料电池进行放电；当负载需求电流Idemand小于0时，表明负载反馈电能给混合电源系统，此时混合电源系统向锂电池和超级电容充电，能量管理控制器进行电源充电控制，优先使用超级电容进行充电；

能量管理控制器进行放电控制的过程为：

2-1)判断负载需求电流Idemand是否大于燃料电池最大放电电流，如果负载需求电流Idemand小于或等于燃料电池最大放电电流，此时，燃料电池输出指令电流Ifc为Idemand；锂电池和超级电容分别输出指令电流Ibat和Isc均为0；

2-2)如果负载需求电流Idemand大于燃料电池最大放电电流，则比较超级电容实时电压Usc与超级电容最小放电电压极限值Usc_min，若Usc大于Usc_min，此时燃料电池按照最大电流放电，输出指令电流Ifc为Ifc_max即燃料电池允许的最大放电电流值，锂电池按照设置的限定电流Ibat_set放电，输出指令电流Ibat为Ibat_set，超级电容按照剩下所需的电流输出，输出指令电流Isc为负载需求电流与燃料电池和锂电池输出电流的差值Idemand-Ifc-Ibat；