[发明专利]一种质子交换膜燃料电池混合能量管理系统

说明书

一种质子交换膜燃料电池混合能量管理系统，所述系统包括：PEMFC电堆、直流母线、负载、升压DC/DC变换器、锂电池、双向DC/DC变换器、第一控制器和第二控制器。提供的一种质子交换膜燃料电池混合能量管理系统，以PEMFC电堆输出负载平均功率、锂电池释放或吸收负载突变功率为基本策略，采用PI反馈控制算法实现功率输出控制，采用PI反馈控制算法实现电量控制，实现了负载跟踪的快速性和锂电池SOC的可控性，避免了PEMFC电堆内部的燃料亏空现象，有效地提高了系统整体性能。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池混合能量管理系统。

背景技术

近年来，质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其启动快速、反应产物无污染、运行温度低、噪音小等优点而受到重视，相关理论研究成果已经可以在现实中的燃料电池产品中实现。PEMFC作为动力电源应用广泛，将PEMFC作为车载供电动力源是新能源汽车的未来发展方向。

但是，在交通运输领域大规模应用PEMFC系统还有三个问题：(1)单堆PEMFC的输出功率比较有限，不能满足大功率需求下的实时功率追踪；(2)耐久性低；(3)系统应用成本较高。为了维持质子交换膜燃料电池混动系统的无污染、启动速度快等优势，将单堆燃料电池发电替换为多堆燃料电池协同发电可以使系统的功率等级、整体效率得到较大提升，节约系统成本，减少资源损耗，延长燃料电池系统的寿命。因此多堆质子交换膜燃料电池发电系统成为了大功率应用方向的研究重点。而单独使用PEMFC无法满足负载需求功率的快速变化需求，也无法实现反馈能量的回收。为了实现复杂的功率需求追踪，选择锂电池作为辅助电源协同PEMFC进行发电。

燃料电池自从上世纪90年代以来就因为其反应产物无污染、燃料利用率高的特点而被广泛研究，锂电池作为辅助电源弥补了燃料电池的一些缺点，如动态响应差、无法吸收反馈能量等。多堆燃料电池协同作用又为燃料电池的大功率场景应用打开了新思路。当燃料电池系统以多堆协同发电的方式投入运行时，其系统功率等级、整体效率能够得到较大提升。目前国内外针对多堆质子交换膜燃料电池混合动力能量管理策略的研究依然处于发展阶段，大多数研究以多堆燃料电池发电系统功率分配方法和燃料电池混合动力系统功率分配方法为主，很少直接提出了多堆燃料电池混合动力系统的功率分配策略。

发明内容

鉴于上述问题，提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种质子交换膜燃料电池混合能量管理系统。

为解决上述技术问题，提供了一种质子交换膜燃料电池混合能量管理系统，所述系统包括：

PEMFC电堆，用于获取并利用燃料和空气产生和输出电压；

直流母线，用于为负载供电；所述直流母线与所述负载连接；

升压DC/DC变换器，用于对所述PEMFC电堆的输出电压进行升压后输出至所述直流母线，以及调节所述PEMFC电堆的输出功率；所述DC/DC变换器分别与所述PEMFC电堆和所述直流母线连接；

锂电池，用于向所述直流母线放电，或接受所述直流母线的充电；

双向DC/DC变换器，用于实现所述直流母线和所述锂电池之间的电压转换；所述双向DC/DC变换器分别与所述直流母线和所述锂电池连接；

第一控制器，用于根据所述锂电池的荷电状态向第二控制器发送控制信号，以及根据所述锂电池的电流和所述直流母线的电压控制所述锂电池的输出功率；所述第一控制器分别与所述升压DC/DC变换器、所述双向DC/DC变换器、所述直流母线与所述锂电池连接；

第二控制器，用于接收所述第一控制器的控制信号控制所述PEMFC电堆的输出功率；所述第二控制器分别与所述PEMFC电堆和所述第一控制器连接。

优选地，所述系统还包括：电流检测器，用于检测所述直流母线的电流，所述电流检测器设置于所述直流母线上，且与所述第一控制器连接。