[发明专利]一种燃料电池最大功率跟踪控制电路

说明书

本发明提供一种燃料电池最大功率跟踪控制电路，属于燃料电池最大功率控制领域，包括：阻抗监测装置，用于燃料电池内阻测量；最大功率跟踪模块，用于确定燃料电池的最大输出功率点；DC/DC转换器，用于在最大功率跟踪模块的控制下将燃料电池的电流控制在最大功率点。本发明采用阻抗监测装置对燃料电池内阻进行检测，通过最大功率跟踪模块对DC/DC转换器输入电压进行控制使DC/DC转换器的输入阻抗与燃料电池阻抗相等，从而使燃料电池输出功率保持在最大点，能够快速追踪到燃料电池最大功率输出，对燃料电池工作点的扰动较小，而且适应于具有不同输出特性的燃料电池最大功率跟踪控制。

技术领域

本发明属于燃料电池控制领域，涉及一种燃料电池最大功率跟踪控制电路。

背景技术

燃料电池是一种将氢、氧化学能按照电化学原理直接转化为电能的一种发电装置。目前从技术成熟度、技术特点考虑，质子交换膜燃料电池(PEMFC)是应用最为广泛的电池之一。燃料电池的输出特性较软，输出电压随输出电流增加而下降。典型的燃料电池电压及功率特性如图1所示，燃料电池存在一个最大功率点。将燃料电池控制在最大功率输出状态可以提高燃料利用率，提升燃料电池系统效率。

现有燃料电池最大功率跟踪控制的方法有扰动观察法(CN114069590A)，通过改变燃料电池的输出电压或电流，观察输出功率的改变，对燃料电池的工作点进行调节。该方法的主要问题是燃料电池输出电压或电流一直存在波动，影响燃料电池的稳定工作。同时外部环境变化时，扰动观测法不能快速跟踪最大功率，容易出现误判现象。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种燃料电池最大功率跟踪控制电路，解决燃料电池最大功率点跟踪控制问题。

本发明解决技术的方案是：一种燃料电池最大功率跟踪控制电路，包括阻抗监测装置、最大功率跟踪模块、DC/DC转换器；

燃料电池输出正负极连接至DC/DC转换器功率输入端，阻抗监测装置检测端连接至燃料电池输出正负极，阻抗监测装置通信端与最大功率跟踪模块通信接口相连，DC/DC转换器通信端与最大功率跟踪模块的通信接口相连；

阻抗监测装置对燃料电池的阻抗进行监测，得到燃料电池当前的内阻值；最大功率跟踪模块通过DC/DC转换器进行燃料电池输出电压或电流检测，或者通过阻抗监测模块进行燃料电池输出电压或电流检测。最大功率跟踪模块根据燃料电池当前的内阻值和燃料电池当前输出的电压电流确定燃料电池的最大输出功率点，控制DC/DC转换器的输入电流，DC/DC转换器在最大功率跟踪模块的控制下将燃料电池的电流控制在最大功率点。

进一步的，所述阻抗监测装置为Fluke BT500、HIOKI 13560之一。

进一步的，所述最大功率跟踪模块的硬件组成包括：阻抗监测通信接口、DC/DC通信接口、最大功率计算模块、上位机通信接口和供电模块；

阻抗监测装置将检测到的阻抗信息通过阻抗监测通信接口送往最大功率计算模块，最大功率计算模块得到燃料电池的最大输出功率点后通过DC/DC通信接口与DC/DC转换器进行通信，控制DC/DC转换器的输入电流，上位机通信接口实现最大功率计算模块与上位机之间的通信；供电模块为阻抗测量通信接口、DC/DC通信接口、最大功率计算模块、上位机通信接口提供供电。

进一步的，所述最大功率计算模块根据燃料电池内阻值和燃料电池输出电压、电流进行计算后对DC/DC转换器的输入电流进行控制，实现对燃料电池输出最大功率跟踪。

进一步的，所述最大功率计算模块根据燃料电池内阻值和燃料电池输出电压、电流进行计算，方式如下：

步骤1、最大功率跟踪模块定时与阻抗监测模块通信得到燃料电池内阻r；

步骤2、最大功率跟踪模块根据燃料电池输出电压U和电流I计算得到燃料电池最大功率点电流I_mpp＝(U+I×r)/2r；