燃料电池发电系统的能量管理控制
燃料电池发电系统的能量管理控制
姜志玲Ｌｚ，陈维荣Ｉ，刘小强－，戴朝华Ｉ
（１．西南交通大学电气工程学院，四川成都６１００３１；２．西南石油大学电子信息工程学院，四川成都６１５０００）
摘要：针对燃料电池动态响应上的不足及其因长时间运行而造成的性能衰减，探讨了燃料电池发电系统的混合结构。讨论了能量管理控制系统的结构及其控制器的设计，提出了基于前馈补偿和双闭环相结合的控制方法。通过控钥双向变换器调整蓄电池的充、放电。使燃料电池的输出电流缓慢变化，大大减少了冲击性。通过实验验证了所设计的能量管理控制系统的有效性。
关键词：燃料电池；能量管理控制；双向变换器；蓄电池；动态响应
中图分类号：ＴＭ９１１文献标识码：Ａ文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１０）０９－０９１１—０４
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质子交换膜燃料电池以其零排放、低噪声成为当今国际新
能源领域的研究热点，但其耐久性并不理想，工作状态的剧烈
变化将导致质子交换膜性能衰退Ⅲ；在负载突变的时候，燃料电
池的输出电压、电流要经过一段比较长的时间（秒级）才能建
立起来，而且在新稳态建立的过程中可能由于温度、气压、湿度
等超标而影响电池的寿命，因此需要给燃料电池发电系统配置
辅助储能环节以弥补燃料电池动态响应上的不足四。
针对燃料电池动态响应的缺陷，目前多采用在燃料电池
的输出侧并联大容值的超级电容或蓄电池，其控制方法有电
压型和电流型两种。采用其中任何一种控制方法都可以改善
燃料电池的动态特性，但电压型控制采用的是单闭环控制，动
态响应慢；而电流型控制是一种电压、电流双闭环控制，除了
能较好的改善开关变换器的动态性能外，还可实现快速过流
保护，动态响应速度快。是目前常采用的控制方法。
本文根据燃料电池的动态特性，建立了燃料电池混合发
电系统模型。基于燃料电池性能衰减、动态响应慢的缺点，采
收稿日期：２０１０－０３－２５
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助
（ＳＶｖＪＴＵ０９ＺＴｌ３，ＳＷＪＴＵ０９ＣＸ０２６，ＳＷＪＴＵ０９ＺＴｌ０）
作者简介：姜志玲Ｉ１９７仁ｌ，女，山东省人，博士，主要研究方向
为智能算法及优化控制。
９１１用前馈补偿和电压、电流双闭环反馈控制相结合的方式进行系统能量管理。在燃料电池发电系统中引人氢镍蓄电池，通过对蓄电池的充放电管理实现在系统负载突变的时候。南蓄电池吸收／释放突变的功率，燃料电池仅输出一个变化平缓的功率。在满足负载快速响应时，使燃料电池内部有足够的调整时间，改善燃料电池动态响应上的缺陷，从而提高燃料电池的工作寿命。
１燃料电池发电系统
“能量型”的燃料电池发电系统结构有两种类型，如图ｌ所示。
图１燃料电池发电系统框图
２０１０．９ＶｏＩ．３４
Ｎｏ．９
万方数据