一种电能变换器控制系统及一种氢燃料电池系统技术方案

本发明专利技术属于氢燃料电池电能变换技术领域，具体涉及一种电能变换器控制系统及一种氢燃料电池系统。采用电能变换器在断续工况下的占空比信号优化电感电流采集值，同时提出优化算法，可有效提升小电流下DC/DC电能变换器的电流采样精度，极大程度地避免因为采样时刻造成的电流采样误差，极大限度地还原真实电流平均值，进一步地提升小电流下变换器控制精度。算法本身简洁易执行、运算资源占用少且效果显著。著。著。

【技术实现步骤摘要】
一种电能变换器控制系统及一种氢燃料电池系统


[0001]本专利技术属于氢燃料电池电能变换
，具体涉及一种电能变换器控制系统及一种氢燃料电池系统。

技术介绍

[0002]氢燃料电池系统主要由氢燃料电堆、大功率DC/DC电能变换器、空压机、空压机控制器、氢气循环泵及氢泵控制器组成，如附图1所示。其中以Boost为常用拓扑的大功率DC/DC电能变换器起到氢燃料电池放电调节作用，可工作于输入恒流及输出恒压模式。
[0003]现有DC/DC电能变换器由于全负载范围内电流采样点相同，在连续模式下电流采样得到平均值，但在断续模式下电流采样值与实际电流平均值存在误差，如此误差引入电流控制环从而造成实际电流输出值与电流指令值之间存在静差，所以小电流下很难满足电流控制精度要求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出一种电能变换器控制系统及一种氢燃料电池系统，采用电能变换器在断续工况下的占空比信号优化电感电流采集值，可有效提升小电流下DC/DC电能变换器的电流采样精度，极大程度地避免因为采样时刻造成的电流采样误差，极大限度地还原真实电流平均值，进一步地提升小电流下变换器控制精度。算法本身简洁易执行、运算资源占用少且效果显著。
[0005]为了达到上述技术目的，本专利技术所采用的具体技术方案为：
[0006]一种电能变换器控制系统，包括：
[0007]采样调理模块，用于采集所述电能变换器的电感电流、所述电能变换器的输入端电压以及所述电能变换器的输出端电压，调理为数字信号后生成电感电流采样值、输入端电压采样值以及输出端电压采样值；
[0008]精度优化模块，与所述采样调理模块通信，基于所述输入端电压采样值、输出端电压采样值以及所述电能变换器在断续工况下的占空比信号，优化所述电感电流采样值，生成校准值；
[0009]控制模块，与所述精度优化模块通信，以所述校准值为依据控制所述电能变换器的输入
‑
输出电流比。
[0010]进一步的，所述电能变换器包括以正总线的电流方向依次并联设置的输入端电容C
i
、驱动开关S和输出端电容C
o
；还包括电感L和二极管D；所述电感L设置在所述正总线上，所述输入端电容C
i
与驱动开关S之间；所述二极管D设置在所述正总线上，所述驱动开关S与所述输出端电容C
o
之间，许通方向为所述驱动开关S至所述输出端电容C
o
；所述电感电流自所述正总线上，所述电容C
i
与所述电感L之间采集；
[0011]所述控制模块控制所述驱动开关S，驱动开关S控制所述电能变换器的输入
‑
输出电流比。
[0012]进一步的，所述控制模块包括控制环模块、调制模块和驱动模块；所述控制环基于所述电感电流采样值生成电感电流调制信号；所述调制模块基于电感电流调制信号生成所述占空比信号；所述控制环基于外部指令信号及所述校准值生成控制信号；所述调制模块基于所述控制信号生成控制PWM波；所述驱动模块基于所述PWM波控制所述驱动开关S。
[0013]进一步的，所述精度优化模块、控制环模块以及调制模块集成在MCU中。
[0014]进一步的，所述精度优化模块基于以下算法优化所述电感电流采样值：
[0015]设所述采样调理模块对所述电感电流采样时/后：所生成三角载波为v
c
(k)，调制电压为v
m
(k)，采样周期为T
s
，占空比波形为d(k)；单采样周期内电感电流上升时间为D*T
s
，单采样周期内电感电流下降时间为D'*T
s
，单采样周期内封管时间为[1
‑
D]*T
s
，电感电流为i
L
(k)，电感电流纹波为i
p
(k)，电感电流采样值为i
L
(k)，电感电流单采样周期平均值为i
avg
(k)，电感电流采样序列为S
i
(k)；
[0016]当所述占空比波形d(k)置1时电感L两端电压为所述电能变换器的低压侧电压v
bat
(k)，电感电流上升，上升斜率为v
bat
(k)/L，上升时间为d(k)*T
s
，上升最高点i
p
(k)；
[0017]当占空比波形d(k)置0时电感L两端电压为所述电能变换器的低压侧电压v
bat
(k)减去高压侧电压v
bus
(k)，电感电流下降，下降斜率为[v
bus
(k)
‑
v
bat
(k)]/L，下降时间为d'(k)*T
s
，断续电流工况下d(k)*T
s
+d'(k)*T
s
≠T
s
；
[0018]设k1时刻采样所得电流i
L
(k1)＝0.5*i
p
(k1)，k1至k1+1的采样周期内电感电流平均值为i
avg
(k1)，则：
[0019][0020]其中：d(k1
‑
1)*T
s
为电感电流上升时间，d'(k1
‑
1)为电感电流上升时间，i
p
(k1)为k1时刻对应电流峰峰值；
[0021]所述控制信号在执行前基于以下公式优化：
[0022]取所述k1至k1+1的采样周期的上一拍，设占空比为d(k1
‑
1)，输入电压采样值为v
bat
(k1)，输出电压采样值为v
bus
(k1)，通过下式进行计算：
[0023][0024]其中：i'
L
(k1)为所述校准值。
[0025]同时，本专利技术还提出一种氢燃料电池系统，基于上述电能变换器进行放电控制；包括：氢燃料电堆、电能变换器、高压直流母线、空压机控制器、空气压缩机、氢泵控制器以及氢气循环泵；
[0026]所述电能变换器输入端连接所述氢燃料电堆的电流输出端，输出端连接所述高压直流母线；所述空压机控制器以所述高压直流母线的电压正比例驱动所述空气压缩机；所述氢泵控制器以所述高压直流母线的电压正比例驱动所述氢气循环泵；所述空气压缩机用于向所述氢燃料电堆提供氧气或氧气混合气；所述氢气循环泵用于向所述氢燃料电堆提供氢气或氢气混合气。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0028]图1为本专利技术具体实施方式中一种电能变换器控制系统示意图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电能变换器控制系统，其特征在于，包括：采样调理模块，用于采集所述电能变换器的电感电流、所述电能变换器的输入端电压以及所述电能变换器的输出端电压，调理为数字信号后生成电感电流采样值、输入端电压采样值以及输出端电压采样值；精度优化模块，与所述采样调理模块通信，基于所述输入端电压采样值、输出端电压采样值以及所述电能变换器在断续工况下的占空比信号，优化所述电感电流采样值，生成校准值；控制模块，与所述精度优化模块通信，以所述校准值为依据控制所述电能变换器的输入
‑
输出电流比。2.根据权利要求1所述的电能变换器控制系统，其特征在于，所述电能变换器包括以正总线的电流方向依次并联设置的输入端电容C
i
、驱动开关S和输出端电容C
o
；还包括电感L和二极管D；所述电感L设置在所述正总线上，所述输入端电容C
i
与驱动开关S之间；所述二极管D设置在所述正总线上，所述驱动开关S与所述输出端电容C
o
之间，许通方向为所述驱动开关S至所述输出端电容C
o
；所述电感电流自所述正总线上，所述电容C
i
与所述电感L之间采集；所述控制模块控制所述驱动开关S，驱动开关S控制所述电能变换器的输入
‑
输出电流比。3.根据权利要求2所述的电能变换器控制系统，其特征在于，所述控制模块包括控制环模块、调制模块和驱动模块；所述控制环基于所述电感电流采样值生成电感电流调制信号；所述调制模块基于电感电流调制信号生成所述占空比信号；所述控制环基于外部指令信号及所述校准值生成控制信号；所述调制模块基于所述控制信号生成控制PWM波；所述驱动模块基于所述PWM波控制所述驱动开关S。4.根据权利要求3所述的电能变换器控制系统，其特征在于，所述精度优化模块、控制环模块以及调制模块集成在MCU中。5.根据权利要求2所述的电能变换器控制系统，其特征在于，所述精度优化模块基于以下算法优化所述电感电流采样值：设所述采样调理模块对所述电感电流采样时/后：所生成三角载波为v
c
(k)，调制电压为v
m
(k)，采样周期为T
s
，占空比波形为d(k)；单采样周期内电感电流上升时间为D*T
s
，单采样周期内电感电流下降时间为D'*T
s
，单采样周期内封管时间为[1
‑
D]*T
s
，电感电流为i
L
(k)，电感电流纹波为i
p
(k)，电感电流采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：史经奎，向礼，雷少辉，
申请(专利权)人：致瞻科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：