混合电源的能源管理系统

燃料电池混合电源的能量管理系统

1、12.5 kW（峰值）、30-60 V PEM（质子交换膜）燃料电池电源模块 (FCPM)，标称功率为 10 kW。
2、一个 48 V，40 Ah，锂离子电池系统
3、291.6 V、15.6 F 超级电容器系统（六个 48.6v 电池串联）
4、12.5 kW 燃料电池 DC/DC 升压转换器，具有稳定的输出电压和输入电流限制。
5、两个 DC/DC 转换器，用于为电池系统放电（4 kW 升压转换器）和充电（1.2 kW 降压转换器）。 这些转换器还通过电流限制调节输出电压。 通常，也可以采用单个双向DC/DC变换器来减轻电源系统的重量。

6、15 kVA、270 V 直流输入、200 V 交流、400 Hz 逆变器系统。
具有可变视在功率和功率因数的三相交流负载，用于模拟 MEA 紧急负载配置文件。
7、一个 15 kW 的保护电阻器，用于避免超级电容器和电池系统过度充电。
一种能源管理系统，它根据给定的能源管理策略在能源之间分配电力。 实施了五种类型的能源管理策略，它们是：
状态机控制策略

经典的PI控制策略

频率解耦和状态机控制策略

等效消耗最小化策略（ECMS）

外部能量最大化策略（EEMS）
示范
该演示展示了燃料电池混合动力应急电源系统在五分钟紧急着陆场景中的性能。 在这种情况下，燃料电池混合动力系统在以下事件期间提供基本负载：

当主发电机丢失时即刻（这通常由航空电子设备和 APU 电池系统承担，直到 RAT/ADG 完全部署）。

应急液压泵启动。

襟翼/缝翼和起落架的运动。

滑行和乘客疏散（当 RAT/ADG 变得不可用时，航空电子设备和 APU 电池系统通常也会承担）。

根据所选能源管理策略的类型，能源管理系统通过燃料电池和电池 DC/DC 转换器的参考信号（输出电压和最大电流）控制每个能源设备的功率。 双击 Energy Management System 模块并选择状态机控制策略。 开始模拟。 双击测量块。 打开电源范围（显示与 270 V 直流总线相关的配电）以及燃料电池、电池、超级电容器和负载范围。 下面解释了在这个模拟的紧急着陆场景中会发生什么：

在 t = 0 s 时，基本负载由主发电机供电，燃料电池混合动力系统开启，为不太可能发生的紧急着陆情况做准备。

在 t = 5 s 时，燃料电池开始以其最佳功率（约 1 kW）为电池充电。

在 t = 40 秒时，所有发电机都丢失了。 燃料电池混合动力系统接管了必要的负载。 此时所需的额外负载功率由于其快速动态由超级电容器即时提供，而燃料电池功率增加缓慢。

在 t = 45 s 时，超级电容器放电至低于所需的直流母线电压 (270 V)，电池开始供电以将母线电压调节回 270 V。

在 t = 48.5 秒时，直流母线或超级电容器电压达到 270 V，电池的功率缓慢降低至零。 燃料电池提供总负载功率，并继续为超级电容器充电。

在 t = 60 s 时，启动应急液压泵，超级电容器提供额外的瞬态负载功率，而燃料电池功率缓慢增加。

在 t = 61.5 秒时，电池上线以将直流总线电压调节至 270 V，并通过提供所需的额外负载功率来帮助燃料电池。

在 t = 70 s 时，燃料电池达到其最大功率（由于其 DC/DC 转换器输入电压范围，FCPM 功率被限制在 9 kW）并且额外的负载功率由电池提供。

在 t = 110 s 时，电池也达到其最大功率 (4 kW)，超级电容器提供额外的负载功率。

在 t = 125 秒时，负载功率降低到燃料电池最大功率以下。 由于燃料电池动力学缓慢，瞬态期间额外的燃料电池功率被转移到超级电容器。

在 t = 126 秒时，直流母线电压达到 270 V，电池电量降至零。

在 t = 130 秒时，第二个应急液压泵打开，燃料电池混合动力系统的行为类似于第一个液压泵打开时的行为。

在 t = 170 秒时，负载功率降低到燃料电池最大功率以下，额外的燃料电池功率被转移到电池和超级电容器。

在 t = 180 s 时，由于襟翼/缝翼和起落架的运动，载荷突然增加。 超级电容器再次通过提供额外的负载功率来快速响应。

在 t = 185 秒时，电池放电以调节直流母线电压并帮助燃料电池获得所需的额外负载功率。

在 t = 235 s 时，飞机已经着陆，负载功率突然下降。 额外的燃料电池能量存储在电池和超级电容器中。

在 t = 250 秒时，飞机正在滑行，燃料电池几乎提供了所需的总负载功率。

在 t = 330 秒时，乘客已被疏散，负载功率降至零。 燃料电池将其功率缓慢降低至最佳功率并为电池充电。