This paper deals with the problem of controlling a hybrid energy storage system (HESS) for electric vehicles. The storage system consists of a fuel cell (FC), serving as the main power source, and a supercapacitor (SC), serving as an auxiliary power source. It also contains a power block for energy conversion consisting of a boost converter connected with the main source and a boost-buck converter connected with the auxiliary source. The converters share the same dc bus, which is connected to the traction motor through an inverter. These power converters must be controlled to meet the following requirements: 1) tight dc bus voltage regulation, 2) perfect tracking of the SC current to its reference, and 3) asymptotic stability of the closed-loop system. A nonlinear controller is developed, on the basis of the system nonlinear model, making use of Lyapunov stability design techniques. The latter accounts for the power converters' large-signal dynamics and for the FC nonlinear characteristics. It is demonstrated using both a formal analysis and simulations that the developed controller meets all desired objectives

چکیده

این مقاله به مسأله کنترل سیستم ذخیره انرژی ترکیبی (HESS) برای خودروی الکتریکی می پردازد. سیستم ذخیره، شامل یک سلول سوختی (FC) که به عنوان منبع توان اصلی کار می کند و یک ابرخازن (SC) که به عنوان یک منبع توان کمکی عمل می کند، می باشد. این سیستم همچنین، شامل یک مبدل بوست متصل به منبع اصلی و یک مبدل باک- بوست متصل به منبع کمکی است. مبدل ها، دارای شین dc یکسانی هستند که از طریق یک اینورتر، به موتور کشش متصل است. این مبدل های توان باید برای برآوردن نیازهای زیر کنترل شوند: 1) تنظیم دقیق ولتاژ شین dc؛ 2) تعقیب کامل جریان SC نسبت به مرجع خود؛ 3) و پایداری مجانبی سیستم حلقه بسته. یک کنترل کننده غیرخطی بر مبنای مدل غیر خطی سیستم با استفاده از روش های طراحی پایداری لیاپانوف، توسعه یافته است. مورد سوم، دینامیک سیگنال بزرگ مبدل های توان و نیز مشخصه های غیر خطی سلول سوختی را در نظر می گیرد. با استفاده از تحلیل صریح و شبیه سازی ها، نشان داده شده که کنترل کننده توسعه یافته، همه اهداف مطلوب را برآورده می کند.

1-مقدمه

بحران نفت و مسائل زیست محیطی، در حال تحمیل تغییرات فن آوری انرژی به سازندگان خودرو هستند. امروزه، محققان بیشتری در حال کار بر روی فن آوری های خودروهای آینده هستند. در میان این فن آوری ها، خودروی الکتریکی ترکیبی (HEV)، یک چشم انداز کارآمد و امید بخش است [1]، [2]. در حال حاضر، بیشتر خودروهای الکتریکی ترکیبی شامل دو وسیله ذخیره انرژی هستند: یکی با قابلیت ذخیره انرژی بالا به نام «سیستم انرژی اصلی» (MES) و دیگری با قابلیت توان بالا و بازگشت پذیری به نام «سیستم انرژی کمکی» (AES)...