Power Split Strategy for Fuel Cell Hybrid Electric System

Stratégie de séparation des flux de puissance pour un système électrique hybride à pile à combustible

Dipartimento di Ingegneria, Università del Sannio Piazza Roma 21, Benevento - Italy

^* Corresponding author

Abstract

The power management of a hybrid system composed of a fuel cell, a battery and a DC/DC power converter is developed. A decoupled control strategy is proposed, aimed at balancing the power flow between the stack and the battery and avoiding electrochemical damage due to low oxygen concentration in the fuel cell cathode. The controller is composed of two components. The first controller regulates the compressor, and as a consequence the oxygen supplied to the cathode, via a classic Proportional-Integral controller. The second controller optimally manages the current demanded by the fuel cell and battery via a linear-quadratic control strategy acting on the converter. An Extended Kalman Filter is also designed in order to estimate the battery State of Charge. The closed-loop performance was tested in simulation using a 310th-order system model.

Résumé

Ce papier illustre une stratégie de gestion de puissance pour un système hybride composé d’une pile à combustible, d’une batterie et d’un convertisseur DC/DC. Dans le but d’équilibrer les flux de puissance entre la pile à combustible et la batterie et d’éviter les dégâts causés par une dépression d’oxygène dans le cathode de la pile, un contrôleur découplé est proposé. Ce contrôleur se compose de deux parties. La première, un régulateur proportionnel-intégral, commande le compresseur et, par conséquent, le flux d’oxygène fourni au cathode. La deuxième, un régulateur linéaire-quadratique, gère le courant demandé par la pile à combustible et la batterie. Pour estimer l’état de charge de la batterie, un filtre de Kalman étendu a aussi été conçu. Les performances de la stratégie ont été analysées en simulation avec un modèle de batterie du 310^e ordre.