3.2.3 能源管理控制模块
本实验平台中的锂电池BMS控制器、太阳能电池MPPT控制器采用自主研制的硬件设备，其主要的功能及性能将结合锂电池和太阳能电池的控制实验分别在5.1节和5.2节进行介绍。本节重点介绍氢燃料电池编程可控稳压DC／DC转换器和开放式混合能源管理模块。
3.2.3.1 氢燃料电池编程可控稳压DC／DC转换器
燃料电池的电压特性较软，导致电压变化范围较大，在与其他电源混合应用时，应接入稳压功率转换器（即DC／DC转换器），如图3-11所示，通过控制燃料电池的输出电流和电压，实现与其他电源的电压匹配和输出功率的主动控制。
稳压和限流控制原理框图如图3-12所示，采用输出电压和电流双闭环控制方法，内环进行电流控制，外环实现电压控制。电流控制回路不仅可提高外环的响应能力，还能够防止电池出现过载情况。电压控制回路实现DC／DC输出电压的稳定，且通过设定参考电压值进行输出电压的主动调节，同时设定输出电流上限，可以对输出电流进行主动限制，从而实现燃料电池输出功率的主动调节。Hv（s）和Hc（s）分别为电压和电流的反馈增益，Gv（s）和Gc（s）分别为电流环和电压环的补偿器。目前，应用较多的有PI、PID、2P2Z和多零极点形式的补偿器，可通过参数整定来保证控制器的快速性和鲁棒性满足工程要求。
图3-11 燃料电池稳压DC／DC转换器结构组成与所处位置
图3-12 稳压和限流控制原理框图
综合考虑总重、效率和成本，本实验平台采用非隔离降压-升压型DC／DC拓扑构型，电压电流可编程控制的燃料电池稳压转换器方案如图3-13所示；采用Buck-Boost转换器电路，功率开关采用氮化镓（GaN）MOSFET，以满足小型化和高转换效率的指标需求；采用两路ADC（analog-to-digital conversion，横数转换）模块，用于检测输入／输出电流和电压；采用32位微处理器TMS320F28069，用于执行状态信息处理和稳压控制算法；利用1路CAN总线通信接口与上位机通信，并检测当前功率级电路的温度状态，控制散热风扇进行主动散热，以防功率管和电感过热。
图3-13 燃料电池稳压转换器方案
本实验平台采用的自主开发的NE-DC／DC V1.0转换器如图3-14所示，表3-3为其主要的性能指标。
图3-14 NE-DC／DC V1.0转换器
（a）控制电路板；（b）封装效果
表3-3 NE-DC／DC V1.0转换器主要性能参数
3.2.3.2 开放式混合能源管理模块
为了实现多种能源管理，就需要一个混合能源管理模块，主要用于实现对太阳能电池阵列、燃料电池系统和锂电池组等多种能源之间的能量调度管理。为了便于实验研究，本实验平台选用开放式的混合能源管理模块方式。
本实验平台选用STM32F767阿波罗开发板作为混合能源管理模块（图3-15）。其核心为基于ARM架构的32位微处理器STM32F767IGT6芯片，该处理器的主频为216 MHz，采用ARM Cortex-7内核、1 MB闪存、512 KB内存；围绕该处理器外扩了32 MB同步动态内存、512 MB的NAND闪存、256 B的EEPROM等，增强了控制器的实时数据处理能力。其他外设有：1路CAN总线通信接口、3路串口通信接口、1个LCD显示单元接口、2路ADC模块、1个数据存储单元、1组按键单元等。
图3-15 混合能源管理模块