车载用燃料电池直流变换器全状态双环控制方法

研究车载用燃料电池直流变换器全状态双环控制方法,以获得更稳定的输出电压,满足车载电源需求。分析燃料电池输出特性,揭示燃料电池输出电压、电流关系,将其作为依据并结合汽车动力系统结构,设计二次型Boost变换器,在分析其主电路结构以及工作原理的前提下,提出基于输入电压前馈的全状态双环控制策略,电流内环控制通过比较实际输出电流和期望输出电流的差值调节开关操作,以完成负载变化时燃料电池输出电流控制;电压外环控制器根据输出电压和期望电压值之间的差异调整开关状态,实现对燃料电池输出电压控制。实验结果表明:该方法可实现直流变换器控制,控制后的输出电压波形稳定、电压纹波较小、超调量低、控制效率高。

一种适用于燃料电池的新型高升压DC-DC变换器

高升压DC-DC变换器是燃料电池实现并网的重要环节。针对燃料电池输出电压低、输出特性软的问题,提出一种基于开关电容的电流馈电升压变换器。首先,详细阐述了所提变换器的拓扑结构及其在连续导通和不连续导通模式下的工作原理。然后,具体分析了该变换器的电压增益、各元件的电压和电流应力。在此基础上,将其与SC-Boost、SL-Boost等变换器进行性能对比。最后,搭建一台200 W的实验样机验证了所提变换器的可行性和理论分析的正确性。所提变换器结合电流馈电结构和开关电容网络,具有电压增益高、输入电流连续且纹波低的优势,有利于延长燃料电池使用寿命。同时,通过复用开关电容中的电容-二极管(capacitor-diode, C-D)单元对开关管电压进行钳位,降低了功率元件的电压应力。因此,所提变换器适用于燃料电池并网系统。

燃料电池电动车用隔离Boost全桥变换器的研究

针对燃料电池电动车辅助能源系统低压大功率、大升压比的特点,分析了几种隔离变换器方案,这几种方案均难以做到大功率应用。为此,提出了采用隔离Boost全桥变换器拓扑方案可有效地解决上述技术难点。文中介绍了该方案的原理,详细分析了控制系统,给出了数字化控制的实现方法和主电路关键参数的设计。为了验证上述方案的正确性,设计了5 kW,24 V输入300 V输出的隔离Boost全桥变换器。实验结果表明,系统具有良好的动态和静态性能,能有效地应用于电动汽车等领域。

燃料电池车用大功率软开关Boost变换器

燃料电池车是一种新兴的清洁能源汽车,为提高燃料电池车用大功率DC/DC变换器效率、减小其体积和重量,提出了一种新型软开关Boost变换器,详细分析了该变换器的工作原理,研制了20 kW实验样机,结果表明该新型软开关Boost变换器结构简单、性能优良,非常适用于燃料电池车、蓄电池电动车及不间断电源(UPS)系统中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为主功率器件的高电压、大功率应用场合。

燃料电池汽车DC/DC变换器电磁兼容研究

针对燃料电池汽车DC/DC变换器电磁兼容特性问题,参照GB/T 18655—2018在电波暗室内针对实际的燃料电池汽车DC/DC变换器搭建了实验系统,对其进行传导发射以及辐射发射实验,获得燃料电池汽车DC/DC变换器正常工作时各线缆端口的干扰电流和参考点位置的电场强度.然后,通过测量获取实验系统中各部件的几何参数,建立燃料电池汽车DC/DC变换器的电磁仿真模型,将传导发射实验获取的干扰电流作为电磁仿真模型的激励信号.将该仿真所获得的参考点位置的电场强度与辐射发射实验所获取的参考点位置的电场强度进行对比,结果显示:仿真结果与实验结果的整体变化趋势一致,且高频段时的平均误差在5dB左右,仅在低频段精确度相对较差,该燃料电池汽车DC/DC变换器电磁仿真模型较为可靠.最后,利用该电磁仿真模型对燃料电池汽车DC/DC变换器的辐射抗扰特性进行了分析,结果表明,在电场强度为30~100 V/m的平面波干扰情况下,燃料电池汽车DC/DC变换器的正常工作不会受到影响,满足电磁兼容性要求.

燃料电池DC/DC变换器的温度试验箱控制器设计

在燃料电池电动汽车DC/DC变换器温度适应性检测时,为解决标准温度试验箱采用的PLC控制器成本高、体积大、功能受模块化限制等问题,设计了可应用于非标试验箱的单片机温度控制器。该控制器以STM32F207ZET6为控制核心,将传统PID和分段PID 2种算法进行对比,采用鲁棒性更好的分段PID算法控制试验箱内的温度。实验表明:该控制器稳定性好、控制精度高,能够满足燃料电池电动汽车DC/DC变换器温度适应性检测的要求。

燃料电池用交错并联型Boost变换器参数综合设计方法

以燃料电池用交错并联型Boost变换器为研究对象,该文提出一种兼顾效率与功率密度的参数综合设计方法。首先对比单支路运行和多支路交错运行的电压及电流纹波,引入纹波抑制比量化交错并联对纹波的影响,从而建立变换器整体纹波要求与支路参数的对应关系,以此为基础进行参数设计。在参数设计过程中,以开关频率fs、电感电流纹波ΔIL以及电感磁心半径r为自变量,进行损耗建模和无源器件体积建模。以变换器损耗小于设定值为约束条件,以无源元件体积和最小为目标,优选最佳参数。在此基础上,进行电容取值和电感设计,进而实现兼顾效率和功率密度的设计目标。最后,通过仿真及搭建40kW实验样机,验证了理论分析的正确性和参数设计方法的可行性。

燃料电池混合动力汽车Boost电路固定时间控制

针对燃料电池混合动力汽车Boost电路在负载波动下的电压跟踪调节及扰动抑制问题,提出了一种基于双闭环自适应调节的固定时间控制策略。首先,考虑负载未知变化对电压跟踪调节的影响,结合浸入与不变方法,设计自适应负载估计器。其次,引入双回路反馈控制技术,利用PI控制法控制电压调节外部环路,提供内环参考电流;利用固定时间控制法控制电流调节内部环路,保证系统输出电压在固定时间内跟踪上参考电压,实现Boost电路自适应固定时间快速跟踪调节。最后,仿真和实验结果表明,与双PI控制回路策略相比,所提控制策略在负载波动下具有更快的调节性能和更强的鲁棒性。

燃料电池车用大功率DC-DC变换器复合输入输出特性控制系统

燃料电池电动汽车是一种新兴的清洁能源汽车,针对燃料电池电动汽车用DC-DC变换器复杂的输入输出特性的要求,在输出恒压、输出恒流和输入欠压3闭环系统的基础上,通过增加复合自动控制器、动态选择控制特性调节信号的方法,设计一种复合输入输出特性控制方法。建立了该复合控制系统的数学模型,并详细分析其工作原理,用Simulink软件对该模型进行仿真,通过实验对该模型进行验证。仿真和实验结果验证了控制系统的有效性和实验的可行性。该方法实现了燃料电池电动汽车对DC-DC变换器输入输出外特性控制,并在所研制90kW升压型DC-DC变换器中得到应用,运行工作可靠。

用于燃料电池的前级DC/DC变换器

针对燃料电池良好的应用前景和输出特性软的不足,提出了由Boost和推挽正激变换器组成的DC/DC变换器,将燃料电池组输出的二十几伏不稳定直流电压转换成300 V的直流电压供给逆变器。由于推挽正激变换器工作于最大占空比,Boost采用单周期双闭环控制,开关管和输出整流管的电压应力很小,有利于变换器的优化设计。通过对各部分的分析和仿真,验证了控制策略的正确性和可行性。

燃料电池汽车用三输入直流变换器能量管理策略

本文提出一种新型非隔离三输入双向DC-DC变换器,将燃料电池、超级电容、蓄电池3个能量单元与直流母线连接,组成电动汽车新型混合动力系统。该变换器具有结构精简、可实现双向的升降压、输入输出电压同极性、各种输入源可单独或同时向负载供电等优点。将小波变换与模糊控制应用于混合动力系统能量管理策略中,其中小波变换对负载功率需求信号进行实时处理,依据变化频率进行能量分配,模糊控制对系统中能量流动进行管理。该方法可满足车辆负载所需功率,同时改善系统性能,减少燃料消耗。通过在MATLAB中建模和仿真,验证了理论分析的正确性和能量管理策略的有效性。

多输入双向DC-DC变换器在燃料电池系统的应用

针对一种应用于燃料电池电动汽车驱动系统的多输入三半桥双向DC-DC变换器,对燃料电池电动汽车系统的工作过程进行了描述,同时对多输入三半桥变换器的稳态特性和软开关条件进行了详细的理论分析。最后通过仿真和实验验证了多输入三半桥双向DC-DC变换器的性能。

基于燃料电池的推挽正激变换器的控制研究

随着传统能源的耗竭,燃料电池作为一种新型无污染能源受到了广泛的研究。由于燃料电池自身输出电压变化范围大,要有效利用其变化的输出直流电,后级变换器的研制是个重要的环节。该文首先分析了燃料电池外特性较软的特点,然后针对此特点,对现有的控制技术进行分析选择。同时通过对推挽正激变换器的小信号建模,发现平均电流控制技术可以克服这一问题。通过理论分析,设计了变换器的控制参数。最后通过实验验证,表明平均电流控制可以有效解决输入变换器的源效应问题。同时对于变换器整流二极管的反向恢复电压尖峰问题,提出了双CDD无源无损箝位电路。实验结果表明较好地解决了电压尖峰问题,具有一定的工程应用价值。

高效燃料电池发电系统前级DC/DC变换器

燃料电池产生的直流电能随负载变化很大,为了在用户端得到稳定可靠的电能,必须加入功率调节环节。采用移相全桥ZVS DC/DC变换器作为一个5kW燃料电池分布式并网发电系统的前级变换器。介绍了主要的设计思路,然后以提高DC/DC变换器的效率为目的,进行了损耗分析。最后,在实验样机上验证了理论分析和设计的正确性。

适用于光伏/燃料电池发电的组合式直流升压变换器

光伏/燃料电池并网发电系统是目前可再生能源应用领域的重要研究方向,然而上述2类电源的直接输出电压较低,通常需要一高升压变比的直流变换器将其提升到较高电压来供给并网逆变器,但直流变换器的高频纹波电流又会影响上述2类电源的使用寿命和工作效率,针对上述问题提出一种组合式直流升压变换器,给出了该变换器的2种控制方法——互补控制和交叉移相控制,分析了该变换器在每种控制策略时的工作原理和基本特性。通过一台1kW的原理样机,验证了该变换器具有以下特点:较高的升压变比,可以有效降低主开关管的电压应力和输入电流纹波,同时具有较小的输出电压纹波。

基于DSP的燃料电池车用双向DC-DC变换器的研究

给出了燃料电池电动汽车动力系统配置方法,提出一种适合车用的大功率双向DC-DC变换器主拓补结构,详尽分析了其工作原理。为了达到能量的双向平滑流动,提出一个状态切换逻辑单元来实现有效控制,并给出具体的切换方法。设计了一台额定功率为5kW的双向DC-DC变换器装置,系统采用高速高性能微处理器DSP-TMS320F243作为控制核心,对电路参数的设计和元器件的选择做了详尽的阐述。实验结果证明系统具有优良的性能,可以有效应用于电动汽车和分布式电站以及储能系统等领域。

基于电流双环控制的燃料电池DC/DC变换器

在燃料电池DC/DC变换器中,为了减小纹波电流,同时确保输出稳定,实验拓扑采用六相交错并联电路,能有效减小电流纹波,减小电感体积。并且提出一种新型的控制模型,通过电流双环控制,外环通过对输入电流的控制,确保输入电流的恒定。而内环通过控制输出电流,实现负载对功率的需求。

燃料电池汽车中直流—直流变换器仿真建模

在燃料电池汽车中 ,电能的转换是一个核心的问题 .结合燃料电池的特性 ,给出了燃料电池汽车动力系统中直流—直流变换器的拓扑结构和工作原理 ,并基于Matlab/Simulink和模拟电路仿真工具Pspice给出了多种建模方法及其过程 ,总结了各种建模方法的特点 .

航空燃料电池用馈流式半桥DC/DC变换器预测优化控制研究

氢燃料电池动力飞机具有红外特征弱和运行噪音小的优点,且可实现长航时远距离飞行,在军事应用领域具有重要意义。为提高燃料电池寿命、解决燃料电池与母线电压不匹配的问题,该文采用馈流式半桥DC/DC变换器作为燃料电池和负载间的功率变换装置。为弥补燃料电池动态响应慢的缺点,设计模型预测控制内环控制器、前馈控制外环控制器。空压机作为燃料电池系统最大的功率消耗部分,其功率变化随母线负载扰动叠加。为解决复杂的负载扰动及燃料电池和变换器模型不精确引起的系统模型失配等问题,设计扩张卡尔曼观测器以实时估计等效负载,同时校正预测模型,提高抗扰能力。最后,通过一个250W的实验样机,对所提出的控制器性能进行验证。

质子交换膜燃料电池前级直流变换器仿真研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种清洁高效的分布式新能源,具有广泛的应用前景,但因其输出直流电压随着负载波动幅度较大,必须具备升压稳压功能的高效率电力变换器。选择电压型全桥移相零电压软开关直流变换器作为燃料电池发电系统的升压前级,对此前级直流变换器进行硬件参数计算,采用电压电流双闭环控制结构,通过Matlab/Simulink仿真软件验证所设计的硬件参数和软件算法,使得输出电压能够稳定控制,并且具有较强的抗负载波动能力和较高的转换效率。