燃料电池汽车辅助动力系统双向DC-DC变换器研究

《燃料电池汽车辅助动力系统双向DC-DC变换器研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、密级：公开中图分类号：TP29硕士学位论文燃料电池汽车辅助动力系统双向DC-DC变换器研究研究生：罗书涛导师：郭小定专业类别：工程硕士专业领域：电气工程2018年5月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterResearchonBi-directionalDC-DCConverterofAuxiliaryPowerSystemforFuelCellVehiclesCandidate：ShutaoLuoSupervisorandRank：XiaodingGuoProfessor燃料电池汽车辅助动力系统双向DC-DC变换器研究学位类型专业型学位作者姓名罗书涛作者学号

2、15020401020学科（专业学位类别)电气工程研究方向（专业领域)电力电子与电气传动导师姓名及职称郭小定（教授）实践导师姓名及职称陈晓可（高级工程师）所在学院信息与电气工程学院论文提交日期2018年5月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同

3、意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要随着燃料电池汽车迅速的发展，应用于燃料电池汽车的电力电子技术也广泛获得社会的关注。由于燃料电池输出特性疲软，在汽车启动和加速的瞬间电压急剧下降，导致汽车的机动性较低。超级电容作为一种新的储能元件，具有功律大，充放电时间短，循环使用等特点。超级电容作为辅助供能，将其通过双向DC-DC变换器与燃料电池实现并联，不仅很

4、好的弥补了燃料电池输出特性疲软的的缺点，还可以实现制动能量的回收，提高能源的利用效律。本文主要针对应用于燃料电池汽车的辅助动力系统双向DC-DC变换器进行研究，先后对其拓扑结构、数学模型与控制策略进行分析，最后对控制系统进行软硬件的设计。首先，主要围绕双向DC-DC变换器的拓扑结构的选择展开分析，先后从两个方面对变换器的拓扑结构进行了选择。针对本次课题研究对象提出相关的设计要求，然后将隔离与非隔离拓扑结构的优缺点进行比较，结合本次课题的要求选择了非隔离拓扑结构，最后将四种常用的双向DC-DC变换器进行了电压，电流应力的详细分析，综合设计要求，选择了双向半桥Buck-Boost拓扑结构作为本次

5、课题的主电路拓扑结构。其次，针对选定的双向半桥Buck-Boost拓扑结构的工作原理进行了介绍；采用状态空间法对于其Boost模式和Buck模式分别进行了数学建模，建立了各自的小信号模型。由于以往普遍采用PI控制进行补偿，能提高系统的快速性和稳定性，本文在PI控制的基础上，结合双向DC-DC变换器的电压电流输入输出特性，针对不同的工作模式分别采用不同的控制方法，在Buck工作模式下采用双闭环控制，实现了对超级电容的恒压充电，同时通过电流内环限制了电流的大小，防止电流过大，损坏开关元件；在Boost模式下，采用复合控制的方法，既可以动态的选择其输出特性，又能实现输出特性的自动切换。通过Simu

6、link分别对变换器的不同工作模式进行仿真，发现其稳定性、动态响应能力均有所提高，且验证了设计的有效性和可行性。最后，为了实现双向DC-DC变换器的控制策略，以DSP为控制核心，对其控制系统进行了软硬件的设计，对其主要功能电路设计进行了介绍，并在软件设计介绍中阐明了实现能量双向流动的控制流程。关键词：拓扑结构；超级电容；双向DC-DC变换器；复合控制iiiABSTRACTWiththerapiddevelopmentoffuelcellvehicles,peoplepaymoreandmoreattentiontothepowerelectronicstechnologyappliedtof

7、uelcellvehicles.Duetotheweakoutputcharacteristicsofthefuelcell,thevoltagedrasticallydecreaseswhenvehiclesstartandacceleratewhichresultsinalowermobilityoftheautomobile.Asanewtypeofenergystoragedevice,thesupe