kW级固体氧化物燃料电池功率变换及能量管理

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1、分类号学号M201171885学校代码10487密级硕士学位论文kW级固体氧化物燃料电池功率变换及能量管理学位申请人：孙翔学科专业：控制理论与控制工程指导教师：李曦教授答辩日期：2014年2月16日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonPowerConversionandEnergyManagementofkWGradeSolidOxideFuelCellCa

2、ndidate:SunXiangMajor:ControlScienceandControlEngineeringSupervisor:Prof.LiXiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaFebruary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均

3、已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：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，即：学校有权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。本人授权华中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。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月

4、日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要随着环境污染和能源危机的日益严重，人们加快了对清洁高效新能源的研究。固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell,SOFC)具有高效、环保、能量密度大等优点，有广阔的应用前景和重要的研究意义。功率变换器作为固体氧化物燃料电池电管理单元的重要组成部分，直接影响系统的效率和电堆的工作寿命。因此，结合SOFC输出特性和负载功率变化特性，研制高效且具有负载跟踪功能的功率变换器有着重要意义。本文首先介绍了固体氧化物燃料电池发电基本原理和输出电能特性，结合SOFC输出特性，功率变换

5、器采用隔离的两极变换。SOFC电堆输出不稳定的低电压首先通过高频隔离的DC/DC变换器稳定在311V以上，然后通过DC/AC逆变器将直流电逆变为民用电。通过分析对比几种常用燃料电池的前级DC/DC升压电路拓扑结构，选定推挽拓扑结构，对这种拓扑的工作过程和具体实现方法进行了详细论述。DC/AC逆变器采用全桥拓扑，驱动信号采用单极倍频SPWM调制，减小了滤波元件的体积；控制电路采用纯硬件芯片TDS1093实现，避免了繁琐的编程，同时简化了外围电路。文章详细论述了功率变换器的设计步骤、电路参数以及元器件的选择，完成了1kW功

6、率变换器样机的研制，效率最高可达91%，验证了设计的可行性。针对固体氧化物燃料电池系统大迟滞，难以实时跟踪突变负载的问题，设计了SOFC和蓄电池联合供电系统，包括蓄电池的接入方式、能量管理方案的制定、系统的建模以及控制器的设计，并在Matlab/simulink环境下通过仿真试验对设计进行了验证。关键词：固体氧化物燃料电池；DC/DC变换器；DC/AC逆变器；能量管理I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractAstheproblemsofenvironmentalpopulationandenergycrisi

7、saregettingworseandworse,peoplecometopaymoreattentiontothenewenergy.SolidOxideFuelCell(SOFC)hastheadvantagesofhighefficiency,environmentalfriendly,highenergydensity,etc,whichbringsabroadapplicationprospectandresearchsignificance.Powerconverter,asanimportantparto

8、fSOFCsystem,directlyaffectstheefficiencyandtheworkinglifeofthesystem.Therefore,consideringthefeatureofSOFCoutputandthemutationload,developinganefficientpowerconverter