燃料电池内阻检测中DC/DC变换器的自适应无源控制研究
发布时间：2021-06-05 21:03
燃料电池内阻检测技术是燃料电池在汽车领域应用的关键。近几年,基于DC/DC纹波调制的内阻检测方法受到了国内外学者的广泛关注,但常规控制策略跟踪性能和稳定性能较差,无法准确跟踪高频信号,导致内阻检测结果误差较大。因此,本文提出了自适应无源控制作为内阻检测系统中DC/DC变换器的控制策略。相对于常规控制和传统无源控制,提高了DC/DC变换器的跟踪能力和自适应能力,更符合负载频繁变动的使用情况。主要研究内容如下:对内阻检测系统中各环节的方案进行分析,设计系统整体检测方案。从内阻检测需求出发,选择Boost电路作为主电路结构。为提高检测效率和控制精度,选择三角波作为调制信号。最后设计了燃料电池内阻检测整体方案。从系统的欧拉-拉格朗日（EL）数学模型的角度,推导了DC/DC变换器的无源控制模型。对燃料电池内阻检测系统的DC/DC变换器的工作原理进行分析,建立了DC/DC变换器的EL数学模型。同时利用线性化的思想,推导DC/DC变换器的小信号交流模型,并利用小信号模型对DC/DC变换器进行稳定性分析。提出了DC/DC变换器的自适应无源控制策略,弥补了常规控制对高频信号跟踪能力的不足。通过向系统耗散...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃料电池潜艇因为我国是一个能源消耗大国，同
1第1章绪论1.1引言最近几年，气候环境的恶劣变化引起了世界范围内的广泛关注。众所周知，化石燃料的燃烧对环境造成了巨大的伤害。同时化石燃料作为不可再生能源，作为人类社会的主要能源并不是长久之计。尽管现在提倡对化石燃料燃烧所产生的废气二次处理，但也会造成资源的大量浪费，增加经济负担。寻找可持续利用的清洁能源替代传统能源的呼声越来越高。氢能源作为可再生的清洁能源，来源丰富，制取方便，无污染废气生成。是一种理想的可再生清洁能源[1-3]。质子交换膜燃料电池（prontonexchangemembranefuelcell，PEMFC）作为一种可以直接将氢能转化为电能的装置，具有发电效率高，无污染，无噪声，启动快等优点，因此受到了国内外研究人员的广泛关注。燃料电池被广泛应用在水下潜器和航空航天等特殊领域。同时也可以应用在普通民用行业，比如汽车、船舶、野外应急电源等领域[5,6]。PEMFC作为汽车的发动机，有着燃料补给方便、续航能力强、绿色环保等不可替代的优势[7]，在汽车领域具有广阔的应用前景。图1-1燃料电池潜艇图1-2燃料电池无人机因为我国是一个能源消耗大国，同时能源储备并不丰富，所以更应该抓紧对新能源的开发和利用，减少对传统能源的依赖。汽车作为能量消耗的主要源头之一，如果能够解决其能源问题，将是功利千秋的大事。所以为了推动我国新能源事业的发展，出台了一系列对新能源发展有利的政策。无论是从宏观统筹还是基础设施等方面都鼓励新能源事业的发展。自2016年以来，我国为了促进新能源汽车的发展推出了几大政策，《节能与新能源汽车产业发展规划
16211()(sinsin3sin53511sin7sin9)79EfttttttLωωωπωω=+++++(2-1)可以发现方波信号的傅里叶级数展开中奇数次谐波的分量较大，在后期信号分析处理中会有较大的优势。但是电感上的电流不能发生突变，因此在调制方波过程中会发生波形畸变。采用本文所使用的实物平台调制方波测试信号，如图2-6所示为10Hz的方波信号波形图，可以发现电感电流和电容电压都会存在波形的畸变。图2-7为100Hz的方波信号波形图，可以发现因为畸变比较严重，直接导致波形成为三角波，波形畸变较为严重，说明方波对于高频信号跟踪能力较弱。如果减小电感值会使波形畸变的情况有所改善，但是减小电感值会增大电流纹波比，这样对电路采样及控制带来干扰，同时过高的电流纹波比会损坏燃料电池。因此在本文的研究背景下使用方波作为测试信号并不合适。电感电流iL电容电压uC22.8V25.2V图2-610Hz方波波形
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最优阻尼注入的Buck变换器无源控制研究[J]. 崔健,王久和. 电气工程学报. 2018(06)
[2]氢能燃料电池技术发展现状与趋势[J]. 陈硕翼,朱卫东,张丽,唐明生,李建福. 科技中国. 2018(05)
[3]全球氢能与燃料电池发展应用的现状与趋势[J]. 王菊. 新能源经贸观察. 2018(04)
[4]燃料电池EIS检测中DC/DC变换器的预测控制研究[J]. 陈威仰,张立炎,陈启宏,全书海. 电力电子技术. 2017(10)
[5]质子交换膜燃料电池应用现状及分析[J]. 王洪建,程健,张瑞云,王鹏杰,任永强,许世森. 热力发电. 2016(03)
[6]我国新能源汽车产业发展概况及思考[J]. 王勇. 佳木斯职业学院学报. 2016(03)
[7]纯电动汽车与氢燃料电池汽车发展现状及前景[J]. 孙田田,王林,郭巧巧,王鑫国. 科技视界. 2016(04)
[8]主流燃料电池技术发展现状与趋势[J]. 赵佳骏,王培红. 上海节能. 2015(04)
[9]德国氢能及燃料电池技术发展现状及趋势[J]. 夏丰杰,周琰. 船电技术. 2015(02)
[10]燃料电池汽车的现状与发展前景[J]. 孙志英,刘伟峰,王其武,陈月霞. 信息记录材料. 2013(06)
硕士论文
[1]移相全桥ZVS变换器无源性控制研究[D]. 苏威.华南理工大学 2018
[2]燃料电池DC-DC变换器建模与控制[D]. 沈烨烨.浙江大学 2014
[3]无源集成零电流准谐振Boost变换器无源控制的研究[D]. 于宝青.辽宁工程技术大学 2010
[4]非线性控制策略在DC-DC电力电子变换器中的应用[D]. 闫媛媛.山东大学 2007
本文编号：3212907
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃料电池潜艇因为我国是一个能源消耗大国，同
1第1章绪论1.1引言最近几年，气候环境的恶劣变化引起了世界范围内的广泛关注。众所周知，化石燃料的燃烧对环境造成了巨大的伤害。同时化石燃料作为不可再生能源，作为人类社会的主要能源并不是长久之计。尽管现在提倡对化石燃料燃烧所产生的废气二次处理，但也会造成资源的大量浪费，增加经济负担。寻找可持续利用的清洁能源替代传统能源的呼声越来越高。氢能源作为可再生的清洁能源，来源丰富，制取方便，无污染废气生成。是一种理想的可再生清洁能源[1-3]。质子交换膜燃料电池（prontonexchangemembranefuelcell，PEMFC）作为一种可以直接将氢能转化为电能的装置，具有发电效率高，无污染，无噪声，启动快等优点，因此受到了国内外研究人员的广泛关注。燃料电池被广泛应用在水下潜器和航空航天等特殊领域。同时也可以应用在普通民用行业，比如汽车、船舶、野外应急电源等领域[5,6]。PEMFC作为汽车的发动机，有着燃料补给方便、续航能力强、绿色环保等不可替代的优势[7]，在汽车领域具有广阔的应用前景。图1-1燃料电池潜艇图1-2燃料电池无人机因为我国是一个能源消耗大国，同时能源储备并不丰富，所以更应该抓紧对新能源的开发和利用，减少对传统能源的依赖。汽车作为能量消耗的主要源头之一，如果能够解决其能源问题，将是功利千秋的大事。所以为了推动我国新能源事业的发展，出台了一系列对新能源发展有利的政策。无论是从宏观统筹还是基础设施等方面都鼓励新能源事业的发展。自2016年以来，我国为了促进新能源汽车的发展推出了几大政策，《节能与新能源汽车产业发展规划
16211()(sinsin3sin53511sin7sin9)79EfttttttLωωωπωω=+++++(2-1)可以发现方波信号的傅里叶级数展开中奇数次谐波的分量较大，在后期信号分析处理中会有较大的优势。但是电感上的电流不能发生突变，因此在调制方波过程中会发生波形畸变。采用本文所使用的实物平台调制方波测试信号，如图2-6所示为10Hz的方波信号波形图，可以发现电感电流和电容电压都会存在波形的畸变。图2-7为100Hz的方波信号波形图，可以发现因为畸变比较严重，直接导致波形成为三角波，波形畸变较为严重，说明方波对于高频信号跟踪能力较弱。如果减小电感值会使波形畸变的情况有所改善，但是减小电感值会增大电流纹波比，这样对电路采样及控制带来干扰，同时过高的电流纹波比会损坏燃料电池。因此在本文的研究背景下使用方波作为测试信号并不合适。电感电流iL电容电压uC22.8V25.2V图2-610Hz方波波形
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最优阻尼注入的Buck变换器无源控制研究[J]. 崔健,王久和. 电气工程学报. 2018(06)
[2]氢能燃料电池技术发展现状与趋势[J]. 陈硕翼,朱卫东,张丽,唐明生,李建福. 科技中国. 2018(05)
[3]全球氢能与燃料电池发展应用的现状与趋势[J]. 王菊. 新能源经贸观察. 2018(04)
[4]燃料电池EIS检测中DC/DC变换器的预测控制研究[J]. 陈威仰,张立炎,陈启宏,全书海. 电力电子技术. 2017(10)
[5]质子交换膜燃料电池应用现状及分析[J]. 王洪建,程健,张瑞云,王鹏杰,任永强,许世森. 热力发电. 2016(03)
[6]我国新能源汽车产业发展概况及思考[J]. 王勇. 佳木斯职业学院学报. 2016(03)
[7]纯电动汽车与氢燃料电池汽车发展现状及前景[J]. 孙田田,王林,郭巧巧,王鑫国. 科技视界. 2016(04)
[8]主流燃料电池技术发展现状与趋势[J]. 赵佳骏,王培红. 上海节能. 2015(04)
[9]德国氢能及燃料电池技术发展现状及趋势[J]. 夏丰杰,周琰. 船电技术. 2015(02)
[10]燃料电池汽车的现状与发展前景[J]. 孙志英,刘伟峰,王其武,陈月霞. 信息记录材料. 2013(06)
硕士论文
[1]移相全桥ZVS变换器无源性控制研究[D]. 苏威.华南理工大学 2018
[2]燃料电池DC-DC变换器建模与控制[D]. 沈烨烨.浙江大学 2014
[3]无源集成零电流准谐振Boost变换器无源控制的研究[D]. 于宝青.辽宁工程技术大学 2010
[4]非线性控制策略在DC-DC电力电子变换器中的应用[D]. 闫媛媛.山东大学 2007
本文编号：3212907
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