燃料电池汽车用DC/DC系统及其控制研究
发布时间：2021-04-25 07:50
燃料电池汽车作为整个汽车行业的重点研究领域,具有无污染、燃料来源多样化、续驶里程长以及补充燃料速度快等优点,然而质子交换膜燃料电池本身存在的输出特性软,动态响应时间长以及变工况适应性差的不足,使其无法较好地满足整车需求。DC/DC变换器是燃料电池车辆驱动系统的重要部件,它刚好能够弥补燃料电池存在的以上缺点,提高其耐久性。首先,针对目前车载DC/DC存在的输入电流纹波较大、转换效率低等问题,本文提出一种新型低输入电流纹波的DC/DC构型。该构型是在三相交错式Boost型电路的基础上引入输入滤波电感,该滤波电感的加入使得此拓扑结构具有有效降低DC/DC的输入电流的纹波,即降低质子交换膜燃料电池的输出电流纹波的特点。其次,对该拓扑结构进行综合分析,发现系统易发生振荡,因此本文对DC/DC系统传递函数进行深入分析,通过选取合适的输入侧的电容、电感参数、工作频率以及控制模式,很好地避免了DC/DC系统存在的振荡现象,保证DC/DC变换器稳定工作。同时通过仿真对比测试了有无输入滤波电感对DC/DC输入电流纹波大小的影响,验证了引入滤波电感的拓扑结构对降低输入电流纹波的有效性。然后,针对本文设计的D...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 燃料电池汽车的发展
1.1.2 燃料电池车辆驱动系统类型
1.2 燃料电池输出特性
1.2.1 燃料电池的静态特性
1.2.2 燃料电池的动态特性
1.2.3 变载工况对PEMFC寿命的影响
1.3 DC/DC变换器的研究现状
1.3.1 DC/DC的拓扑结构研究现状
1.3.2 DC/DC的控制方法
1.3.3 燃料电池对DC/DC的要求
1.4 本文研究主要内容
2 DC/DC变换器拓扑结构确定与建模
2.1 DC/DC主电路拓扑结构与基本原理
2.1.1 DC/DC主电路的拓扑结构
2.1.2 DC/DC变换器的基本原理
2.2 DC/DC拓扑结构的建模
2.2.1 基于Cadence/Pspice软件的DC/DC变换器仿真模型搭建
2.2.2 模型仿真分析
2.3 本章小结
3 DC/DC变换器系统稳定性分析
3.1 DC/DC变换器的传递函数
3.1.1 CCM模式下系统的传递函数
3.1.2 DCM模式下系统的传递函数
3.2 稳定性分析
3.2.1 基于MATLAB的两种模式下的稳定性对比分析
3.2.2 DC/DC变换器参数确定
3.3 DC/DC变换器仿真结果
3.3.1 输入电流的仿真结果
3.3.2 输出电压的仿真结果
3.3.3 升压电感电流的仿真结果
3.4 本章小结
4 DC/DC的控制系统功能实现
4.1 DC/DC控制方法
4.1.1 输入输出双重控制方法
4.1.2 多相切换控制策略
4.2 DC/DC控制器硬件开发
4.2.1 控制电路设计
4.2.2 驱动电路设计
4.2.3 PCB板设计
4.3 DC/DC控制器软件开发
4.3.1 底层配置
4.3.2 应用层代码实现
4.4 本章小结
5 实验分析
5.1 实验平台搭建
5.1.1 DC/DC变换器实验样机
5.1.2 实验平台
5.2 实验结果分析
5.2.1 高增益性测试分析
5.2.2 纹波抑制情况分析
5.2.3 转换效率情况分析
5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高效叠层变换器建模与稳定性优化控制研究[J]. 高阳,徐国宁,王生. 计算机仿真. 2018(03)
[2]半桥式双向DC/DC变换器研究[J]. 王建超,刘胜永,孙家文. 机电信息. 2016(33)
[3]质子交换膜燃料电池系统建模仿真与控制[J]. 皇甫宜耿,石麒,李玉忍. 西北工业大学学报. 2015(04)
[4]一种交错并联高升压DC/DC变换器[J]. 周雒维,周远志,罗全明,邾玢鑫. 电机与控制学报. 2014(12)
[5]质子交换膜（PEM）燃料电池变载过程动态模型[J]. 陈会翠,裴普成. 清华大学学报(自然科学版). 2014(10)
[6]基于状态观测器的LCL滤波器型并网逆变器状态反馈最优化设计[J]. 李宾,姚文熙,杭丽君,吕征宇. 电工技术学报. 2014(06)
[7]ZVT-PWM交错并联Boost PFC变换器的研究[J]. 刘松斌,张忠伟,姜学瑞,孙利军. 电气传动. 2013(S1)
[8]车用PEMFC性能衰减影响因素的研究现状与展望[J]. 秦孔建,郝冬,侯永平,刘亚楠,周炳龙. 汽车工程学报. 2013(04)
[9]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[J]. 汪殿龙,王军,胡云岩,齐铂金. 中国电机工程学报. 2009(18)
[10]并联Buck变换器的滑模变结构均流控制策略[J]. 贤燕华,罗晓曙. 广西师范大学学报(自然科学版). 2009(02)
博士论文
[1]影响燃料电池寿命的动态响应分析及经济性评价[D]. 陈会翠.清华大学 2015
[2]基于PEMFC的现代有轨电车混合动力系统关键技术研究[D]. 彭飞.西南交通大学 2014
[3]质子交换膜燃料电池系统建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大学 2011
[4]大功率双向DC-DC变换器拓扑结构及其分析理论研究[D]. 许海平.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005
硕士论文
[1]燃料电池混合能源系统交错并联技术和滑模变结构控制算法研究[D]. 薛珂.天津理工大学 2017
[2]改进型二次型DC/DC变换器的研究[D]. 王蕊.重庆大学 2016
[3]燃料电池汽车DC-DC变换器拓扑结构的研究[D]. 刘劼勋.清华大学 2016
[4]推挽式DC-DC开关电源设计[D]. 李瑞芳.西安电子科技大学 2014
[5]开关式电感测量仪的研究与设计[D]. 东忠阁.东北农业大学 2014
[6]显式模型预测控制及在电机控制中的应用[D]. 蔡文豹.浙江工业大学 2012
[7]高频无线收发电路的研究与设计[D]. 张锦鹏.郑州大学 2011
本文编号：3159014
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 燃料电池汽车的发展
1.1.2 燃料电池车辆驱动系统类型
1.2 燃料电池输出特性
1.2.1 燃料电池的静态特性
1.2.2 燃料电池的动态特性
1.2.3 变载工况对PEMFC寿命的影响
1.3 DC/DC变换器的研究现状
1.3.1 DC/DC的拓扑结构研究现状
1.3.2 DC/DC的控制方法
1.3.3 燃料电池对DC/DC的要求
1.4 本文研究主要内容
2 DC/DC变换器拓扑结构确定与建模
2.1 DC/DC主电路拓扑结构与基本原理
2.1.1 DC/DC主电路的拓扑结构
2.1.2 DC/DC变换器的基本原理
2.2 DC/DC拓扑结构的建模
2.2.1 基于Cadence/Pspice软件的DC/DC变换器仿真模型搭建
2.2.2 模型仿真分析
2.3 本章小结
3 DC/DC变换器系统稳定性分析
3.1 DC/DC变换器的传递函数
3.1.1 CCM模式下系统的传递函数
3.1.2 DCM模式下系统的传递函数
3.2 稳定性分析
3.2.1 基于MATLAB的两种模式下的稳定性对比分析
3.2.2 DC/DC变换器参数确定
3.3 DC/DC变换器仿真结果
3.3.1 输入电流的仿真结果
3.3.2 输出电压的仿真结果
3.3.3 升压电感电流的仿真结果
3.4 本章小结
4 DC/DC的控制系统功能实现
4.1 DC/DC控制方法
4.1.1 输入输出双重控制方法
4.1.2 多相切换控制策略
4.2 DC/DC控制器硬件开发
4.2.1 控制电路设计
4.2.2 驱动电路设计
4.2.3 PCB板设计
4.3 DC/DC控制器软件开发
4.3.1 底层配置
4.3.2 应用层代码实现
4.4 本章小结
5 实验分析
5.1 实验平台搭建
5.1.1 DC/DC变换器实验样机
5.1.2 实验平台
5.2 实验结果分析
5.2.1 高增益性测试分析
5.2.2 纹波抑制情况分析
5.2.3 转换效率情况分析
5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高效叠层变换器建模与稳定性优化控制研究[J]. 高阳,徐国宁,王生. 计算机仿真. 2018(03)
[2]半桥式双向DC/DC变换器研究[J]. 王建超,刘胜永,孙家文. 机电信息. 2016(33)
[3]质子交换膜燃料电池系统建模仿真与控制[J]. 皇甫宜耿,石麒,李玉忍. 西北工业大学学报. 2015(04)
[4]一种交错并联高升压DC/DC变换器[J]. 周雒维,周远志,罗全明,邾玢鑫. 电机与控制学报. 2014(12)
[5]质子交换膜（PEM）燃料电池变载过程动态模型[J]. 陈会翠,裴普成. 清华大学学报(自然科学版). 2014(10)
[6]基于状态观测器的LCL滤波器型并网逆变器状态反馈最优化设计[J]. 李宾,姚文熙,杭丽君,吕征宇. 电工技术学报. 2014(06)
[7]ZVT-PWM交错并联Boost PFC变换器的研究[J]. 刘松斌,张忠伟,姜学瑞,孙利军. 电气传动. 2013(S1)
[8]车用PEMFC性能衰减影响因素的研究现状与展望[J]. 秦孔建,郝冬,侯永平,刘亚楠,周炳龙. 汽车工程学报. 2013(04)
[9]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[J]. 汪殿龙,王军,胡云岩,齐铂金. 中国电机工程学报. 2009(18)
[10]并联Buck变换器的滑模变结构均流控制策略[J]. 贤燕华,罗晓曙. 广西师范大学学报(自然科学版). 2009(02)
博士论文
[1]影响燃料电池寿命的动态响应分析及经济性评价[D]. 陈会翠.清华大学 2015
[2]基于PEMFC的现代有轨电车混合动力系统关键技术研究[D]. 彭飞.西南交通大学 2014
[3]质子交换膜燃料电池系统建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大学 2011
[4]大功率双向DC-DC变换器拓扑结构及其分析理论研究[D]. 许海平.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005
硕士论文
[1]燃料电池混合能源系统交错并联技术和滑模变结构控制算法研究[D]. 薛珂.天津理工大学 2017
[2]改进型二次型DC/DC变换器的研究[D]. 王蕊.重庆大学 2016
[3]燃料电池汽车DC-DC变换器拓扑结构的研究[D]. 刘劼勋.清华大学 2016
[4]推挽式DC-DC开关电源设计[D]. 李瑞芳.西安电子科技大学 2014
[5]开关式电感测量仪的研究与设计[D]. 东忠阁.东北农业大学 2014
[6]显式模型预测控制及在电机控制中的应用[D]. 蔡文豹.浙江工业大学 2012
[7]高频无线收发电路的研究与设计[D]. 张锦鹏.郑州大学 2011
本文编号：3159014
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3159014.html
