燃料电池汽车DC-DC变换器的建模与控制
发布时间：2021-07-01 16:13
大量燃油汽车数量的增加不仅会消耗石油资源,还会引起严重的环境污染问题。新能源汽车产业的发展为解决这些问题提供了新思路,燃料电池汽车由于具有零排放、无污染、高效率等优点,逐渐成为新能源汽车产业中非常有前景的发展方向。但是燃料电池输出电压较低,难以直接驱动电气负载。而且燃料电池具有“软”的输出电压特性,随着输出电流的增加,输出电压下降过快,输出电压范围较宽。因此,开发一种高增益、宽输入电压范围、小体积的燃料电池汽车DC-DC变换器具有重要意义。本文首先分析了一些DC-DC变换器存在的问题,提出了一种新型非隔离DC-DC变换器:SC-SL-Boost变换器,该变换器在获得高增益、宽电压输入范围、低器件电压应力的同时,电路输入和输出端之间为共地结构,所有功率开关也只需要一路驱动信号。此外,还可以根据增益需求,对拓扑结构进行扩展。其次,对所提出变换器的工作原理进行分析,推导出电压增益和所有器件应力的计算公式,介绍了变换器的拓扑结构,并将该变换器与现有一些燃料电池汽车用DC-DC变换器进行对比分析。之后,给出了器件参数的设计过程,采用状态空间平均法和小信号方法对变换器进行建模,完成系统补偿网络设计...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氢氧燃料电池基本结构
第1章绪论-3-具有较“软”的输出特性，这主要是由于在串联等效电阻Re的作用下，输出电流增大导致Re上分压变大，造成输出电压跌落。从图1-3中也可以看出燃料电池输出电压具有较宽的电压变化范围，这对后级DC-DC变换器提出较高的要求。图1-2燃料电池的简化等效电路图1-3燃料电池输出特性Fig.1-2SimplifiedequivalentcircuitoffuelcellFig.1-3Fuelcelloutputcharacteristics燃料电池单体电压一般为0.7V，许多单体堆叠而成燃料电池堆[13]，考虑到体积和重量，车载燃料电池体积一般不大，输出电压较低，不能够直接驱动汽车电机。又考虑到燃料电池“软”的输出特性和宽的输出电压范围，需要在燃料电池和逆变器直流母线之间匹配合适的DC-DC变换器，将燃料电池电压提升到较高的电压等级，同时保证直流母线电压的稳定[14]。典型的燃料电池汽车动力组成结构如图1-4所示，燃料电池和逆变器之间匹配的DC-DC变换器需要具有：高增益、宽电压输入范围、低器件应力、小体积、高效率等特点，开发具有这些特点的DC-DC变换器对于提高燃料电池汽车系统性能，推动燃料电池汽车产业的快速发展具有重要意义。图1-4燃料电池汽车动力组成结构图Fig.1-4Powertrainstructurediagramoffuelcellvehicle
第1章绪论-3-具有较“软”的输出特性，这主要是由于在串联等效电阻Re的作用下，输出电流增大导致Re上分压变大，造成输出电压跌落。从图1-3中也可以看出燃料电池输出电压具有较宽的电压变化范围，这对后级DC-DC变换器提出较高的要求。图1-2燃料电池的简化等效电路图1-3燃料电池输出特性Fig.1-2SimplifiedequivalentcircuitoffuelcellFig.1-3Fuelcelloutputcharacteristics燃料电池单体电压一般为0.7V，许多单体堆叠而成燃料电池堆[13]，考虑到体积和重量，车载燃料电池体积一般不大，输出电压较低，不能够直接驱动汽车电机。又考虑到燃料电池“软”的输出特性和宽的输出电压范围，需要在燃料电池和逆变器直流母线之间匹配合适的DC-DC变换器，将燃料电池电压提升到较高的电压等级，同时保证直流母线电压的稳定[14]。典型的燃料电池汽车动力组成结构如图1-4所示，燃料电池和逆变器之间匹配的DC-DC变换器需要具有：高增益、宽电压输入范围、低器件应力、小体积、高效率等特点，开发具有这些特点的DC-DC变换器对于提高燃料电池汽车系统性能，推动燃料电池汽车产业的快速发展具有重要意义。图1-4燃料电池汽车动力组成结构图Fig.1-4Powertrainstructurediagramoffuelcellvehicle
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe-N-C catalysts for PEMFC: Progress towards the commercial application under DOE reference[J]. Lina Wang,Xin Wan,Shuangyu Liu,Li Xu,Jianglan Shui. Journal of Energy Chemistry. 2019(12)
[2]基于DSP28335的惯导解算设计与优化[J]. 杜伟伟,许江宁,何泓洋. 舰船电子工程. 2019(09)
[3]电动汽车发展现状及前景分析[J]. 张书桥. 电气时代. 2019(09)
[4]开关变换器及其控制环路的建模综述[J]. 周国华,冷敏瑞,李媛,田庆新,邓伦博. 中国电机工程学报. 2020(01)
[5]浅析中国新能源汽车产业发展现状及趋势[J]. 孟铁. 时代汽车. 2019(06)
[6]中国新能源汽车产业与技术发展现状及对策[J]. 马建,刘晓东,陈轶嵩,汪贵平,赵轩,贺伊琳,许世维,张凯,张一西. 中国公路学报. 2018(08)
[7]IGBT驱动电路密勒效应的应对策略分析[J]. 宫鑫,王飞,彭文亮,许强强. 现代电子技术. 2018(02)
[8]应用于车载充电器的双向DC-DC变换器综述[J]. 蒋超,杜贵平. 电源学报. 2019(04)
[9]车载充电PWM软开关DC-DC变换器研究综述[J]. 李红梅,张恒果,崔超. 电工技术学报. 2017(24)
[10]非隔离型高增益DC/DC变换器综述[J]. 陈显东,曹太强,林玉婷. 电测与仪表. 2017(13)
硕士论文
[1]电动汽车辅助动力系统双向DC-DC变换器的研究[D]. 黄锋涛.哈尔滨理工大学 2019
[2]磁集成高增益低纹波DC/DC变换器技术研究[D]. 刘朔阳.哈尔滨工业大学 2018
[3]燃料电池电动汽车用高效宽增益三电平Boost直流变换器[D]. 石记龙.天津大学 2017
[4]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
本文编号：3259456
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氢氧燃料电池基本结构
第1章绪论-3-具有较“软”的输出特性，这主要是由于在串联等效电阻Re的作用下，输出电流增大导致Re上分压变大，造成输出电压跌落。从图1-3中也可以看出燃料电池输出电压具有较宽的电压变化范围，这对后级DC-DC变换器提出较高的要求。图1-2燃料电池的简化等效电路图1-3燃料电池输出特性Fig.1-2SimplifiedequivalentcircuitoffuelcellFig.1-3Fuelcelloutputcharacteristics燃料电池单体电压一般为0.7V，许多单体堆叠而成燃料电池堆[13]，考虑到体积和重量，车载燃料电池体积一般不大，输出电压较低，不能够直接驱动汽车电机。又考虑到燃料电池“软”的输出特性和宽的输出电压范围，需要在燃料电池和逆变器直流母线之间匹配合适的DC-DC变换器，将燃料电池电压提升到较高的电压等级，同时保证直流母线电压的稳定[14]。典型的燃料电池汽车动力组成结构如图1-4所示，燃料电池和逆变器之间匹配的DC-DC变换器需要具有：高增益、宽电压输入范围、低器件应力、小体积、高效率等特点，开发具有这些特点的DC-DC变换器对于提高燃料电池汽车系统性能，推动燃料电池汽车产业的快速发展具有重要意义。图1-4燃料电池汽车动力组成结构图Fig.1-4Powertrainstructurediagramoffuelcellvehicle
第1章绪论-3-具有较“软”的输出特性，这主要是由于在串联等效电阻Re的作用下，输出电流增大导致Re上分压变大，造成输出电压跌落。从图1-3中也可以看出燃料电池输出电压具有较宽的电压变化范围，这对后级DC-DC变换器提出较高的要求。图1-2燃料电池的简化等效电路图1-3燃料电池输出特性Fig.1-2SimplifiedequivalentcircuitoffuelcellFig.1-3Fuelcelloutputcharacteristics燃料电池单体电压一般为0.7V，许多单体堆叠而成燃料电池堆[13]，考虑到体积和重量，车载燃料电池体积一般不大，输出电压较低，不能够直接驱动汽车电机。又考虑到燃料电池“软”的输出特性和宽的输出电压范围，需要在燃料电池和逆变器直流母线之间匹配合适的DC-DC变换器，将燃料电池电压提升到较高的电压等级，同时保证直流母线电压的稳定[14]。典型的燃料电池汽车动力组成结构如图1-4所示，燃料电池和逆变器之间匹配的DC-DC变换器需要具有：高增益、宽电压输入范围、低器件应力、小体积、高效率等特点，开发具有这些特点的DC-DC变换器对于提高燃料电池汽车系统性能，推动燃料电池汽车产业的快速发展具有重要意义。图1-4燃料电池汽车动力组成结构图Fig.1-4Powertrainstructurediagramoffuelcellvehicle
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe-N-C catalysts for PEMFC: Progress towards the commercial application under DOE reference[J]. Lina Wang,Xin Wan,Shuangyu Liu,Li Xu,Jianglan Shui. Journal of Energy Chemistry. 2019(12)
[2]基于DSP28335的惯导解算设计与优化[J]. 杜伟伟,许江宁,何泓洋. 舰船电子工程. 2019(09)
[3]电动汽车发展现状及前景分析[J]. 张书桥. 电气时代. 2019(09)
[4]开关变换器及其控制环路的建模综述[J]. 周国华,冷敏瑞,李媛,田庆新,邓伦博. 中国电机工程学报. 2020(01)
[5]浅析中国新能源汽车产业发展现状及趋势[J]. 孟铁. 时代汽车. 2019(06)
[6]中国新能源汽车产业与技术发展现状及对策[J]. 马建,刘晓东,陈轶嵩,汪贵平,赵轩,贺伊琳,许世维,张凯,张一西. 中国公路学报. 2018(08)
[7]IGBT驱动电路密勒效应的应对策略分析[J]. 宫鑫,王飞,彭文亮,许强强. 现代电子技术. 2018(02)
[8]应用于车载充电器的双向DC-DC变换器综述[J]. 蒋超,杜贵平. 电源学报. 2019(04)
[9]车载充电PWM软开关DC-DC变换器研究综述[J]. 李红梅,张恒果,崔超. 电工技术学报. 2017(24)
[10]非隔离型高增益DC/DC变换器综述[J]. 陈显东,曹太强,林玉婷. 电测与仪表. 2017(13)
硕士论文
[1]电动汽车辅助动力系统双向DC-DC变换器的研究[D]. 黄锋涛.哈尔滨理工大学 2019
[2]磁集成高增益低纹波DC/DC变换器技术研究[D]. 刘朔阳.哈尔滨工业大学 2018
[3]燃料电池电动汽车用高效宽增益三电平Boost直流变换器[D]. 石记龙.天津大学 2017
[4]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
本文编号：3259456
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