【摘要】：多燃料電池混合動力系統(tǒng)模塊眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要合適的能量管理策略及控制方式確保其穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。在系統(tǒng)控制器的研制過程中,需要對系統(tǒng)進(jìn)行大量的測試,特別是動態(tài)環(huán)境下的測試。直接在實物系統(tǒng)上進(jìn)行測試,不僅容易燒毀元器件,縮短燃料電池使用壽命,而且還存在著研發(fā)周期長、成本高等問題。將半實物仿真技術(shù)引入多燃料電池混合動力系統(tǒng)控制器的研發(fā)設(shè)計階段,搭建硬件在環(huán)實驗平臺,可以實時地檢測控制器的性能,縮短研發(fā)周期,節(jié)約研發(fā)成本,為系統(tǒng)能量管理策略的設(shè)計與驗證提供很好的實驗平臺。首先,本文通過分析燃料電池系統(tǒng)常用的混合動力形式以及多燃料電池系統(tǒng)的電氣架構(gòu),確定多燃料電池混合動力系統(tǒng)采用燃料電池加超級電容的混合動力形式,多燃料電池模塊采用并聯(lián)電氣結(jié)構(gòu)。通過分析電力電子半實物仿真平臺的仿真需求,比較現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)和CPU分別作為系統(tǒng)仿真器的優(yōu)劣,結(jié)合多燃料電池混合動力系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu),提出了基于FPGA+CPU架構(gòu)的硬件在環(huán)實驗平臺的整體設(shè)計方案。其次,本文對實驗平臺中虛擬的多燃料電池混合動力系統(tǒng)進(jìn)行了半實物仿真建模及驗證。針對在FPGA中搭建多DC/DC電路模型時,如何提高模型仿真速度的同時,盡可能降低電力電子編程難度,本文提出了模塊化建模的并行計算策略。該建模策略方便簡潔,而且各元器件模塊并行計算使得模型仿真速度極快,單步仿真步長可達(dá)0.1us。為了使硬件在環(huán)實驗平臺中的實時仿真模型逼真地模擬電力電子系統(tǒng)的實際行為,本文提出將功率損耗集成到電力電子建模中,搭建逼真的多DC/DC仿真電路模型。結(jié)合理論分析和實際元器件的分析,建立了開關(guān)管、二極管、電感、電容等元器件的損耗等效模型。針對多燃料電池混合動力系統(tǒng)的能量管理策略,本文提出采用動態(tài)規(guī)劃算法(Dynamic Programming,DP),以燃料電池氫耗量為主要優(yōu)化目標(biāo),在全局工況已知的情況下,設(shè)計最優(yōu)的能量分配方式,通過設(shè)計PI控制方式,完成半實物仿真系統(tǒng)中實物控制器的設(shè)計。最后,基于平臺整體架構(gòu)進(jìn)行軟硬件設(shè)計,搭建硬件在環(huán)實驗平臺實物,并進(jìn)行實驗分析。半實物仿真策略驗證實驗表明,該實驗平臺仿真速度快精度高,達(dá)到控制器實時控制驗證的效果,為多燃料電池混合動力系統(tǒng)能量管理策略的設(shè)計與驗證提供了很好的實驗平臺。優(yōu)化控制策略驗證實驗表明,動態(tài)規(guī)劃能量管理策略下的系統(tǒng)氫耗量更低,在燃料經(jīng)濟(jì)性方面更有優(yōu)勢。
【圖文】：

最后經(jīng)過一個二極管整流橋進(jìn)行 AC/DC 變換，得到高變比的直流輸出電壓。輸出電壓 Vout與輸入電壓 Vin的關(guān)系為如式（2-2）所示，其中m 為變壓器的電壓變比，α 為 PWM 波的占空比。2out inV = mα V(2-2)VinVoutQ1Q3Q4Q2T1D1D3D2D4LC圖 2-6 DC/AC/DC 變換器電路原理圖DC/DC converterD1D4+Q1Q4Lfc1Dfc1RL1

node...element 2element nelement 3UUIIIUI圖 3-5 多支路節(jié)點它四支路，五支路，或者更多支路的節(jié)點，，相應(yīng)的交，并在 Quartus II 軟件中封裝成子模塊。當(dāng)構(gòu)建不同地調(diào)用來組合連接新的電路拓?fù)淠Ｐ�。這樣，構(gòu)建新復(fù)雜的編程，只需要不同模塊的連接組合，類似于在型。通過采用高度并行化的計算策略，交互連接模塊s，實時仿真數(shù)據(jù)可以以極高的速度進(jìn)行傳輸。同需求，不同的單元器件模塊通過交互連接模塊進(jìn)行的電路拓?fù)淠Ｐ汀Ｒ?boost 升壓電路為例，其組合連示。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM911.4

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本文編號：2590008