【摘 要】
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双向DC/DC变换器作为燃料电池汽车动力系统的关键部件之一,在动力系统的能量转换中扮演着重要角色,对于整车能量分配和管理有着重要作用。因此对于双向DC/DC变换器的研究在燃料电池汽车领域具有着重要意义。本文基于燃料电池车载超级电容充放电能量管理系统的实际需求,选择双向DC/DC变换器作为超级电容的能量管理单元,并对变换器的控制电路进行分析研究,本文主要做了如下几方面的工作:(1)根据总体的设计要求
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双向DC/DC变换器作为燃料电池汽车动力系统的关键部件之一,在动力系统的能量转换中扮演着重要角色,对于整车能量分配和管理有着重要作用。因此对于双向DC/DC变换器的研究在燃料电池汽车领域具有着重要意义。本文基于燃料电池车载超级电容充放电能量管理系统的实际需求,选择双向DC/DC变换器作为超级电容的能量管理单元,并对变换器的控制电路进行分析研究,本文主要做了如下几方面的工作:(1)根据总体的设计要求,制定了双向DC/DC变换器参数,并通过对几种基本隔离型和非隔离变换器拓扑结构的对比分析,可以得出双向Buck/Boost变换器有总体功率器件数目少、电气应力小、能量传递效率高、便于控制等优点。因此,双向Buck/Boost变换器更适合本课题的技术场景应用,本文选取双向Buck/Boost变换器的主电路拓扑结构,并介绍了电流的控制方式,同时对变换器的原理进行了分析设计。(2)设计双向DC/DC变换器的硬件电路以及控制模块。首先对储能电感、滤波电容、开关器件进行选型,以此分析变换器电路中开关器件、电感等元器件的损耗等问题,同时设计储能电感、输入输出电容等电路以及元器件相关参数。设计了双向DC/DC变换器,介绍了DC/DC变换器的控制方法,采用了双闭环的电流型控制作为双向DC/DC变换器的控制策略,电压环和电流环均采用PI控制,提高对非线性系统的自适应能力,对双向DC/DC变换器控制器进行了设计。设计了双向DC/DC变换器的控制电路,主要包括MOSFET驱动电路、信号采集电路、系统电源模块、信号调理电路、温度检测电路等。根据车载通讯方式,本设计采用CAN协议通讯方式,对主控器接口电路和CAN通讯接口电路进行了分析与设计。(3)完成双向DC/DC变换器的样机制作与实验研究。设计了1600W的样机,首先,通过双向DC/DC变换器两种工作方式(电流/电压模式)分别测试和实验,对变换器的功能指标参数进行验证;其次,通过双向DC/DC变换器电压和电流的调节时间、误差、效率等性能指标测试和实验,对变换器的性能指标参数进行验证。根据以上实验测试和分析表明,该双向DC/DC变换器满足设计参数要求,具有输出电压/电流可调节、控制精度高、响应速度快、效率高等特点,满足实际应用的性能需求,达到了预期设计目标。
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