基于废热和光伏发电的混合动力电动汽车用多输入直流变换器研究

摘要

为了解决日趋严峻的能源危机和环境污染问题，混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicles，HEVs)得到了迅速的发展。温差发电和光伏发电等技术开始被应用到HEVs中，以进一步提高汽车的能源利用率和燃油经济性。
　　 本文首先介绍了温差发电器(Thermoelectric Generator，TEG)和太阳能电池的特点及其在HEVs的应用，利用温差发电技术收集汽车排气管和散热器的废热能，在车顶安装太阳能电池板收集太阳能，采用一个多输入直流变换器(Multiple Input Converter，MIC)对TEG和太阳能电池的输出进行调节，将排气管TEG、散热器TEG和车项太阳能电池组成一个混合能量系统，进行联合供电。分别按照电路的拓扑结构和输入源的供电类型，对MIC进行了详细的分类总结，介绍了各种类型的MIC的特点与优缺点，及相应的控制策略。
　　 其次对脉冲源合成型MIC的电路结构进行了深入的研究。从六种基本直流变换器的拓扑结构中提取出了脉冲变换器模块，详细地分析了各种脉冲源单元的工作原理。根据输出波形的不同，将脉冲源单元分成了方波型和锯齿波型，分别分析了它们的各种开关模式和电压电流关系。介绍了两种输出滤波器及其级联规则。分析比较了PVSC串联型MIC的输出电压和PCSC并联型MIC，并进行了仿真研究。
　　 第三，提出了一种三输入Cuk型直流变换器，在对锯齿波Cuk型PVSC进行详细分析的基础上，讨论了变换器的工作原理。该变换器既可以三输入源同时供电，又可以各输入源单独供电，控制灵活，能够适应多种系统工作模式。分析了变换器的各输入源之间的控制独立性，对各输入源分别利用扰动观察法进行MPPT控制，研究了异步触发控制策略，以降低滤波电感电流纹波，对变换器的三种供电模式及其控制策略进行了仿真研究。
　　 最后制作了一台三输入CuK型直流变换器的试验样机，搭建了实验平台，以TMS320F28335控制芯片为核心组成了控制系统，对控制系统的硬件和软件分别进行了设计，对变换器的工作原理和控制策略进行了实验研究，验证了理论分析的有效性。