超级电容-蓄电池复合电源的双向DC/DC变换器功率分配策略设计研究

摘要

为了避免在急加速或爬坡时蓄电池因瞬时大功率输出造成冲击损耗，延长蓄电池使用寿命，本文面向城市电动汽车对超级电容－蓄电池复合电源功率分配策略展开研究。本文完成复合电源功率分配器设计，搭建超级电容－蓄电池复合电源系统模型，并在原型车路试工况及 UDDS工况下进行仿真，分析了超级电容和蓄电池功率输出特性，并分析超级电容对蓄电池输出功率“削峰填谷”的效果；完成双向 DC/DC变换器控制电路设计，搭建试验平台验证双向 DC/DC变换器的工作性能是否满足其性能要求，验证双向DC/DC变换器是否可按功率分配策略对功率进行分配控制。开展工作如下：
　　分析蓄电池和超级电容两种不同储能装置工作特性，并对蓄电池、超级电容常用复合电源结构进行分析，确定蓄电池与超级电容复合电源结构，根据复合电源系统设计理念完成复合电源系统总体结构设计。根据原型车参数对蓄电池和超级电容参数进行设计。
　　对功率分配器的关键部件双向DC/DC变换器和功率分配策略进行设计：根据双向 DC/DC变换器工作环境、保证复合电源能量利用率，提出双向 DC/DC变换器性能要求，确定双向 DC/DC变换器拓扑结构，对双向 DC/DC变换器主要元件电感和滤波电容进行参数设计；分析常用复合电源功率分配策略，设计所用本文功率分配控制策略。
　　分析蓄电池和超级电容模型，在 Matlab/Simulink环境下从硬件实现及PWM(Pulse Width Modulation)调控角度搭建双向DC/DC变换器模型，搭建复合电源功率分配控制策略模型，并搭建超级电容－蓄电池复合电源系统模型。对双向DC/DC变换器性能进行仿真分析，并在原型车路试工况及UDDS工况下对复合电源系统供能进行仿真，分析蓄电池和超级电容在车辆行驶过程中的功率输出特性以及超级电容对蓄电池输出功率“削峰填谷”的效果。
　　对双向DC/DC变换器控制电路进行设计，选择合适的处理器作为控制芯片，确定双向DC/DC变换器电压、电流采样装置并对电压、电流采样电路及信号调理电路进行设计，选择合适的IGBT驱动芯片，完成IGBT驱动电路设计。根据复合电源系统总体结构，搭建试验平台并进行试验，分析双向DC/DC变换器的工作性能，以及双向DC/DC变换器是否可按功率分配策略对功率进行分配控制。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外复合电源研究现状

1.3 本文的主要研究工作

第二章 复合电源系统分析及总体设计

2.1 蓄电池特性分析

2.2 超级电容特性分析

2.3 复合电源结构选型

2.4 复合电源系统总体结构设计

2.5 复合电源系统储能装置参数设计

2.6 本章小结

第三章 功率分配器设计

3.1 双向DC/DC变换器设计

3.2 功率分配策略设计

3.3 本章小结

第四章 复合电源系统建模与仿真分析

4.1 复合电源系统建模

4.2 仿真分析

4.3 本章小结

第五章 DC/DC变换器控制电路设计及调试

5.1 双向DC/DC变换器控制电路设计

5.2 试验台架搭建

5.3 双向DC/DC变换器试验分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文及其他科研成果