燃料电池/超级电容混合供电装置研究

摘要

在生活质量不断提高的同时，人们对各种不同能源的需求也相应增长。氢（H2)能是一种在现阶段不会破坏环境的能源，燃料电池就是其应用的一个重要领域。二十一世纪分布式发电受到更多国家的青睐，燃料电池发电是其重要的组成部分，在一些需要高功率密度和高效率电源的领域中有着良好的应用发展前景。
　　本文基于燃料电池单独供电时动态调节能力比较差、外特性很软、无法瞬间提供较大电流并且无法吸收负载回馈的电流等特点，研究了燃料电池/超级电容混合供电装置，具体所做的工作如下：
　　首先，研究并制定了燃料电池/超级电容混合供电装置的结构组成，给出了燃料电池供电装置的特性，对比了超级电容与蓄电池作为储蓄能量装置的优劣，介绍并选择了混合供电装置中峰值功率单元接入系统的方式，分析对比混合供电装置中峰值功率单元常用的拓扑。对峰值功率单元所用拓扑进行了工作模态分析，并且对其进行了并联均流的设计。对变换器主电路参数进行了设计，包括：超级电容器的选择与设计、电感参数设计、开关器件的选型和电解电容参数设计，对变换器进行数学建模分析，推导出其传递函数。
　　其次，分别设计了混合供电装置中峰值功率单元的电压采样电路和电流采样电路，对峰值功率单元的控制电路进行了设计：选择了控制方式、针对不同的工作状态进行了电压电流环路设计、计算环路参数并进行了仿真分析。对软件流程进行了设计，制定了双向变换器的启动条件和超级电容充放电保护策略，给出了程序设计流程图。
　　最后，对混合供电装置进行实验并进行实验结果分析，实验结果表明峰值功率单元硬件电路参数选择合理及控制方法有效。

目录

第一章 绪论

1.1 选题的背景与意义

1.2 燃料电池系统峰值功率单元的发展与研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 燃料电池/超级电容混合供电装置的组成

2.1 混合供电装置总体结构组成

2.2 质子交换膜燃料电池(PEMFC)

2.3超级电容与蓄电池的比较与选择

2.4 峰值功率单元中双向变换器拓扑选择

2.5小结

第三章 混合供电装置中双向变换器的研究

3.1 两相交错并联工作模态分析

3.2 双向变换器的并联均流

3.3 双向变换器的主电路设计

3.4 双向变换器的建模

3.5 小结

第四章 混合供电装置中峰值功率单元的设计

4.1 控制电路硬件设计

4.2 峰值功率单元控制环路设计

4.3 软件程序设计

4.4 小结

第五章 混合供电装置实验结果分析

5.1 SiC功率器件实验分析

5.2 负载突增时峰值功率单元实验分析

5.3 负载突降时峰值功率单元实验分析

5.4 小结

第六章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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