內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置的研究.pdf

1、內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置的研究是內(nèi)燃。直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一,內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)是主要由四沖程自由活塞內(nèi)燃機、永磁直線電機、儲能裝置以及控制單元等構(gòu)成的新型動力系統(tǒng),可用于電動混合動力汽車取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機,實現(xiàn)清潔高效利用能源。儲能裝置的最大特點是能夠?qū)崿F(xiàn)短時間、大電流、感應(yīng)電動勢大范圍變化條件下的儲能以及電能的高效、雙向流動,且響應(yīng)快速準(zhǔn)確。
　　 本文主要以內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置為

2、研究對象,依托國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)“內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)”(項目號:2006AA052236)和國家自然科學(xué)基金項目“內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)中的發(fā)動機熱力學(xué)分析與優(yōu)化”(項目號:50876043),對內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計、模型建立、能量流控制策略、實驗驗證及擴展應(yīng)用等方面開展了系統(tǒng)深入的研究。
　　 根據(jù)內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置的工作要求,以高效性和實用性為指導(dǎo)原

3、則,對內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置進行了研究、設(shè)計和開發(fā),提出了一種新型儲能裝置及其控制方法,滿足電能量雙向流動的內(nèi)燃一直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)中高效率的能量變換和存儲要求。所設(shè)計的儲能裝置采用新穎的超級電容器組串并聯(lián)切換技術(shù),與優(yōu)化設(shè)計的雙向DC-DC功率變換器(Bi-directional DC-DC powerconverter,BDPC)結(jié)合使用,實現(xiàn)了低電壓值等級電源供電的可變電壓系統(tǒng)的設(shè)計,在理論分析的基礎(chǔ)上進行了仿真和實

4、驗研究,仿真與實驗結(jié)果驗證了設(shè)計的正確性和有效性。
　　 在對內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置各組成部分進行分析、設(shè)計的基礎(chǔ)上,建立了由蓄電池組和超級電容器組組成的混合電源模型、BDPC模型、H橋直流PWM變換器模型、永磁直線電機模型和控制器模型,并給出了整個儲能裝置的仿真模型,仿真結(jié)果證明了所建模型的正確性,能夠滿足儲能裝置實時控制的精度要求和能量流效率要求。
　　 能量流控制策略的設(shè)計是內(nèi)燃.直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲

5、能裝置研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié),能量流控制策略是影響能量流效率的主要因素。為了保證儲能裝置穩(wěn)定、可靠、高效工作,需要采用最優(yōu)的能量流控制策略,使得儲能裝置在穩(wěn)態(tài)時具有較高的精度,在瞬態(tài)時具有快速響應(yīng)能力。
　　 本文提出了一個工作周期內(nèi)四種工作模式的能量流控制策略,分別為:降壓提供能量、升壓提供能量、升壓回饋能量和降壓回饋能量。設(shè)計了基于模糊控制算法的BDPC控制器和H橋直流PWM變換器的數(shù)字PID控制器,并采用遺傳算法對H橋直流PWM變

6、換器的數(shù)字PID控制器的相關(guān)參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計,實現(xiàn)了能量流的合理有效控制,通過仿真分析驗證了理論分析的正確性和控制策略的有效性,使得系統(tǒng)在安全可靠的基礎(chǔ)上高效工作。
　　 為了進一步驗證內(nèi)燃.直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置的相關(guān)理論分析、設(shè)計及控制策略的有效性和實用性,完成了基于TMS320F2812DSP的儲能裝置控制器的設(shè)計。在實驗室搭建了儲能裝置小型實物原型,進行了原理性驗證實驗的研究,對某小型永磁直流電機兩個方向運行模式

7、分別進行了原理性驗證實驗。研制了內(nèi)燃.直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置樣機,建立了儲能裝置實驗系統(tǒng),對儲能裝置樣機的相關(guān)實驗進行了研究,實驗結(jié)果分析表明,所設(shè)計的儲能裝置以及提出的能量流控制策略能夠滿足內(nèi)燃.直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)的能量雙向高效流動要求。
　　 所設(shè)計的內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置及其控制方法基于改善能量的傳輸與轉(zhuǎn)換效率的目的,可實現(xiàn)能量的儲存、轉(zhuǎn)換、傳輸、回饋,不只局限用于內(nèi)燃.直線發(fā)電集成動力系統(tǒng),對其擴展應(yīng)

8、用進行了部分研究工作。在與常規(guī)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)能量回饋的方法比較分析的基礎(chǔ)上,把該儲能裝置作為電動汽車(Electric vehicle,EV)電機驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)能量回饋制動,并通過計算機仿真對不同回饋制動方法進行了對比分析,結(jié)果驗證了該方法的可行性和有效性。
　　 本儲能裝置適用于混合動力汽車(Hybridelectric vehicle,HEV)、純電動汽車、功率緩沖系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)以及能量回饋系統(tǒng)等以電機作為動力系統(tǒng)且能量雙向流動