內燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置的研究.pdf

1、內燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置的研究是內燃。直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)應用的關鍵技術之一,內燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)是主要由四沖程自由活塞內燃機、永磁直線電機、儲能裝置以及控制單元等構成的新型動力系統(tǒng),可用于電動混合動力汽車取代傳統(tǒng)內燃機,實現清潔高效利用能源。儲能裝置的最大特點是能夠實現短時間、大電流、感應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,且響應快速準確。
　　 本文主要以內燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置為

2、研究對象,依托國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)“內燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)”(項目號:2006AA052236)和國家自然科學基金項目“內燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)中的發(fā)動機熱力學分析與優(yōu)化”(項目號:50876043),對內燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置的結構和參數設計、模型建立、能量流控制策略、實驗驗證及擴展應用等方面開展了系統(tǒng)深入的研究。
　　 根據內燃-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原

3、則,對內燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置進行了研究、設計和開發(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,與優(yōu)化設計的雙向DC-DC功率變換器(Bi-directional DC-DC powerconverter,BDPC)結合使用,實現了低電壓值等級電源供電的可變電壓系統(tǒng)的設計,在理論分析的基礎上進行了仿真和實

4、驗研究,仿真與實驗結果驗證了設計的正確性和有效性。
　　 在對內燃-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、設計的基礎上,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計是內燃.直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲

5、能裝置研究的關鍵環(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)時具有快速響應能力。
　　 本文提出了一個工作周期內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變換器的數字PID控制器,并采用遺傳算法對H橋直流PWM變

6、換器的數字PID控制器的相關參數進行了優(yōu)化設計,實現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)在安全可靠的基礎上高效工作。
　　 為了進一步驗證內燃.直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)儲能裝置的相關理論分析、設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實驗進行了研究,實驗結果分析表明,所設計的儲能裝置以及提出的能量流控制策略能夠滿足內燃.直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)的能量雙向高效流動要求。
　　 所設計的內燃-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換效率的目的,可實現能量的儲存、轉換、傳輸、回饋,不只局限用于內燃.直線發(fā)電集成動力系統(tǒng),對其擴展應

8、用進行了部分研究工作。在與常規(guī)驅動系統(tǒng)實現能量回饋的方法比較分析的基礎上,把該儲能裝置作為電動汽車(Electric vehicle,EV)電機驅動系統(tǒng)實現能量回饋制動,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