关键词：
燃料电池汽车
电力电子
交错式双BOOST变换器
建模
控制
摘要：
DC-DC变换器是燃料电池汽车动力系统的关键部件。燃料电池及动力系统技术的发展,对DC-DC变换器提出了高升压比、大电流和小纹波等工作要求。基于此需求,本文以交错式双BOOST变换器为对象,对其建模、控制及在燃料电池汽车上的应用进行了研究。首先,分别建立变换器理想的和考虑损耗的实际模型,并基于模型分析变换器的稳态电压、电流、损耗与效率等关键特性,确定相数、器件参数、开关频率、开关顺序和实际模型中的等效串联电阻等影响变换器性能的关键参数。研究表明,变换器的稳态特性和电路参数与占空比和输出功率等工况条件有密切的关系。然后,提出了用于调节燃料电池输出功率的变换器输入电流控制模式和用于变换器故障保护的输入电流、输出电流、输入电压、输出电压四种控制模式,并提出了PI控制、滑模控制和前馈控制三种控制方法,进而研究了控制系统的稳定性。对于系统的常规工况,以上控制方法均能保证变换器的全局稳定性。接着,利用MATLAB/SIMULINK软件对变换器的纹波、开关顺序、开关频率等问题和控制方法的均流、稳态精度、动态响应速度等性能进行仿真研究。通过时域和频域的仿真,验证了控制方法在功率控制、故障保护等方面的有效性。最后,搭建变换器的实验平台,分别利用实验室实验和实际车辆道路实验对变换器样机进行实验研究,验证了变换器控制方法的稳动态性能、功率调节作用、故障保护效果以及在实车动力系统中的功能。研究结果表明,交错式双BOOST变换器能够满足燃料电池汽车动力系统的需求。单闭环的输入电流控制方法可以稳定、精确地调节燃料电池的输出功率,实现支路电感电流的均流控制。四种控制模式和三种控制方法的结合,可以提高变换器的动态性能,增强变换器的故障保护能力。本文的研究为交错式双BOOST变换器在燃料电池汽车动力系统中的应用提供了支持,有助于改善燃料电池汽车的性能。
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