混合电源匹配设计与控制技术研究

论文摘要

为了克服电池电源功率传输的不足和超级电容储存能量的限制,混合电源作为整合这两种能源的系统,成为人们寻求可行与可持续发展能源的有效方案,已经广泛应用于军事航空和民用工业等领域。本文在深入了解混合电源的电池与超级电容器特性的基础上,建立系统相关组成与器件的物理和数学模型,设计符合应用需求的混合电源的相关电池组与超级电容器的匹配组合,并根据混合电源“削峰填谷”的总体思想设计相关的电源控制技术,以达到最优的能源利用率目标。主要内容包括:深入研究混合电源系统相关组成和器件特性,建立相关锂电池与超级电容器的荷电状态模型,并对其进行有效的荷电状态估计,研究DC-DC变换器的拓扑结构及其模型,选择适当的DC-DC变换器和拓扑结构。根据需求的工况信息,设计电池组与超级电容器的匹配组合,使之符合相关的各项参数约束条件和项目的功率和能量需求。根据混合电源“削峰填谷”的总体思想,与电池与超级电容器的特性,对混合电源进行优化控制。对基于规则的控制技术——基于逻辑门限和基于模糊逻辑的控制策略,进行深入研究,根据混合电源的系统指标设计了相关的控制方案。本文提出了基于滤波器与PID的混合电源控制技术,以更有效的保护电池,延长电池寿命,提高超级电容器的参与度与能源利用率;并且克服了传统PI控制器输出电压的大幅振荡和过压,而且通过引入输入电流可以完成电源功率分配的控制。对提出的控制技术在整系统中进行仿真,验证其符合项目需求,以及达到预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪言
• 1.1 混合电源发展需求
• 1.1.1 军事与航空需求
• 1.1.2 民用与工业需求
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 动力电池研究现状
• 1.2.2 超级电容器研究现状
• 1.2.3 混合电源研究现状
• 1.3 论文的主要内容及工作意义
• 第二章 混合电源系统结构与模型
• 2.1 混合电源系统结构
• 2.2 锂电池建模
• 2.2.1 模型参数识别
• 2.2.2 荷电状态（SOC）模型估计
• 2.2.3 温度模型估计
• 2.3 超级电容器建模
• 2.4 DC-DC 变换器拓扑结构及模型
• 2.4.1 基本DC-DC 变换器类型
• 2.4.2 DC-DC 变换器拓扑结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 混合电源匹配设计
• 3.1 混合电源的参数匹配
• 3.1.1 电池与超级电容器工作效率参数
• 3.1.2 升降压电压等级参数
• 3.1.3 DC-DC 变换器工作效率参数
• 3.2 电池组能量匹配设计
• 3.3 超级电容器组功率匹配设计
• 3.4 混合电源系统匹配
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于规则的混合电源控制策略设计
• 4.1 基于逻辑门限的控制策略
• 4.2 基于模糊逻辑的控制策略
• 4.2.1 模糊逻辑控制基础
• 4.2.2 模糊逻辑控制方案
• 4.2.3 模糊逻辑控制仿真分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于滤波器与PID的混合电源控制策略设计
• 5.1 基于滤波器与PID控制策略模型结构
• 5.2 系统滤波器设计
• 5.3 PID控制与参数优化
• 5.3.1 PID控制
• 5.3.2 Pseudo PID控制
• 5.3.3 参数优化
• 5.4 基于滤波器与PID控制策略仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 全文总结与创新
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果